汽车理论第二章

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1、1 第一章 汽车动力性 本节重点计算并分析汽车行驶过程中的本节重点计算并分析汽车行驶过程中的驱动力和行驶阻力。驱动力和行驶阻力。 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 返回目录返回目录 2 Tt F0 Ft r ua 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 一、驱动力Ft 驱动力驱动力Ft：发动机产：发动机产生的转矩经传动系传到生的转矩经传动系传到驱动轮，产生驱动力矩驱动轮，产生驱动力矩Tt，驱动轮在，驱动轮在Tt的作用的作用下给地面作用一圆周力下给地面作用一圆周力F0，地面对驱动轮的反，地面对驱动轮的反作用力作用力Ft即为驱动力。即为驱动力。 3 Tt F0 Ft r tq g

2、0T tT i iFrrTFt tttq g0TTT i iua Tt驱动力矩；驱动力矩； Ttq 发动机转矩；发动机转矩； 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 一、驱动力Ft ig变速器传动比；变速器传动比； i0主减速器传动比；主减速器传动比； T传动系的机械效率。传动系的机械效率。 4 riiTFT0gtq t能否解释为什么汽车低挡的加速能力好于高挡？能否解释为什么汽车低挡的加速能力好于高挡？ 思考思考 Ft 与发动机转矩与发动机转矩Ttq、变速器传动比、变速器传动比 ig、主减、主减速器传动比速器传动比 i0、传动系的机械效率、传动系的机械效率T 和车轮半径和车

3、轮半径 r 等因素有关。等因素有关。 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 由由 可知可知 5 驱动力和车速都与发动机特性有直接关系，可以通过发驱动力和车速都与发动机特性有直接关系，可以通过发动机特性曲线找出驱动力与车速之间的关系。动机特性曲线找出驱动力与车速之间的关系。 发动机发动机 ua Ft 计算驱动力是为了确定汽车的动力性指标，也即要找出计算驱动力是为了确定汽车的动力性指标，也即要找出驱动力和车速的关系。驱动力和车速的关系。 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 6 发动机的转速特性，即发动机的转速特性，即Pe、Ttq、b=f（n）关系曲线。

4、关系曲线。 节气门开启程度的不同节气门开启程度的不同 外特性曲线外特性曲线 部分负荷特性曲线部分负荷特性曲线 思思 考考 计算汽车动力性指标时计算汽车动力性指标时，需要用什么特性曲线？需要用什么特性曲线？ 1.发动机的转速特性 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 7 9550tq enTP 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 8 发动机转速特性曲线发动机转速特性曲线 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 9 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 带上全部附件设备时的带上全部附件设备时的发动机特性曲线，称

5、为发动机特性曲线，称为使用使用外特性曲线外特性曲线。一般，使用外。一般，使用外特性与外特性相比：特性与外特性相比： 汽油机的最大功率约汽油机的最大功率约小小15%； 货车柴油机的最大功率货车柴油机的最大功率约约小小5%； 轿车与轻型货车柴油机轿车与轻型货车柴油机的最大功率约的最大功率约小小10%。 10 宝来轿车发动机的基本参数如下宝来轿车发动机的基本参数如下 ： 水冷，直列四缸，每缸五气门水冷，直列四缸，每缸五气门 最大功率最大功率 110kW/5700 r/min 最大转矩最大转矩 210N m/17504600 r/min 缸径缸径行程行程 81mm86.4mm 压缩比压缩比 9.3:1

6、 思考思考 宝来轿车发动机的转矩输出特性是否理想？为什么？宝来轿车发动机的转矩输出特性是否理想？为什么？ 汽车起步加速时汽车起步加速时，过早换入高挡（即发动机转速较低时即换入过早换入高挡（即发动机转速较低时即换入高挡高挡) ) 是否有利于其加速性？是否有利于其加速性？ 发动机最大转矩对应的转速较低好还是较高好？发动机最大转矩对应的转速较低好还是较高好？ 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 11 inTin TPPP 等速行驶时等速行驶时 einPP eTeTe T1PP PPPPT传动系损失的功率。传动系损失的功率。 Pin输入传动系的功率；输入传动系的功率； 第二节第

7、二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 2.传动系的机械效率T 12 转速转速 机械损失机械损失 液力损失液力损失 转矩转矩 齿轮对数齿轮对数 过低，热容量小过低，热容量小 过高，搅油损失大过高，搅油损失大 油面高度油面高度 温度温度 润滑油品质润滑油品质 直接挡直接挡T最高最高 T高高 损失小损失小 齿轮对数少齿轮对数少 T高高 损失的比重小损失的比重小 损失大损失大 Ttq大大 传动系损失的功率传动系损失的功率PT主要与哪些因素有关？主要与哪些因素有关？ 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 PT 思考思考 13 传动系效率曲线传动系效率曲线 第二节第二节

8、 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 挡挡 挡挡 11200r/min 21600r/min 31900r/min 42000r/min 14 部件名称部件名称 T 46 挡变速器挡变速器 95% 辅助变速器（副变速器或分动器）辅助变速器（副变速器或分动器） 95% 8 挡以上变速器挡以上变速器 90% 单级减速主减速器单级减速主减速器 96% 双级减速主减速器双级减速主减速器 92% 传动轴的万向节传动轴的万向节 98% 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 表表1-1 传动系各部件的传动效率传动系各部件的传动效率 15 自由半径自由半径：车轮处于无载时的半径

9、。：车轮处于无载时的半径。 静力半径静力半径rs：汽车静止时，车轮中心至轮胎与道路接：汽车静止时，车轮中心至轮胎与道路接触面间的距离。触面间的距离。 滚动半径滚动半径rr：车轮几何中心到速度瞬心的距离。：车轮几何中心到速度瞬心的距离。 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 3.车轮半径 16 riiTFT0gtq t0ga377. 0iinru 做出的做出的Ft - ua关系图，即驱动力图。关系图，即驱动力图。 依据下面两式依据下面两式 以及发动机外特性曲线以及发动机外特性曲线 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 4.汽车的驱动力图 17 nmin

10、 ntq np nmax n/(r min-1) 800 3300 5700 6200 Ttq/(N m ) 142 195 159 143 ig1=2.13 Ft1/N 5438 7468 6089 5477 ua1/(km h-1 ) 7.1 29.2 50.5 54.9 例：已知奥迪例：已知奥迪A4轿车发动机的数据（如下表所示），轿车发动机的数据（如下表所示），ig1=2.13，i0=6.333，r=0.317m，T=0.90，由，由 和和 可以对应计算出可以对应计算出 1 挡的挡的Ft1和和ua1。 riiTFT0gtq ta g 00.377nrui i第二节第二节 汽车的驱动力与行

11、驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 18 0100020003000400050006000700080000102030405060708090100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320ua/(km/h)Ft/NFt1Ft2Ft3Ft4Ft5Ft6奥迪奥迪 A4 轿车驱动力图轿车驱动力图 1 a/(km h )u19 1 tF2tF3tF4tF 5tF第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 20 jiwfFFFFF滚动阻力滚动阻力Ff 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力

12、与行驶阻力 二、汽车的行驶阻力 汽车在行驶过程中将会遇到哪些行驶阻力？汽车在行驶过程中将会遇到哪些行驶阻力？如何保证汽车可以加速或爬坡？如何保证汽车可以加速或爬坡？ 空气阻力空气阻力Fw 坡度阻力坡度阻力Fi 加速阻力加速阻力Fj 汽车行驶总阻力汽车行驶总阻力 思考思考 21 软路面上软路面上 硬路面上硬路面上 产生滚动阻力的主要原因产生滚动阻力的主要原因 轮胎变形轮胎变形 轮胎变形和路面变形轮胎变形和路面变形 轮胎变形为什么会产生滚动阻力？轮胎变形为什么会产生滚动阻力？ 轮胎的迟滞损失轮胎的迟滞损失：轮胎在加载变形时所消耗的能量在卸：轮胎在加载变形时所消耗的能量在卸 载恢复时不能完全收回，一

13、部分能量消耗在轮胎内部摩擦载恢复时不能完全收回，一部分能量消耗在轮胎内部摩擦 损失上，产生热量，这种损失称为轮胎的损失上，产生热量，这种损失称为轮胎的迟滞损失迟滞损失。 1.滚动阻力Ff 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 思考思考 22 ua 加载变形区加载变形区 卸载变形区卸载变形区 n n思思 考考 由轮胎的迟滞损失图看，在轮胎径向变形相同的情况下，由轮胎的迟滞损失图看，在轮胎径向变形相同的情况下，地面作用在加载变形区与卸载变形区的法向反力是否相等？地面作用在加载变形区与卸载变形区的法向反力是否相等？ 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 2

14、3 aun nW dd1pF1XFaun nWp1F1XFaraun nW1pF1XFZFZFOEFCDAhZF1）从动轮受力分析 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 FZd FZd fTZF24 aFTZff1pTrFraFrTFZf 1praf p1FWfWFf1pWfF frTFf ff滚动阻力系数滚动阻力系数 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 aun nWp1F1XFarZFaun nW1pF1XF fTZF令令 25 au Wp2F2XFZFtT araFTrFZXt2ftTT rT rTFXft 2ftFF 即路面作用于驱动轮的切向

15、力即路面作用于驱动轮的切向力FX2比比Ft要小。要小。 2）驱动轮受力分析 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 26 4 a 4a 10100100 ufufffua高高 f 大大 货车货车 f=0.0076+0.000056ua 3）影响Ff的因素 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 轿车轿车 （1）车速 ua 27 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 zf28 轮胎的两个最重要参数：极限速度和承载量。轮胎的两个最重要参数：极限速度和承载量。 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 临界车速临界车速（最高车速）（最高车速） 当汽车车速超过临界车速时，轮胎会出现驻波现象，当汽车车速超过临界车速时，轮胎会出现驻波现象，其周缘呈明显的波浪状，且轮胎温度快速增加。其周缘呈明显的波浪状，且轮胎温度快速增加。 后果是大量发热导致轮胎破损或爆胎。后果是大量发热导致轮胎破损或爆胎。 驻波现象驻波现象：在高速行驶时，轮胎离开地面后因变形在高速行驶时，轮胎离开地面后因变形所产生的扭曲并不立即恢复，其残余变形形成了一种波，所产生的扭曲并不立