汽车理论-第一章(排版)

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1、第一章 汽车的动力性 思路：从分析汽车行驶时的受力出发，建立行驶方程式，并以图表的形式确定汽车的动力性。第一节 汽车的动力性指标一、汽车的动力性系指汽车在良好路面上直线行驶时，由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。（汽车是一种高效率的运输工具，运输效率之高低在很大程度上取决于汽车的动力性。所以，动力性是汽车各种性能中量基本、最重要的性能。） 二、动力性评价指标 1 汽车的最高车速 ：最高车速是指在水平良好的路面（km/h） (混凝土或沥青)上汽车能达到的最高行驶车速。,2 汽车的加速时间t:表示汽车的加速能力(对平均行驶车速有很大影响)原地起步加速时间: 指汽车由I挡或挡起步，并

2、以最大的加速强度(包括选择恰当的换挡时机)逐步换至最高挡后到某一预定的距离或车速所需的时间。(一般常用0402.5m(01/4mile) 或0400m的秒数来表明汽车原地起步加速能力；也有用096.6km/h(060mile/h)或0100km/h所需的时间来表明起步加速能力的。)超车加速时间: 指用最高挡或次高挡由某一较低车速全力加速至某一高速所需的时间。(一般用最高档或次高档由30km/h或40km/h全力加速行驶至某一高速所需的时间；)图1-1是一些轿车的原地起步加速过程曲线,图1-1 轿车原地起步加速过程,3. 最大爬坡度 : 汽车用满载(或某一载重质量)时汽车在良好路面上的最大爬坡度

3、。轿车：一般不强调爬坡能力；它的I挡加速能力大，故爬坡能力也强。货车： 一般在30即16.7左右。越野车：爬坡能力是一个很重要的指标， 可达60即31左右。说明： 代表了汽车的极限爬坡能力，它应比实际行驶中遇到的道路最大坡度超出很多，为什么？原因这是因为应考虑到在实际坡道行驶时，在坡道上停车后顺利起步加速、克服松软坡道路面的大阻力、克服坡道上崎岖不平路面的局部大阻力等要求的缘故。,有时也以汽车在一定坡道上必须达到的车速来表明汽车的爬坡能力。在Timothy CMoore文章中规定美国新一代轿车的爬坡能力为：在EPA试验规定的质量下，应能以104kmh的车速通过6的坡道，而在满载时的车速则不能低

4、于80kmh。军用车辆的战术技术要求中，不一定包含车辆的最高车速，但常规定在一定坡道上车辆应达到的速度。也有以一定坡道上汽车的加速时间来表明汽车加速性能的。如Timothy CMoore提出美国新一代轿车满载时，在6坡道上096kmh 的加速时间不应大于20s。,汽车的动力性评价指标 由汽车行驶方程式求得汽车的行驶方程式为 Ft= F 一、汽车的驱动力（ ） （如图1-2所示）而对于装有分动器、轮边减速器、液力传动等装置的汽车，上式应计入相应的传动比和机械效率。 因此驱动力为 （1-1）,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,针对式(1-1)中的发动机转矩、传动系效率以及车轮半径作一些讨论，并最后给

5、出汽车的驱动力图。 (一)发动机的转速特性发动机转速特性曲线或发动机特性曲线: 发动机的功率 转矩 以及燃油消耗率b与发动机曲轴转速n之间的函数关系曲线。发动机外特性曲线：发动机节气门全开(或高压油泵在最大供油量位置)的曲线。发动机部分负荷特性曲线：如果节气门部分开启(或部分供油)时的特性曲线。 图1-3为某汽油发动机外特性中的功率与转矩曲线。功率（ kW ）与转矩（ Nm ）转速（ r/min ）有如下关系 图14是汽车发动机外特性及部分负荷特性的功率与转矩曲线。 图15是两种货车增压柴油机的外特性。注发动机制造厂提供的发动机特性曲线，有时是在试验台上 未带水泵、发电机等条件下测得的。使用外

6、特性曲线：带上全部附件设备时的发动机特性曲线。,图1-3 汽油发动机外特性中的功率与转矩曲线,图1-6是汽车发动机的外特性和使用外特性中的功率与转矩曲线。 一般汽油发动机使用外特性的最大功率比外特性的最大功率约小15； 货车柴油机的使用外特性最大功率约小5； 轿车与轻型汽车柴油机约小10。 日本JIS规定，1985年以后生产的汽车均应给出净功率，即使用外特性功率。 还应指出，外特性台架试验是在发动机工况相对稳定，即保持水、机油温度于规定的数值，且在各个转速不变时来测量转矩与油耗数值的；而在实际使用中，发动机的工况常是不稳定的。,图1-6 BJ汽车发动机外特性和使用外特性中的功率与转矩曲线,例如

7、：在汽车加速时，发动机是在节气门开度迅速加大，曲轴转速连续由低升高的变化过程中工作的。发动机的热状况、可燃混合气的浓度等，与外特性台架试验时的稳定工况有差异。在加速过程的不稳定工况下，发动机所能提供的功率比稳定工况时要稍有下降，电喷汽油机比化油器汽油机要下降得更少些。 在进行动力性估算时，般仍沿用稳态工况时发动机台架试验所得到的使用外特性中的功率与转矩曲线。,为了便于计算，常采用多项式来描述由试验台测得的发动机转矩曲线，即式中：系数 ， ， ， ，可由最小二乘法来确定；拟合阶数k随特性曲线而异，一般在2、3、4、5中选取。 如北京内燃机总厂生产的492Q发动机，试验测得的转矩特性为可由如下五次

8、多项式来表示：,(二)传动系的机械效率输入传动系的功率； 克服传动系摩擦而损耗的功率则传动系的机械效率为在等速行驶情况下， 故 传动系的功率损失 由传动系中的部件变速器、传动轴万向节、主减速器等的功率损失所组成。其中变速器和主减速器的功率损失占比重最大，其余部件的功率损失较小。,传动系功率损失类型：机械损失：是指齿轮传动副、轴承、油封等处的摩擦损失。（机械损失与啮合齿轮的对数、传递的矩等因素有关。）液力损失：液力损失指消耗于润滑油的搅动、润滑油与旋转零件之间的表面摩擦等功率损失。（液力损失与润滑油的品种、温度、箱体内的油面高度以及齿轮等旋转零件的转速有关。）传动系的效率是在专门的试验台上测得的

9、。,图1-7解放牌4t载货汽车CAl0B变速器在挡、挡工作时的传动效率。试验结果表明：在挡(直接挡)工作时， 啮合 的齿轮并没有传递转矩，因此比 挡超速挡)时的传动效率要高。同一挡位转矩增加时， 润滑油 损失所占比例减少，传动效率较高。 转速低时搅油损失小，传动效率比 转速高时要高。传动效率受多种因素的影响有 所变化， 但对汽车进行动力性初步分析时，可看作常数。,图1-7解放牌4t载货汽车CAl0B变速器在挡、挡工作时的传动效率。,采用有级机械变速器传动系的车辆轿车传动效率可取为0.90.92；货车、客车传动效率可取为0.820.85。表1-1推荐的数值亦可用来估算整部汽车的传动效率。,表1-

10、1为传动系各部件的传动效率,(三) 车轮的半径自由半径 车轮处于无载时的半径称。静力半径 汽车静止时，车轮中心至轮胎与道路接触面间的距离。（由于径向载荷的作用，轮胎发生显著变形，所以静力半径小于自由半径。）滚动半径 ：（滚动半径由试验测得，也可以作近似估算。）式中， 车轮转动的圈数；S 在转动 圈时车轮滚动的距离。欧洲轮胎与轮辋技术协会（E.T.R.T.O.）曾推荐用下式来计算滚动圆周(条件：以上系指在最大载荷、规定气压与车速在60km/h时的滚动圆周)式中， d E.T.R.T.O.会员生产轮胎的自由直径；F 计算常数,子午胎 F=3.05,斜交胎F=2.99。,故滚动半径为德国橡胶企业协会

11、制定的WdK准则中，给出了在速度为60km/h时的轮胎滚动圆周长 ，并给出下式以计算不同车速 时的滚动周长 ，(mm)式中， 应用范围：静力半径 用于对汽车作动力学分析；滚动半径 用于作运动学分析。但一般常不计它们的差别，统称为车轮半径 r，即认为,(四)汽车的驱动力图1. 定义：用根据发动机外特性确定的驱动力与车速之间的函数关系曲线（ ）来全面表示汽车的驱动力，称为-2.发动机转速与汽车行驶速度之间的关系式为 3. 获得驱动力图设计中的汽车有了发动机的 外特性曲线、传动系的传动比、 传动效率、车轮半径等参数后， 即可用式(1-1)求出各个挡位的值，再根据式（1-3）求出 ， 即可求得各个挡位

12、的 曲线。图1-8是具有五挡变速器的一货车驱动力图 （相应于发动机外特性时的）,二、汽车的行驶阻力汽车行驶的总阻力为(一)滚动阻力1.弹性物质迟滞损失与滚动阻力系数车轮滚动时，轮胎与路面的接触区域产生法向、切向的相互作用力以及相应的轮胎和支承路面的变形（取决于轮胎和支承面的相对刚度）。 一般情况下，当弹性轮胎在硬路面(混凝土路、沥青路)上滚动时，轮胎的变形是主要的。此时由于轮胎有内部摩擦产生弹性迟滞损失，使轮胎变形时对它作的功不能全部回收。,图1-9为9.00-20轮胎在硬支承路面上受径向载荷时的变形曲线。 图中：0CA加载变形曲线；ADE卸载变形曲线；OCABO加载过程中对轮胎作的功；ADE

13、BA卸载过程中轮胎恢复变形时放出的功。由图可知，两曲线并不重合，两面积 之差OCADEO即为加载与卸载过程之 能量损失。此能量系消耗在轮胎各 组成部分相互间的摩擦以及橡胶、帘 线等物质的分子间的摩擦，最后转化为热能而消失在大气中。这种损失称为弹性物质的迟滞损失。实际上这种迟滞损失表现为阻碍车轮滚动 的一种阻力偶。,如图1-10所示： 车轮不滚动时地面对车轮的法向反作用力的分布是前后对称的； 车轮滚动时在法线n-n前后相对应点d和d(图1-10a)变形虽然相同，但由于弹性迟滞现象，处于压缩过程的前部d点的地面法向反作用力就会大于处于恢复过程的后部d点的地面法向反作用力。设取同一变形，压缩时的受力

14、为CF，恢复时受力为DF，而CF大于DF。这样，就使地面法向反作用力的分布前后并不对称，而使它们的合力 相对于法线n-n向前移了一个距离a (图1-11a)，它随弹性迟滞损失的增大而变大。合力 与法向载荷W大小相等，方向相反。,如果将法向反作用力 平移至与通过车轮中心的垂线重合，则从动轮在硬路面上滚动时有滚动阻力偶矩阻碍车轮滚动(如图1-11b)。滚动阻力偶矩：由图1-11可知，欲使从动轮在硬路上等速滚动，必须在车轮中心加-推力 ，它与地面切向反作用力构成一力偶矩来克服上述滚动阻力偶矩。 由平衡条件(对接地点取矩)得故 若令 ，且考虑到 与 的大小相等，常将 写作 或式中， 称为滚动阻力系数。

15、滚动阻力系数：是车轮在一定条件下滚动时所需之推力与车轮负荷之比，即单位汽车重力所需之推力。换言之，滚动阻力等于滚动阻力系数与车轮负荷之乘积，即 （1-3） 且这样，我们在分析汽车行驶阻力时，不必具体考虑车轮滚动时所受到的滚动阻力偶矩，而只要知道滚动阻力系数求出滚动阻力便可以了 (当然，滚动阻力无法在真正的受力图上表现出来，它只是一个数值)。这将有利于动力性分析的简化。,图1-12是驱动轮在硬路面上等速滚动时的受力图。 由平衡条件（车轮中心取矩）得：将图1-12与图1-2相比较，图1-2没有考虑滚动阻力而求得车轮驱动力 。现在我们可以看出，真正作用在驱动轮上驱动汽车行驶的力为地面切向反作用力 ，它的数值为驱动力 减去驱动轮上的滚动阻力 。所以，图1-2只是一种定义，驱动力 和滚动阻力一样，在受力图上，也是画不出来的。滚动阻力系数由试验确定。滚动阻力系数与路面的种类、行驶车速以及轮胎的构造、材料、气压等有关。表1-2给出了汽车在某些路面上以中、低速行驶时，滚动阻力系数的大致数值。,