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汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,1,绪论,一、汽车理论的主要内容（1）汽车动力学及汽车性能运动的关系。各项行驶性能。 汽车的有效性与安全性（2）汽车的有效性 动力性燃油经济性/燃料经济性汽车动力装置参数的选择平顺性通过性,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,2,绪论,（3）汽车的安全性（结构上讲，狭义） 制动性 操纵稳定性二、汽车的安全性（广义）（1）主动安全性（2）被动安全性,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,3,绪论结束！,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,4,第二章 汽车的动力性1-1 汽车动力性指标1-2 汽车的驱动力和行驶阻力1-3 汽车行驶的驱动-附着条件、汽车的附着力1-4 汽车驱动力-行驶阻力平衡图与动力特性图1-5 汽车的功率平衡,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,5,第一章 汽车的动力性,预备知识 汽车传动系的功能、组成、构造及工作原理。 发动机的转速特性。,中心思想 介绍动力性的基础知识（评价指标、受力、行驶条件）。 根据力的平衡、功率的平衡来分析和评价汽车的动力性好坏。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,6,引 言,定义：汽车在良好路面上直线行驶时，由纵向外力决定的所能达到的平均行驶速度。关于定义的讨论：道路良好路面：水平或坡路运动直线行驶外力纵向外力决定的运动能力所能达到的有效性运输效率最基本、最重要的性能。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,7,引 言,本章的内容与目的 分析汽车行驶时的受力，建立行驶方程式，并通过计算或以图表的形式按动力性评价指标的要求确定动力性。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,8,第一节 汽车的动力性指标,三个指标： 最高车速水平良好路面 加速时间原地起步加速时间、超车加速时间 （1）原地起步时间t由一档或二档起步，逐渐换至最高档，行驶到预定距离或车速所需时间。 （2）超车加速时间t在最高或次高档由某一较低车速30、40km/h全力加速至某一高速所需的时间。 （3）用车速时间曲线全面反应加速能力。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,9,第一节 汽车的动力性指标,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,10,第一节 汽车的动力性指标,上坡能力最大坡度，良好路面，满载行驶。 （1）显然，是指一档最大爬坡度。 （2）轿车的最大坡度基本满足使用要求，货车、越野车的爬坡能力是个很重要的指标。 （3）军用车辆的战术技术要求中，常规定在一定坡道上车辆应达到一定的速度。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,11,第一节结束！,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,12,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,行驶方程式,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,13,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,讨论 驱动力发动机转矩经传动系至驱动轮。 行驶阻力滚动、空气、加速、坡度。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,14,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,一、汽车的驱动力,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,15,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,由发动机的转速特性来确定转矩（1）转速特性曲线 （外特性曲线， 和部分特性曲线 ）,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,16,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,17,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,（2）发动机制造厂提供的发动机特性曲线是在试验台上未带空气滤清器、水泵、风扇、消声器、发电机等条件下测得的。 带上全部附件设备时的发动机特性曲线称为使用特性曲线。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,18,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,（3）台架试验发动机工况相对稳定 实际使用发动机工况相对不稳定 由于对变工况下发动机特性研究的还不够，所以仍是用稳定工况下发动机台架试验结果。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,19,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,传动系的机械效率 （1）Pe发动机发出的功率PT传动系中损失的功率（2）PT的讨论它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组成。分类：机械损失摩擦损失、液力损失消耗于润滑油受多种因素的影响，但对汽车进行初步的动力分析时可把它看作一个常数。可查表。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,20,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,21,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,车轮的半径自由半径无载静力半径静载滚动半径动载s转动n圈，实际车轮滚动距离。车轮滚动圈数。一般不计差别，统称为车轮半径r，即,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,22,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,23,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,汽车的驱动力图 驱动力车速关系曲线,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,24,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,二、汽车的行驶阻力 （）前两项在任何行驶条件下均存在，后两项在一定行驶条件下才存在。滚动阻力产生：轮胎内部摩擦产生弹性迟滞损失，损失的能量消失在轮胎各组成部分相互间的摩擦及橡胶、帘线等物质分子间摩擦，即弹性物质的迟滞损失。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,25,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,26,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,由力平衡：,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,27,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,令 滚动阻力系数则 只要知道f，就可求出滚动阻力，即无法在真正的受力图上表示出来，它只是一个数值。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,28,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,与一样，在受力图上画不出来。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,29,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,滚动阻力系数f=f(路面、车速、轮胎)，由实验测定或由经验公式估算。在动力性分析中常不考虑由于转弯增加的阻力。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,30,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,31,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,32,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,33,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,34,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,空气阻力 直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向的分力。压力阻力：形状、干扰、内循环、诱导阻力，是指法向压力合力在行驶方向上的分力。 摩擦阻力：由于空气粘性在车身表面产生的切向力合力在行驶方向上的分力。 一般轿车：形阻（58%），干扰（14%），内（12%），诱导（7%），摩擦（9%）。 在汽车行驶范围内，与气流相对速度的动压力成正比，即,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,35,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,空气阻力系数，与雷诺系数有关空气密度，一般为1.2258相对速度，无风时为迎风面积，方向投影面积 （）速度增大，对应给予足够的重视。 （）可以通过查表或测量得到。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,36,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,37,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,38,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,坡度阻力 坡度 ：因为较小，所以故,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,39,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,道路阻力与道路阻力系数 当不大时， 道路阻力系数 道路阻力,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,40,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,加速阻力 （1）克服其质量加速运行时的惯性力，。（2）平移质量惯性力与旋转质量惯性力偶矩，以计入。汽车质量换算系数 ，主要与飞轮转动惯量、车轮转动惯量及传动系的传动比有关。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,41,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,经验公式估算 式中：,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,42,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,43,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,三、汽车行驶方程式 上式可以通过对汽车各部分取隔离体进行受力分析推导得到，同时推出的表达式。只表示各物理量之间的数量关系。式中有些项，并不表示作用于汽车的外力，例如，。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,44,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,作用于汽车质心上的惯性力为 ，而不是，飞轮的惯性力矩作用在汽车横截面上，所以 只是进行动力性分析时代表惯性力和力矩总效应的一个数值而已。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,45,第二节结束！,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,46,第三节 汽车行驶的驱动-附着条件、汽车的附着力,一、汽车行驶的驱动-附着条件1由行驶方程式知： 驱动条件： （必要条件），否则（1）无法开动，（2）减速直至停车。2轮胎与地面的附着条件,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,47,第三节 汽车行驶的驱动-附着条件、汽车的附着力,式中 附着系数 不足够大，将引起驱动轮在路面滑转。 的增大，只会使驱动轮加速旋转，地面切向反作用力并不会增加。 所以，地面切向反作用力不能大于附着力。 对于后轮驱动的汽车,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,48,第三节 汽车行驶的驱动-附着条件、汽车的附着力,因为多数情况下 ，所以 附着条件（必要条件）式中 作用于所有驱动轮上地面法向作用力3汽车的驱动附着条件 （必要与充分条件）,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,49,第三节 汽车行驶的驱动-附着条件、汽车的附着力,二、汽车的附着力 1式中 取决于路面、车速、车轮的运动状况 与汽车总体布置、行驶状况、坡度i有关2汽车加速上坡时的受力及 与 在坡度不大，路面良好，作用于前后轮上的惯性阻力矩很小，风压中心与整车质心大致重合时，有下面近似关系,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,50,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,51,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,52,第三节 汽车行驶的驱动-附着条件、汽车的附着力,3当 ， ， ，增大到一定程度，达到max，此时，汽车的附着力与各阻力有如下近似关系式,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,53,第三节 汽车行驶的驱动-附着条件、汽车的附着力,故后轮驱动汽车前轮驱动汽车四轮驱动汽车,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,54,第三节 汽车行驶的驱动-附着条件、汽车的附着力,4附着利用率 或 100% 只有当汽车前后驱动力的分配比值等于其前后法向反作用力的分配比值时，四轮驱动汽车才能真正利用此附着力。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,55,第三节结束！,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,56,第四节 汽车的驱动力-行驶阻力平衡图与动力特性图,一、驱动力-行驶阻力平衡图 1由行驶方程式或 在Ftua（驱动力图）的基础上，加上Ff和Fw曲线，即可作出汽车驱动力行驶阻力平衡图，并以它确定汽车的动力性。 例子：图1-23为具有五档变速器汽车的驱动力行驶阻力平衡图。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,57,第四节 汽车的驱动力-行驶阻力平衡图与动力特性图,Ft5Ff+Fw交点的对应点为uamax 。当uaFf+Fw，可利用发动机的部分特性。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,58,第四节 汽车的驱动力-行驶阻力平衡图与动力特性图,2加速度曲线、加速度倒数曲线 （1）利用图1-23可计算各档油门全开时的加速度曲线 （设Fi=0 ）注：有些汽车II档可能比I档加速度大，因为I档的 比较大。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,59,第四节 汽车的驱动力-行驶阻力平衡图与动力特性图,（2）由加速度图（u1u2：t）,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,60,第四节 汽车的驱动力-行驶阻力平衡图与动力特性图,（3）加速时间曲线注：由汽车的加速时间，确定汽车的加速能力，在选择传动系最佳方案或选择合适的发动机排量时是十分有用的。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,61,第四节 汽车的驱动力-行驶阻力平衡图与动力特性图,3爬坡能力 一挡：,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,62,第四节 汽车的驱动力-行驶阻力平衡图与动力特性图,二、动力特性图 用途：用于分析汽车的动力性 令 为汽车的动力因数，以D表示。即,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,63,第四节 汽车的驱动力-行驶阻力平衡图与动力特性图,动力特性图 Dua关系曲线 动力特性图的利用 （1）uamax ：动力特性图（D-ua）直接档与滚动阻力系数曲线（fua）的交点，即为uamax。 （2）imax ：,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,64,第四节 汽车的驱动力-行驶阻力平衡图与动力特性图,即D曲线与f曲线间的距离就表示汽车的上坡能力。I档时，可上坡度较大，此时 误差较大。应按下式计算 根据 折算成最大爬坡度。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,65,第四节 汽车的驱动力-行驶阻力平衡图与动力特性图,（3）t ：加速时用上述同样方法亦可求得加速度值，然后再折算为t。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,66,第四节结束！,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,67,第五节 汽车的功率平衡,一、汽车行驶时的动态平衡 1. 力 2. 功率发动机功率汽车行驶阻力功率之和 机械传动损失全部运动阻力所消耗功率 二、功率的平衡 行驶方程式两边乘以ua，并经单位换算整理出汽车功率平衡方程式（kw）,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,68,第五节 汽车的功率平衡,三、汽车功率平衡图 档位 ， 档位 域变宽。 ua斜率越来越大。 直接档二曲线的交点为uamax。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,69,第五节 汽车的功率平衡,四、汽车的后备功率 为汽车的后备功率。 克服滚动阻力、空气阻力后，用于加速和上坡。 后备功率越大，则汽车的动力性越好。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,70,第二章 汽车燃油经济性,预备知识 汽车传动系的功能、组成、构造及工作原理。 发动机的转速特性。 汽车的动力性,中心思想 介绍燃油经济性评价指标、计算方法、影响因素以及新一代高效节能技术。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,71,引 言,问题汽车排放的温室气体指什么？（CO2）现今对汽车的要求越来越高？（石油资源、发动机排放的限制）如何解决问题？（在保证动力性和安全性的前提下，节能、环保）,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,72,引 言,在保证动力性的条件下，汽车以尽量少的燃油消耗量经济行驶的能力，称作汽车的燃油经济性。燃油经济性好，可以降低汽车的使用费用、减少同家对进口石油的依赖性、节省石油资源；同时降低了发动机产生的CO2(温室效应气体)的排放量，起到防止地球变暖的作用。发动机的燃油消耗率与排放污染是有密切关系的，只能在保证排放达到有关法规要求的前提下来降低发动机的燃油消耗率，援高汽车的燃油经济性。节约燃料、保护环境已成为全球关注的大事，汽车燃油经济性受到各国政府、汽车制造业与汽车使用者的重视。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,73,第一节 汽车燃油经济性的评价指标,1、人们通常如何评价？中欧L/100km，美国MPG？2、常用的评价指标是什么（等速百公里燃油消耗量）？3、怎样才能使得评价指标全面反映汽车的实际工况（综合评价指标、典型的循环行驶工况）？ECE、EPA、China？4、市内测功器的循环行驶工况规范是怎样制定的（车速时间行驶规范）？5、表2-1：P406、2019年，防止地球变暖的京都会议的主题是什么？（欧盟主张发达国家在2019年时，温室气体排放量比1990年要减少15）,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,74,第一节 汽车燃油经济性的评价指标,汽车的燃油经济性常用一定运行工况下汽车行驶百公里的燃加消耗量或一定燃油量能使汽车行驶的里程来衡量。 在我国及欧洲，燃油经济性指标的单位为L/100Km，即行驶100km所消耗的燃油升数。其数值越大，汽车燃油经济性越差。 在美国 ，燃油经济性指标的单位为MPG或MileUSgal，指的是每加仑燃油能行驶的英里数。这个数字越大，汽车燃油经济性越好。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,75,第一节 汽车燃油经济性的评价指标,等速行驶百公里燃油消耗量是常用的一种评价指标，指汽车在一定载荷(我国标准规定轿车为半载、货车为满载)下，以最高档在水平良好路面上等速行驶100km的燃油消耗量。 常测出每隔30km/h或20km/h速度间隔的等速百公里燃油消耗量，然后在图上连成曲线，称为等速百公里燃油消耗量曲线，用它来评价汽车的燃油经济性，如图2-1所示。 等速工况并没有全面反映汽车的实际运行情况，持别是在市区行驶中频繁出现的加速、减速、怠速停车等工况。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,76,第一节 汽车燃油经济性的评价指标,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,77,第一节 汽车燃油经济性的评价指标,图2-2给出了联合国欧洲经济委员会、美国及我国法定的测定燃油经济性的循环行驶工况图。欧洲经济委员会（ECE）规定，要测量车速为90km/h和120km/h的等速百公里燃油消耗里和按ECE-R.15循环工况的百公里燃油消耗量，并各取1/3相加作为混合百公里燃油消耗量来评定汽车燃油经济性。美国环境保护局(EPA)规定要测量城市循环工况（UDDS）及公路循环工况（HWFET）的燃油经济性（单位为每加仑燃油汽车行驶英里数mile/gal），并按下式计算综合燃油经济性（单位：mile/gal）,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,78,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,79,第一节 汽车燃油经济性的评价指标,循环工况规定了车速时间行驶规范，例如，何时换挡、何时制动以及行车的速度和加速度等数值。 因此，它在路上试验比较困难，一般多规定在室内汽车底盘测功机(转鼓试验台)上进行测试；而规定在路上进行试验的循环工况均很简单。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,80,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,81,第一节 汽车燃油经济性的评价指标,自1973年发生世界石油危机后，各国十分重视节约燃油，不少国家制定了控制燃油消耗的法规。美国针对轿车制定了“公司平均燃油经济性标准”（简称为CAF）。CAFE是指一个公司全部销售轿车的平均燃油经济性。若不能达到该标准，公司将被处以罚款。 图2-3是CAFE值随时间变化的曲线。到1989年，要求CAFE值为27.5mile/USgal（相当于10.27L/100km）。此后再没有明确的规定。图中1990年以后的阴影部分是美国议会讨论中提出的数值范围。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,82,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,83,第一节 汽车燃油经济性的评价指标,我国原机械工业部于1984年发布了货车与客车燃油消耗量限值标准。 在2019年防止地球变暖京都会议上，欧盟主张发达国家在2019年时，温室气体排放量比1990年要减少15。这必然要求汽车燃油消耗应有相应的降低。 有资料表明，到2019年或2019年时，欧洲轿车CO2排放量已规定为120g/km，相当的燃油消耗量应为5.17L/100km（汽油机）和4.56L/100km(柴油机)。 现在世界各国正在研制21世纪新一代超经济型轿车，其油耗指标接近于3L/100km。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,84,第一节结束！,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,85,第二节 汽车燃油经济性的计算,在汽车设计与开发工作中，常需要根据发动机台架试验得到的万有特性因与汽车功率平衡图，对汽车燃油经济性进行估算。本节将介绍燃油经济性循环行驶试验工况的各工况，如等速行驶、加速、减速和怠速停车等行驶工况的燃油消耗量计算方法。 注意：单位换算、运动学公式,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,86,1等速行驶工况燃油消耗量的计算,图2-4给出了一汽油发动机的万有特性曲线。在万有特性图上有等燃油消耗率曲线。根据这些曲线，可以确定发动机在一定转速n、发出一定功率Pe时的燃油消耗率b。 为了便于进行计算，按照转速n和车速ua的转换关系在横坐标上画出汽车(最高档)的行驶车速比例尺。此外，计算时还需要汽车在水平路面上等速行驶时，为克服滚动阻力与空气阻力，发动机应提供的功率。 根据等速行驶车速ua及阻力功率P，在万有特性图上(利用插值法)可确定相应的燃泊消耗率b，从而计算出以该车速等速行驶时单位时间内的燃油消耗量（mL/s）为,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,87,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,88,1等速行驶工况燃油消耗量的计算,整个等速过程行经s（m）行程的燃油消耗量（mL）为折算成等速百公里燃泊消耗量（L/100km）为,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,89,2等加速行驶工况燃油消耗量的计算,在汽车加速行驶时，发动机还要提供为克服加速阻力所消耗的功率。 下面计算由ua1以等加速度加速行驶至ua2的燃油消耗量，参看图2-5。把加速过程分隔为着干区间。例如按速度每增加1km/h为 一个小区间，每个区间的燃油消耗量可根据其平均的单位时间燃油消耗量与行驶时间之积来求得。各区间起始或终了车速对应时刻的单位时间燃油消耗量Q1（mL/s），可根据相应的发动机发出的功率与燃油消耗率求得,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,90,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,91,2等加速行驶工况燃油消耗量的计算,汽车行驶速度每增加1km/h所需时间（s）为从行驶初速ua1加速至ua11km/h所需燃油量（mL）为由车速ua11km/h再增加1km/h所需的燃油量（mL）为,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,92,2等加速行驶工况燃油消耗量的计算,依此，每个区间的燃油消耗量为整个加速过程的燃油消耗量（mL）为加速区段内汽车行驶的距离（m）为,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,93,3等减速行驶工况燃抽消耗量的计算,减速行驶时，油门松开(关至最小位置)并进行轻微制动，发动机处于强制怠速状态，其油耗量即为正常怠速油耗。所以，减速工况燃油消耗量等于减速行驶时间与怠速油耗的乘积。减速时间（s）为减速过程燃油消耗量（mL）为减速区段内汽车行驶的距离（m）为,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,94,4怠速停车时的燃油消耗量,若怠速停车时间为ts（s），则燃油消耗量（mL）为,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,95,5整个循环工况的百公里燃油消耗量,对于由等速、等加速、等减速、怠速停车等行驶工况组成的循环，如ECE-R.15和我国货车六工况法，其整个试验循环的百公里燃油消耗量(L/100km)为式中， 为所有过程油耗量之和（mL）； s 为整个循环的行驶距离（m）,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,96,第二节结束！,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,97,第三节 影响汽车燃油经济性的因素,汽车等速百公里燃油消耗量为由上式可知，等速百公里燃油消耗量正比于等速行驶时的行驶阻力与燃油消耗率，反比于传动效率。 发功机的燃油消耗率，一方面取决于发动机的种类、设计制造水平；另一方面又与汽车行驶时发动机的负荷率有关。从万有特性图上可知发动机负荷率低时，b值显著增大。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,98,第三节 影响汽车燃油经济性的因素,当然，总的汽车燃油消耗还与加速、减速、制动、怠速停车等工况以及汽车附件（如空调）的使用有关。 图2-6是一美国中型轿车在EPA城市和EPA公路循环工况中的燃油化学能与汽车各处消耗能量的平衡图。由图可以看出：汽车燃泊消耗除与行驶阻力(滚动阻力与空气阻力)、发动机燃油消耗率以及传动系效率有关之外，还与停车怠速油耗、汽车附件（空调等）消耗及制动能量损耗有关。在城市循环工况中，后三个因素的影响相当大，它们消耗的能量总计达燃油化学能的25.2。但传统结构的汽车在这些方面尚未找到突破性的提高燃油经济性的措施。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,99,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,100,第三节 影响汽车燃油经济性的因素一、使用方面,1行驶车速 由图2-1可以看出，汽车在接近于低速的中等车速时燃油消耗量Qs最低，高速时随车速增加Qs迅速加大。这是因为在高速行驶时，虽然发动机的负荷率较高，但汽车的行驶阻力增加很多而导致百公里油耗增加的缘故。2挡位选择 在一定道路上，汽车用不同排挡行驶，燃油消耗量是不一样的。显然，在同一道路条件与车速下，虽然发动机发出的功率相同，但挡位越低，后备功率越大，发动机的负荷率越低，燃油消耗率越高，百公里燃油消耗量就越大，而使用高挡时的情况则相反。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,101,第三节 影响汽车燃油经济性的因素一、使用方面,3挂车的应用 可提高运输生产率和降低成本（如降低燃油消耗量）。 CA10B汽车经常拖挂4.5、5t挂车，行驶于坡度小于8、最大坡度小于11的道路上，生产率可提高3050，油耗可降低2030（以100tkm计）。 拖带挂车后，虽然汽车总的燃油消耗量增加了，但以100tkm计的油耗却下降了，即分摊到每吨货物上的油耗下降了。拖带挂车，节省燃油的原因有两个，一是带挂车后阻力增加，发动机的负荷率增加，使燃油消耗率b下降；另一个原因是汽车列车的质量利用系数(即装载质量与整车整备质量之比)较大。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,102,第三节 影响汽车燃油经济性的因素一、使用方面,4正确地保养与调整 汽车的调整与保养会影响到发动机的性能与汽车行驶阻力，所以对百公里油耗有相当影响。 一般驾驶员常用滑行距离来检查底盘的技术状况。当汽车的前轮定位正确，制动器摩擦片与制动鼓有正常的间隙，轮胎气压正常，各相对运动零部件滑磨表面光洁、间隙恰当并有充分的润滑油时，底盘的行驶阻力减小，滑行距离便大大增加。阻力较小的装载质量为2.5t的汽车，在良好水平道路上以30km/h的车速开始摘挡滑行，滑行距离应达200 250m。当滑行距离由200m增至250m时，油耗可降低7。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,103,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,104,第三节 影响汽车燃油经济性的因素二、汽车结构方面,1缩减轿车总尺寸和减轻质量 大型轿车费油的原因是大幅度地增加了滚动阻力、空气阻力、坡度阻力和加速阻力。为了保证高动力性而装用的大排量发动机，行驶中负荷率低也是原因之一。 为了减轻质量，轿车选用材料中的铝与复合材料的比例日益增加。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,105,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,106,第三节 影响汽车燃油经济性的因素二、汽车结构方面,2发动机 发动机的热损失与机械损耗占燃油化学能的65左右。 （1）提高现有汽油发动机的热效率与机械效率。 （2）扩大柴油发动机的应用范围。 （3）增压化（目前常提供选用的增压汽油机，采用增压的柴油机已很普遍）。 （4）广泛采用电子计算机控制技术（目前各国电喷式汽油机的产量已达世界汽油机总产量的90左右）。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,107,第三节 影响汽车燃油经济性的因素二、汽车结构方面,3传动系 传动系的挡位增多后，增加了选用合适挡位使发动机处于经济工作状况的机会。因此，近年来轿车手动变速器巳基本上采用5挡，也有采用6挡的。大型货车有采用更多挡位的趋势，如装载质量为4t的五十铃货车装用了7挡变速器。由专职驾驶员驾驶的重型汽车和牵引车，为了改善动力性和燃油经济性，变速器的挡位可多至1016个。 但不能为了提高性能而过多地增加有级式变速器的挡数，因为这将使传动系过于复杂，而且也不便于操作选用。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,108,第三节 影响汽车燃油经济性的因素二、汽车结构方面,3传动系 挡数无限的无级变速器，在任何条件下都提供了使发动机在最经济工况下工作的可能性；苦无级变速器始终能维持较高的机械效率，则汽车的燃油经济性将显著提高。 注意：自动变速和无级变速的内容有专门的课程讲授。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,109,第三节 影响汽车燃油经济性的因素二、汽车结构方面,4汽车外形与轮胎,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,110,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,111,第三节结束！,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,112,第四节 新一代高效率节能汽车的研究,1.原因 近年来，防止地球变暖、节约燃油、严格控制排气污染，已成为国际社会极为关心的热点议题。 有资料表明，查明的石油储藏，按现在的开采速度，只够世界使用50-60年；而有的环境学者则认为，当务之急是减少CO2的排放量，防止地球变暖。 要进一步改善汽车燃料化学能利用率，即提高汽车的效率。汽车的效率高，则油耗低、CO2排放量小。因此，当前汽车技术发展动向常概括为“高效率、低排放、性能优、价格低”。其中的性能是指除去燃油经济性以外的其他各种性能。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,113,第四节 新一代高效率节能汽车的研究,2.PNGV 美国于2019年，在联邦政府的支持下，成立了“新一代汽车伙伴关系” (Partnership for A New Generation of Vehicles)。PNGV是由政府有关机构、国家实验室、大学、汽车协会、三大汽车公司及有关配套厂商参加，联合开发研制美国新一代汽车的合作组织。PNGV的目标是要求三大公司在2019年提供新一代汽车的生产型样车。样车的基本要求是在当今典型轿车的价格与各方面性能的基础上，将其按EPA循环工况测得的燃油经济性指标提高3倍，即提高到80mileUSgal（相当于3L/100km）。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,114,第四节 新一代高效率节能汽车的研究,2.PNGV 这三种基准轿车的特性参数大体上为：整备质量1500 kg，车宽1.85 m，发动机排量3 L，最大功率110kw。它们都是两排6座中、高级轿车。显然，研制的新一代轿车若不跳出传统汽车所采用的材料、工艺与汽车结构的框架，要达到PNGV汽车计划提出的80 mile/gal的指标是不可能的。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,115,第四节 新一代高效率节能汽车的研究,3.措施 这三种基准轿车的特性参数大体上为：整备质量1500 kg，车宽1.85 m，发动机排量3 L，最大功率110kw。它们都是两排6座中、高级轿车。显然，研制的新一代轿车若不跳出传统汽车所采用的材料、工艺与汽车结构的框架，要达到PNGV汽车计划提出的80 mile/gal的指标是不可能的。 为达到PNGV提出的目标，在技术策略上目前工程技术界较为一致的看法是：采用复合动力的电力驱动装置、制动能耗回收利用装置和大幅度降低汽车整备质量、滚动阻力系数、空气阻力系数及附属设备能耗等。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,116,第四节 新一代高效率节能汽车的研究,4. 复合动力电力驱动装置效率高的原因 复合动力的电力驱动装置是指热力发动机或动力发电机组与典型电动汽车的电力驱动装置（包含蓄电池与电动机等）组合在一起共同工作的驱动装置。 （1）传统汽车为了满足急加速、很高车速行驶与快速上坡对驱动功率的要求，装备的发动机的功率均相当大。这样大的功率储备主要是用于大加速度、更高的车速、坡道等行驶状况。因此，在一般情况下，发动机节气门开启度小，负荷率低，相应的燃油消耗率高。但是复合动力汽车的动力装,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,117,第四节 新一代高效率节能汽车的研究,4. 复合动力电力驱动装置效率高的原因置中，其储能部件（如蓄电池）在汽车的一般行驶中常能吸收、储存电能，而在需要大功率时提供电能，使电动机与发动机共同驱动汽车。因此汽车只需装备较小的发功机，且发动机可以常在高负荷、高效率下运转，燃油消耗率低。 （2）传统汽车发动机的设计要考虑多方面的要求，复合动力系统中的发动机不要求过高的升功率和很好的动态特性(指节气门急剧开大时亢即提供大转短的性能)，可以按最高热效率的原则设计。与传统汽车发动机相比，其燃油经济性有进一步的提高。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,118,第四节 新一代高效率节能汽车的研究,4. 复合动力电力驱动装置效率高的原因 （3）复合动力系统可以在汽车停车等候或低速滑行等情况下关机，节省燃油。 （4）复合动力系统电力驱动部分中的电动机能变作发电机工作。当汽车要急减速时，可利用此发电机制动汽车而将汽车的动能转换成电能存入蓄电池，所以复合动力系统可以具有“减速滑行、制动能量回收系统”的功能，从而进一步提高汽车燃油经济性。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,119,第四节 新一代高效率节能汽车的研究展 望,复合动力装置并不是理想的技术方案，采用燃料电池(FueI Cell)电动车才是高效节能汽车的发展方向。 燃料电池是一种将燃料的化学能用电化学方式直接转换成电能的电化学发电器。它的效率为内燃机的2-3倍，无污染、无噪声，排出的不是温室气体CO2而只是水。现存的问题是价格昂贵，体积、质量较大。燃料电池的研究开发在继续升温，奔驰公司与福特公司分别投入4亿美元研制应用于电动车的质子交换膜燃料电池，现已有样车在试验运行。计划到2019年将年产20万套燃料电池组，供两大汽车公司装车生产燃料电动车。日产的燃料电池车已进行了多年试验。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,120,第三章 汽车动力装置参数的选定,预备知识 汽车传动系的功能、组成、构造及工作原理。 汽车的动力性 汽车燃油经济性,中心思想 介绍发动机功率、传动装置参数的初步选择，按燃油经济性加速时间曲线进一步确定这些参数的方法。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,121,第三章 汽车动力装置参数的选定,3-1 发动机功率的选择3-2 最小传动比的选择3-3 最大传动比的选择3-4 传动系档数与各档传动比的选择3-5 利用燃油经济性加速时间曲线确定动力装置参数,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,122,引 言,发动机最大功率和传动系传动比的确定，首先应考虑满足新设计汽车的动力性要求，如最高车速、最大爬坡度、加速能力等，同时还要兼顾汽车燃油经济性的要求和驾驶性的要求。 在确定发动机最大功率和传动系传动比之前，先要参照同类型汽车和有关资料初步确 定如下参数： (1) 汽车的质量； (2) 迎风面积和空气阻力系数； (3) 轮胎的型号和尺寸； (4) 传动系的机械效率。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,123,第一节 发动机功率的选择,问 题：1、为什么最高车速实质上也能反映汽车的加速能力与爬坡能力？2、汽车设计工作中如何选择发动机功率？3、比功率？,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,124,第一节 发动机功率的选择,一、依据（原则）： 常先从保证汽车预期的最高车速来初步选择发动机应有的功率。从动力性角度出发讨论： 1. 动力性指标：uamax、i、tj 2. uamax增Pe增Pe（Pf+Pw）/T增,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,125,第一节 发动机功率的选择,二、常用的方法1根据最高车速计算发动机最大功率 所选发动机的最大功率应满足上式的计算结果，但也不宜过大，否则会因发动机负荷率偏低影响汽车的燃油经济性。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,126,第一节 发动机功率的选择,2. 用比功率确定发动机最大功率 比功率单位汽车总质量具有的发动机功率。 比功率 利用现有汽车统计数据估计汽车比功率。 做汽车比功率汽车总质量图，可以得到发动机功率。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,127,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,128,第一节 发动机功率的选择,图32a、b、c表明： 1. 货车的比功率是随其总质量的增大而逐步变小； 2. 一般货车的比功率约为10kW/t。 3. 小于23t 的轻型货车常是轿车或微型旅行车的变型车，动力性能很好，比功率很大。 4. 重型货车、汽车列车的最高速度低，比功率较小。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,129,第一节 发动机功率的选择,不少国家还对车辆应有的最小比功率作出规定，以保证行驶车辆的动力性不低于一定水平，防止某些性能差的车辆阻碍车流。 货车可以根据同样总质量与同样类型车辆的比功率统计数据，初步选择发动机功率。 我国有关大客车的标准明确规定了最高车速与功率的数值可以作为初步确定发动机功率的依据。,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,130,汽车理论讲义（第1版）,赵又群编著,131,第一节 发动机功率的选择