发动机原理与汽车理论第7章汽车的动力性

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1、第七章（2）.ppt,汽车的动力性,第 七 章,第七章 汽车的动力性,第一节 动力性的评价指标 第二节 汽车的驱动力 第三节 汽车的行驶阻力 第四节 汽车的行驶条件 第五节 汽车动力性指标的确定方法 第六节 提高汽车动力性的措施,汽车动力性,定义：汽车在良好水平路面上直线行驶时所能达到的平均行驶速度。,第一节 汽车的动力性指标,一、汽车的最高车速 二、汽车的加速能力 三、汽车的爬坡能力,汽车的最高车速vmax,最高车速是指在良好的水平路面（混凝土或沥青）上汽车能达到的最高行驶车速。轿车：vmax=130200km/h；客车：vmax=90130km/h；货车：vmax=80110km/h。 在

2、使用中，将加速踏板踩到底，变速器挂入最高档位。,汽车的加速能力,加速能力可用汽车以最大加速强度加速行驶时的加速度、加速时间或加速行程来表示。在实际中评价汽车的加速能力最常用的指标是加速时间。 分类： .原地起步加速时间： 由低档（I或II档）起步，以最大的加速强度（包括选择恰当的换档时机）逐步换至最高档位后达到某一预定距离或车速所需的时间。一般用0400m或0100km/h的时间表示原地起步加速能力。 .超车加速时间:用最高档或次高档由某一较低车速全力加速到某一高速所需的时间。有时也采用加速过程曲线表示加速能力。,汽车的爬坡能力,汽车的爬坡能力：用满载时汽车在良好路面上的最大爬坡度（档的最大爬

3、坡度）表示。 不同的车辆对爬坡能力的要求： 轿车:最高车速大，加速时间短，经常在较好的道路上行驶，一般不强调它的爬坡能力。 货车:在各种道路上行驶，要求它具备足够的爬坡能力。一般30即16.7； 越野车：在坏路或无路条件下行驶。60或31。 为了维持道路上各种车辆能畅通行驶，要求各种车辆在常见的坡道上行驶速度相差不能太悬殊，所以，也可用汽车在常遇的坡道上必须达到的车速来表明汽车的爬坡能力。,第二节 汽车的驱动力,一、汽车的驱动力 二、传动系的传动效率 三、车轮的半径 四、汽车的驱动力图,汽车的驱动力,传动系的传动效率,传动系的功率损失包括变速器、传动轴万向节、主减速器等部件产生的功率损失。其中

4、变速器和主减速器产生的功率损失所占的比例最大。 传动系功率损失的分类：机械损失功率：与啮合齿轮对数、传递的扭矩有关。液力损失功率：搅动和磨擦。它与润滑油品质、温度、油面高度、转速等有关。 传动系各部件的传动效率：见表7-1。,车轮的半径,自由半径r0：车轮处于无载荷时的半径。 静力半径rs：汽车静止时，车轮中心至轮胎与道路接触面间的距离。rs与法向载荷和胎压有关。 动力半径rg：驱动车轮除承受法向载荷外，还承受扭矩作用，轮胎产生径向变形和切向变形。这时车轮中心至轮胎与道路接触面切向反力之间的距离。 滚动半径rr ：子午线轮胎 F=3.05斜交轮胎 F=2.99 应用：rs用于动力学分析；rr用

5、于运动学分析；一般分析不计差别： rsrrr,汽车的驱动力图,定义：在各个档位上，汽车的驱动力与车速之间的函数关系曲线。,若已知发动机外特性曲线、传动系的传动比、传动效率、车轮半径等参数时，就可作出汽车驱动力图。,作图步骤,（1）建立坐标系； （2）确定汽车传动系的传动比、传动效率T和车轮半径r； （3）在发动机外特性曲线上任取一点B，确定这一点的转速nB和对应的有效扭矩MeB； （4）根据驱动力计算公式分别求出发动机扭矩为MeB时，汽车以不同档位行驶时的驱动力FtB、FtB、 （5）计算转速为nB时，汽车以不同档位行驶时的车速vaB、vaB、,外特性曲线,nB,MeB,第三节 汽车的行驶阻力

6、,F=Ff +Fw+Fi +Fj 一、滚动阻力Ff 二、空气阻力Fw 三、坡度阻力Fi 四、加速阻力Fj,滚动阻力,滚动阻力是指车轮在路面上滚动时，由于轮胎与路面之间的相互作用而引起的能量损失。,1轮胎的变形分析:车轮滚动时，轮胎与路面的接触区域产生相互作用力，轮胎和支承路面发生相应的变形。当弹性轮胎在混凝土、沥青等硬路面上滚动时，轮胎的变形是主要的。如图7-3。这种损失称为弹性物质的迟滞损失。,滚动阻力,轮胎的弹性迟滞损失表现为阻碍车轮滚动的一种阻力矩（Mf =Fza）。如图7-4所示。,a,Fz,滚动阻力,2.从动轮在硬路面上滚动时的受力情况：如图7-5所示。 欲使从动轮等速滚动，在车轮中

7、心施加一个推力Fp1。f-滚动阻力系数。,需要说明的是，在分析汽车行驶阻力时，不必具体考虑轮胎滚动时所受到的滚动阻力矩，只要知道滚动阻力系数求出滚动阻力就可以（它只是一个数值，无法在真正的受力图上表现出来）。,Ff=Wf,滚动阻力,3.驱动轮在硬路面上等速滚动时的受力情况：如图7-6所示。 在驱动轮也作用有滚动阻力偶矩Mf2 。结论 ：真正驱动汽车行驶的力是 地面切向反力Fx2，它在数值上等 于驱动力Ft减去滚动阻力Ff。,滚动阻力系数,1) 影响因素：与路面的种类、车速以及轮胎的结构、材料、胎压等有关。同一轮胎在不同的路面上的滚动阻力系数见表7-2。,2)滚动阻力系数的经验计算： 轿车：式中

8、：f0良好沥青或混凝土路面为0.014；卵石路面为0.025；砂石路面为0.020； 货车：f =0.0076+0.000056vava车速(km/h)。,滚动阻力,空气阻力,1.定义:汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力。 2.分类:摩擦阻力和压力阻力。 3.空气阻力的计算：CD可通过道路试验、风洞试验等方法测得。 A指汽车在其纵轴的垂直平面上的投影面积；也常用轮距与汽车高度乘积表示。 汽车的CD和A的数值如表7-2所示。,压力阻力,形状阻力：与汽车的主体形状有很大关系。占58。 干扰阻力：车身表面突起部位引起的阻力（如后视镜、门把手、导水槽、驱动轴、悬架导向杆等） 。占14。

9、内循环阻力：发动机冷却系统、车身通风等需要的空气流经车体内部时形成的阻力。占12。 诱导阻力：空气升力在行驶方向的分力。占7。,汽车的空气阻力系数和迎风面积,坡度阻力,1.定义：当汽车上坡行驶时，汽车重力沿坡道方向的分力 。 2.计算式：Fi=Gsin 3.道路坡度：一般道路坡角较小，sintan=i，所以坡度阻力为Fi=Gi,坡度阻力,4.道路阻力F：由于坡度阻力与滚动阻力都是与道路有关的阻力，且都与汽车重力成正比，所以把两种阻力合在一起称为道路阻力 。F=Ff+Fi=fGcosa+Gsina 当坡角a较小时，cosa1，sinai，那么： F=Gf+Gi=G（f+i） 令 =f+i，称为道

10、路阻力系数。则 F=G,加速阻力,1.定义:汽车加速行驶时，需要克服其质量加速运动时产生的惯性力，称为加速阻力Fj。 汽车的质量包括平移质量和旋转质量两部分，加速时平移质量产生惯性力，旋转质量产生惯性力偶距。 2. 计算式：式中： -汽车旋转质量换算系数。,汽车旋转质量换算系数,主要与飞轮的转动惯量、车轮的转动惯量和传动系的传动比等有关。 在进行动力性计算时，可按经验公式估算：式中：1车轮旋转质量换算系数； 2飞轮旋转质量换算系数。,第四节 汽车的行驶条件,一、汽车行驶的驱动-附着条件： 二、附着系数的影响因素：,一、汽车行驶的驱动-附着条件,1.汽车行驶的驱动条件(或必要条件)：,一、汽车行

11、驶的驱动-附着条件,2.汽车行驶的附着条件(或充分条件)：轮胎与路面之间附着条件可用附着力来表示。附着力指地面对车轮切向反作用力的极限值，用F表示。在硬路面上，附着力与驱动轮法向反作用力Fz2（或垂直载荷W2）成正比，即： F=Fz2 -称为附着系数，与路面的种类和路面状况、轮胎的结构和材料及车速等有关。,一、汽车行驶的驱动-附着条件,实际上，附着力并不是作用在汽车上的外力，它只是地面对车轮切向反作用力的极限值，当切向反作用力达到此极限值时，驱动轮将产生滑转 。 对于后轮驱动的汽车：FX2=Ft-Ff 2F=Fz2 FtF+Ff2 = Fz2 （+f） 与值相比，f值很小，故可忽略不计。 所以

12、，汽车行驶的附着条件为: Ft F 结论：汽车行驶的驱动-附着条件为:,二、附着系数的影响因素,1.路面的影响： 2.轮胎的结构和材料： 3.轮胎的气压： 4.车速：,路面的影响,在硬路面上滚动时，以轮胎变形为主，路面的一些坚硬和微小突起物会嵌入轮胎的接触表面，使车轮与地面之间产生较大的附着力，所以附着系数较大； 在潮湿的路面上滚动时，轮胎与路面之间的液体起润滑剂作用，所以附着系数明显减小； 在软路面上滚动时，以土壤变形为主，附着系数取决于轮胎与土壤间的摩擦及土壤的抗剪强度。,轮胎的结构和材料,在硬路面上行驶的汽车，胎面花纹制成细而浅的形状，加强了胎面与路面微观突起物间的啮合作用，有利于提高附

13、着系数。在软路面上行驶的汽车，胎面花纹制成宽而深的形状，增加了嵌入轮胎花纹内土壤的剪切断面，有利于提高附着系数。 合成橡胶轮胎比天然橡胶轮胎附着系数要高。 轮胎磨损后由于花纹深度减小，附着系数显著下降。,轮胎的气压,在干燥的路面上，适当降低轮胎气压，轮胎与路面之间的接触面积增加，附着系数提高（如图7-8）； 在潮湿的路面上，提高轮胎气压，使路面对轮胎的单位压力提高，有利于挤出接触面间的水分，附着系数提高。,车速,在硬路面上，车速提高，轮胎与路面微观不平处来不及很好啮合，附着系数有所降低； 在潮湿路面上，车速提高，轮胎与路面之间的水不易被挤出，附着系数显著下降。 在软路面上，车速提高，由于车轮作

14、用力很容易破坏土壤的结构，附着系数也下降。,第五节 汽车动力性指标的确定方法,一、驱动力-行驶阻力平衡图 二、动力特性图 三、功率平衡图,一、驱动力-行驶阻力平衡图,汽车行驶中经常遇到的阻力有滚动阻力和空气阻力，将二者之和随着车速的变化关系曲线画在驱动力图上，得到驱动力及行驶阻力随车速的变化关系图形 ，称之为驱动力-行驶阻力平衡图。 利用驱动力-行驶阻力平衡图确定汽车的动力性： 1.确定汽车的最高车速： 2.确定汽车的加速能力： 3.确定汽车的爬坡能力：,1.确定汽车的最高车速,汽车的加速能力常用它在水平良好路面上行驶时能产生的最大加速度或最短加速时间来表示。 由行驶方程式得：利用上式和驱动力

15、-行驶阻力平衡图， 可计算对应某一档位和车速时能产生 的最大加速度，得到不同档位时的加 速度曲线。,2.确定汽车的加速能力,2.确定汽车的加速能力,由于j=dv/dt，所以：由定积分定义，加速时间t 为加速度倒数曲线下的面积。这样，根据加速度曲线作出加速度倒数曲线，借助于加速度倒数曲线，利用图解法就可以得到加速时间。,v1,v2,v1,v2,3.确定汽车的爬坡能力,汽车达到最大爬坡能力时，汽车除克服Ff、Fw外的剩余驱动力全部用来克服坡度阻力，即 dv/dt=0， Fj=0。汽车以较高档行驶时,由于坡道角较小 ：i=tansin,二、动力特性图,一）动力因数： 根据： 两边除以汽车重力，得：令 -称之为汽车的动力因数当坡道角较小时： 动力平衡方程二）动力特性图：各档位时动力因数与车速之间的关系曲线图。,动力特性图的应用,1.确定汽车的最高车速： i=0，dv/dt=0，D=f。 2.确定汽车的加速能力： 当汽车达到最大加速能力时， i=0 ，根据在动力特性图上，D曲线与f曲线间距离的g/倍，就是各档位的加速度。,动力特性图应用,3.确定汽车的爬坡能力： 当汽车达到最大爬坡能力时，dv/dt=0。I档时的最大爬坡度的计算：汽车以较高档位行驶时，由于坡道角较小：i= Df。 在动力特性图上D曲线与f曲线间距离，就是汽车各档时的爬坡能力。,