第課汽車總體受力分析

1汽車拖拉機學第八章汽車拖拉機的總體動力學第2課汽車總體受力分析luzx@QQ：1607357229魯植雄教授第2課汽車總體受力分析2第八章汽車拖拉機總體動力學2023年12月26日本章內容安排第1課車輛行駛原理第2課汽車總體受力分析第3課拖拉機及其機組總體受力分析32023年12月26日本節(jié)課的主要內容一、汽車行駛方程式二、車輪地面法向反作用力三、作用在驅動輪上的地面切向反作用力四、附著率第2課汽車總體受力分析第八章汽車拖拉機總體動力學42023年12月26日第2課汽車總體受力分析第八章汽車拖拉機總體動力學一、汽車行駛方程式此公式表明了汽車行駛時驅動力和行駛阻力平衡關系的普遍情況。當發(fā)動機的轉速特性、變速器的傳動比、主減速比、傳動效率、車輪半徑、空氣阻力系數(shù)、汽車迎風面積以及汽車質量等初步確定后或已知，便可利用此式分析在附著性能良好的典型路面（混泥土、瀝青路面）上的行駛能力，即確定汽車的最高車速、加速能力和爬坡能力。52023年12月26日第2課汽車總體受力分析第八章汽車拖拉機總體動力學一、汽車行駛方程式用圖解法來分析汽車行駛方程式圖上畫出3種曲線:各擋的驅動力與車速的關系曲線滾動阻力與車速的關系曲線滾動阻力和空氣阻力疊加后得到的行駛阻力與車速的關系曲線曲線。某具有五擋變速器汽車的驅動力—行駛阻力平衡圖62023年12月26日第2課汽車總體受力分析第八章汽車拖拉機總體動力學一、汽車行駛方程式1.確定最高車速最高車速是指在水平良好的路面（混泥土或瀝青路）上能達到的最高穩(wěn)定行駛車速。

加速阻力=0,

坡道阻力=0此時，行駛阻力=滾動阻力+空氣阻力驅動力=行駛阻力顯然，曲線與曲線的交點便是,175km/h72023年12月26日第2課汽車總體受力分析第八章汽車拖拉機總體動力學一、汽車行駛方程式1.確定最高車速當車速＜最高車速時，驅動力＞行駛阻力。汽車就可以利用剩下來的驅動力來加速或爬坡。當需要中速或低速行駛時，駕駛員可以關小節(jié)流閥開度（圖中虛線），此時發(fā)動機只用部分負荷特性工作，相應地得到虛線所示驅動力曲線以使汽車達到新的平衡。82023年12月26日第2課汽車總體受力分析第八章汽車拖拉機總體動力學一、汽車行駛方程式2.確定汽車的加速能力汽車的加速能力可用它在水平良好路面上行駛時能產生的加速度來評價，但因加速度的數(shù)值不易測量，一般常用加速時間來表明汽車的加速能力

利用汽車行駛方程式求汽車的加速時間

設Fi＝0

根據驅動力——行駛阻力平衡圖,以及上述公式,可計算得到各擋油門全開時的加速度曲線

各擋油門全開時的加速度曲線92023年12月26日第2課汽車總體受力分析第八章汽車拖拉機總體動力學一、汽車行駛方程式根據加速度圖可以進一步求出由某一車速u1加速至另較高車速u2所需的時間。

由運動學可知

即加速時間可用計算機進行積分或用圖解積分法求出。用圖解積分法時:將轉化成曲線，曲線下兩個速度區(qū)間的面積就是通過此速度區(qū)間的加速時間；常將速度區(qū)間(常取5km/h為一間隙)分為若干間隔，通過確定面積Δ1、Δ2、…，來計算（總）加速時間加速度倒數(shù)曲線加速換擋時刻的確定:為了獲得最短加速時間，應在交點對應車速由Ⅰ擋換Ⅱ擋若Ⅰ擋和Ⅱ加速度倒數(shù)曲線不相交，則應在I擋加速行駛至發(fā)動機轉速達到最高轉速時換入Ⅱ擋。

102023年12月26日第2課汽車總體受力分析第八章汽車拖拉機總體動力學一、汽車行駛方程式3.確定汽車的爬坡能力

汽車的爬坡能力是指汽車在良好路面上克服后的余力全部用來克服坡度阻力時能爬上的坡度（汽車等速行駛）利用汽車的驅動力—行駛阻力平衡圖可求出爬坡圖.汽車最大爬坡度為I擋時的最大爬坡度。

112023年12月26日第2課汽車總體受力分析第八章汽車拖拉機總體動力學假設：發(fā)動機橫置后驅（前驅、4驅）加速上坡坡道阻力和加速阻力作用在汽車質心上空氣阻力作用在汽車風壓中心滾動阻力：Tf1、Tf2、Fz1、Fz2加速阻力：mdu/dt、Tj1、Tj2、Tje坡道阻力：Gsinα空氣阻力：Fw重力:G二、車輪地面法向反作用力122023年12月26日第2課汽車總體受力分析第八章汽車拖拉機總體動力學若將作用在汽車上諸力對后輪與道路接觸面中心取力矩，則前輪的地面法向反力：滾動阻力偶矩：Tf=Tf1+Tf2=Gcosα

fr二、車輪地面法向反作用力132023年12月26日第2課汽車總體受力分析第八章汽車拖拉機總體動力學二、車輪地面法向反作用力若將作用在汽車上諸力對前輪與道路接觸面中心取力矩，則后輪的地面法向反力滾動阻力偶矩：Tf=Tf1+Tf2=Gcosα

fr142023年12月26日第2課汽車總體受力分析第八章汽車拖拉機總體動力學二、車輪地面法向反作用力152023年12月26日第2課汽車總體受力分析第八章汽車拖拉機總體動力學前一項：為汽車水平靜止不動時前、后軸上的靜載荷；后一項：為行駛中產生的動載荷。動載荷隨坡度、速度和加速度的增加而增大。當汽車利用其極限附著力以高速、高加速度通過大坡度行駛時，動載荷的絕對值也達到最大值。二、車輪地面法向反作用力162023年12月26日第2課汽車總體受力分析第八章汽車拖拉機總體動力學三、作用在驅動輪上的地面切向反作用力以前輪驅動汽車為例，分析從動輪、驅動輪與車身在加速過程中的受力172023年12月26日第2課汽車總體受力分析第八章汽車拖拉機總體動力學三、作用在驅動輪上的地面切向反作用力182023年12月26日第2課汽車總體受力分析第八章汽車拖拉機總體動力學三、作用在驅動輪上的地面切向反作用力1.求從動輪上的地面切向反作用力FX2

由從動輪的轉矩平衡條件192023年12月26日第2課汽車總體受力分析第八章汽車拖拉機總體動力學三、作用在驅動輪上的地面切向反作用力2.求從動軸作用在從動輪的平行于路面的力Fp2

由從動輪的切向力平衡條件202023年12月26日第2課汽車總體受力分析第八章汽車拖拉機總體動力學三、作用在驅動輪上的地面切向反作用力3.求驅動軸作用在驅動輪的平行于路面的力Fp1

由車身的切向力平衡條件212023年12月26日第2課汽車總體受力分析第八章汽車拖拉機總體動力學三、作用在驅動輪上的地面切向反作用力4.求驅動輪上的地面切向反作用力FX1

由驅動輪的切向力平衡條件222023年12月26日第2課汽車總體受力分析第八章汽車拖拉機總體動力學三、作用在驅動輪上的地面切向反作用力5.同理，若后輪驅動，作用在驅動輪上的地面切向反作用力FX2，根據上述分析可求出232023年12月26日第2課汽車總體受力分析第八章汽車拖拉機總體動力學四、附著率附著率是指汽車直線行駛狀況下，充分發(fā)揮驅動力作用時要求的最低附著系數(shù)。驅動輪附著率計算方法：驅動輪的地面切向反力于法向反力之比不同的直線行駛工況，要求的最低附著系數(shù)是不一樣的。在較低行駛車速下，用低速擋加速或上坡行駛，驅動輪發(fā)出的驅動力大，要求的(最低)附著系數(shù)大。在水平路段上以極高車速行駛時，要求的附著系數(shù)也大。242023年12月26日第2課汽車總體受力分析第八章汽車拖拉機總體動力學四、附著率1．加速、上坡行駛時的附著率根據上面求得的前、后軸地面法向反作用力與驅動輪地面切向反作用力，可以確定前驅動輪或后驅動輪的附著率.（1）對于后輪驅動汽車，其后驅動輪的附著率為252023年12月26日第2課汽車總體受力分析第八章汽車拖拉機總體動力學四、附著率

在加速、上坡時，主要的行駛阻力為加速阻力與坡度阻力，空氣阻力與滾動阻力可忽略不計，故后驅動輪的附著率簡化為262023年12月26日第2課汽車總體受力分析第八章汽車拖拉機總體動力學四、附著率（2）對于前輪驅動汽車同理可以求得前輪驅動汽車的前驅動輪附著率為272023年12月26日第2課汽車總體受力分析第八章汽車拖拉機總體動力學四、附著率（3）附著率曲線Ⅰ擋加速時最大的Cφ2值為0.64，在φ=0.7的良好路面上汽車可以全力加速行駛。但從圖b中卻可看出，在φ=0.7的路面上，該車Ⅰ擋(節(jié)氣門全開時)的爬坡能力基本上是無法實現(xiàn)的。不過Ⅱ擋的最大Cφ2值為0.45，相應的爬坡度達23％，遠大于四級公路在山嶺重丘區(qū)的最大縱向坡度9％。所以，該車在良好路面上的附著性能仍是令人滿意的。282023年12月26日第2課汽車總體受力分析第八章汽車拖拉機總體動力學四、附著率2．高速行駛時的附著率

汽車在良好道路上高速行駛時，道路的坡度與汽車加速度均很小。令高速行駛時后輪驅動汽車的后驅動輪附著率為忽略坡度阻力和加速阻力292023年12月26日第2課汽車總體受力分析第八章汽車拖拉機總體動力學四、附著率圖中的法向反作用力與附著率是按三種空氣升力系數(shù)求得的，即后升力系數(shù)為0.28、0.15與0。由圖可以看出，隨著車速的增加，后輪的法向反作用力下降，而切向反作用力則按車速的平方關系增大。因此，附著率Cφ2隨著車速的提高而急劇增大。圖中表明，在一般車速下Cφ2值甚小，汽車完全可以正常行駛。當車速達到250km/h、CLr=0.28時，Cφ2=0.57，附著率接近于瀝青路面的附著系數(shù)。當車速為300km/h、CLr=