《纵向动力学》PPT课件.ppt

主讲：王文林 教授,南昌大学机电工程学院-车辆工程技术研究中心,汽车的燃油经济性,Fuel Economy,汽车燃油经济性的定义,例如，同1970年相比，1993年美国汽车平均油耗下降了33。为此，世界各国都把降低汽车能耗(3L/100km)作为一项基本国策，并成为汽车制造业和交通运输行业的重要课题。,汽车燃料经济性：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，称为汽车的燃油经济性。,汽车燃油经济性评价指标,单位行程的燃料消耗量，即L/100km。,单位运输工作的燃料消耗量，即L/100tkm、L/kgkm。,单位量燃料消耗汽车所经过的行程，即km/L作为评价指标，称为汽车经济性因数。例如，美国采用每加仑燃料能行驶的英里数，即MPG或mile/USgal。其数值越大，汽车燃料经济性越好。,1、等速百公里油耗,指汽车在一定载荷(我国规定轿车半载、货车满载)下，以最高档在水平良好路面上等速行驶100km的燃油消耗量。,汽车燃油经济性评价指标,2、综合百公里油耗,以一些典型的循环行驶试验工况来模拟实际汽车的运行状况，并以百公里燃油消耗量(或MPG)来评定相应工况的燃油经济性。,汽车燃油经济性的试验方法,1、道路试验,等速百公里燃料经济性道路试验规范：试验在纵坡不大于0.3的良好路面上，测量路段长度500m(或1000m)。气温035，气压740770mmHg，相对湿度5095，风速小于3m/s。汽车技术状况良好。试验前，汽车必须充分预热，使发动机出水温度8090，变速器及驱动桥润滑油温度不低于50。试验时，汽车用最高档等速行驶，从车速20km/h开始，以速度间隔10km/h的整倍数，直至该档最高车速的80，至少测定5点。测定通过500m(或1000m)测量段的耗油量和时间。每种车速往返试验各两次，两次试验之间的时间间隔应尽可能地缩短，以保持稳定的热状况。往返共4次试验结果的油耗量差值不应超过5，取4次试验结果的平均值为等速行驶的耗油量。,汽车燃油经济性的试验方法,2、室内台架试验,(1).上台架之前，应先到路上进行滑行试验，以确定行驶阻力(Road load)，即Ff+Fw。(滚动阻力+空气阻力),(2).滑行试验：.在水平、无风的路面加速至某一车速；.摘档脱开发动机，自由滑行；.用五轮仪等仪器记录ua-t曲线。,汽车燃油经济性的试验方法,2、室内台架试验,式中：Ff、Fw-滚动阻力、空气阻力；m、r-汽车质量、车轮半径；-旋转质量换算系数；ua-车速；Tr-滑行时，各车轮摩擦阻力矩之和，常忽略不计。,(3).在测功机上设定好。,(4).进行试验。,运用室内转鼓试验台进行试验的优缺点：1、试验可不受外界气候条件的限制，由于能控制试验条件，周围环境影响的修正系数可以减到最少。若能控制室温，则可对不同气温条件的汽车工况进行模拟试验。2、室内便于控制行驶状况，故能采用符合实际的复杂循环；可以同时进行燃料经济性与排气污染试验；能采用多种测量油耗的方法。汽车底盘测功机测量油耗的重复性好，这种方法日益受到重视。3、不易准确地确定道路滚动阻力与汽车空气阻力；室内冷却风扇产生的冷却气流与道路上行驶时的实际情况有差异；难以给出准确的惯性阻力。,汽车燃油经济性的试验方法,汽车燃油经济性的试验方法,我国的轻型汽车燃料消耗量试验方法GB/T 19233-2003:,1.规定：汽车在模拟城市和市郊的运转循环(GB18352.2-2001,GB18352.3-2005)下，通过测定排放的二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)的排放量，用碳平衡法计算出燃油消耗量。,2.碳平衡法：依据质量守恒定律，在汽(柴)油经过发动机燃烧后，排气中碳质量的总和与燃烧前燃油中的碳质量总和相等。,汽车燃油经济性的计算方法,1、在汽车设计中，需要事先对汽车的燃油经济性进行估算。,2、依据：发动机万有特性曲线(台架试验测得)汽车的功率平衡图,1、等速行驶100kM燃油消耗量的计算,汽车燃油经济性的计算方法,式中：Pe-阻力功率(kW)；be-发动机燃油消耗率(g/kWh)；-燃油密度(kg/L)；ua-车速；g-重力加速度(m/s2)。,汽车燃油经济性的计算方法,滚动阻力功率,空气阻力功率,坡度阻力功率,加速阻力功率,发动机万有特性（等高线）,汽车燃油经济性的计算方法,汽车燃油经济性的计算方法,2、等加速行驶工况燃油消耗量的计算,汽车燃油经济性的计算方法,单位时间内的燃油消耗量为：,所以从Ua1加速到(Ua1+1km/h)所需的燃油消耗量为：,汽车燃油经济性的计算方法,。,所以整个等加速过程的燃油消耗量(mL)为：,汽车燃油经济性的计算方法,3、等减速行驶工况燃油消耗量的计算,节气门全松，并进行轻微制动，发动机处于强制怠速。因此，油耗为正常怠速油耗。,式中：ua2、ua3-起始及终了的车速(km/h)；Qi-怠速燃油消耗率(mL/s)。,汽车燃油经济性的计算方法,4、怠速停车的燃油消耗量的计算,式中：ts-怠速停车时间(s)。,5、整个循环工况的百公里油耗(L),式中：s-整个循环的行驶距离(m)。,所有过程油耗量之和(mL),影响汽车燃油经济性的因素,1、汽车使用方面的因素,汽 车 速 度：中等速度为佳档 位：高档位为佳挂 车：负荷增加和质量利用系数增加，效率提高。维护、调整：汽车的技术状况，如四轮定位、制动系发咬、轮胎气压等。技术状况好，可大大降低油耗。,影响汽车燃油经济性的因素,等速百公里油耗,2、汽车结构,影响汽车燃油经济性的因素,轻量化、小型化。发动机改进（余地很小）提高热效率和机械效率 扩大发动机使用范围 发动机增压 发动机电控 传动系：增加档位数、使用无级变速器 汽车外形和轮胎：降低CD和子午线轮胎(f),影响汽车燃油经济性的因素,最小燃油消耗特性：发动机负荷特性的曲线族的包络线是发动机提供一定功率时的最低燃油消耗率曲线。利用包络线就可找出发动机提供一定功率时的最经济工况（负荷和转速）。把各功率下最经济工况的转速和负荷率标明在外特性曲线图上，便得到最小燃油消耗特性。,影响汽车燃油经济性的因素,影响汽车燃油经济性的因素,复习题01,1 如何利用汽车行驶方程式求汽车的极限加速度？2在计算汽车动力性时所使用的发动机功率与计算汽车燃料经济性时所使用的发动机功率有何不同？,复习题,1.如何利用汽车行驶方程式求汽车的极限加速度？,复习题,2.在计算汽车动力性时所使用的发动机功率与计算汽车燃料经济性时所使用的发动机功率有何不同？,前者使用的是发动机的外特性。即,后者利用阻力功率反推求得发动机输出功率,复习题,汽车动力系统,汽车动力传动系统主要包括发动机、传动系的变速器和主减速器。,汽车动力传动系统参数主要包括发动机功率、变速器档位数与速比、主减速器的型式与速比。,对动力传动系进行优化（折衷），以满足汽车对动力性和燃料经济性以及汽车驾驶性的要求。,发动机功率的确定,1 根据最大车速uamax选择Pe,2 汽车比功率（单位汽车质量具有的功率）,发动机功率的确定,中型货车的比功率约为10kw/t,其中Ff 约占40。A/m项，m增加，A增加有限，因此，A/m随总质量的增加而减少。由上述两项可知，货车比功率随总质量增加而减小。通常，货车的比功率约为7.35kW/t。有的国家对汽车的比功率有规定，以保证路上行驶的汽车动力性不低于一定的水平，防止阻碍正常交通流。,最小传动比的确定,最小传动比与最高车速的关系,最小传动比的确定,最小传动比的确定,最小传动比的确定,在选择最小传动比时，要考虑最高档（直接档）有足够的动力性，即动力因数。,最小传动比的确定,最小传动比的选择，既要考虑汽车的最高车速，也要考虑最高档的动力因数，特别是对货车。主减速器传动比过小，会造成汽车运行时发动机负荷率过大，反而不利于提高燃油经济性。适当地选择最小传动比，使得既能保证汽车的动力性，也能有合适的燃油经济性。,最小传动比的确定,对驾驶性能的影响：,最小传动比的确定,最小传动比过小：发动机负荷重，加速性不好，噪声、振动大。最小传动比过大：燃油经济性，发动机高速运转噪声大。,最大传动比的确定,最大传动比是汽车为I档时传动系的总传动比。因主减速器传动比是固定的，通常汽车没有分动器和轮边减速器，因此，只要确定I档传动比即可。,确定最大传动比要考虑以下因素：,1、最大爬坡度；2、最低稳定车速；3、附着力校核。,最大传动比的确定,讨论最大爬坡度时，车速很低，近似等速，所以Fj和Fw均可忽略。,货车的最大爬坡度约为30，约为16.7；轿车的爬坡度大于30%。,最大传动比的确定,对于越野汽车还应该考虑：ig1的选取能保证汽车在最低车速下稳定行驶。,最大传动比的确定,取ig1除了应满足以上要求外，还要进行道路的附着条件校核。,传动系档位数及各档传动比的选择,1、就动力性而言：档位数，增加了发动机发挥最大功率附近功率的机会，提高了汽车的加速和爬坡能力。,2、就燃油经济性而言：档位数，增加了发动机在低燃油消耗率区工作的可能性，油耗。,传动系档位数及各档传动比的选择,一般认为档与档之间的传动比不宜大于1.71.8，否则会造成换档困难。,传动系档位数及各档传动比的选择,轿车行驶车速高，比功率大，最高档后备功率也大，最大与最小传动比的比值相对小。过去一般为3个档，现在一般为5个前进档。轻型和中型货车比功率小，一般采用5档变速器。重型货车档位数多于6档，采用副变速器。,传动系档位数及各档传动比的选择,传动系档位数及各档传动比的选择,由此可推出具n档变速器的各档传动比：,传动系档位数及各档传动比的选择,传动系档位数及各档传动比的选择,1、使换档平顺。,传动系档位数及各档传动比的选择,传动系档位数及各档传动比的选择,若每次均将转速提高到n2换档，只要发动机降低到n1，离合器就能无冲击地接合。由于符合人的操作习惯，这样布档(q=const)能方便驾驶员加速时换档操作。,传动系档位数及各档传动比的选择,2、充分发挥发动机提供的功率，汽车的动力性。,汽车需要大功率时，若档位传动比分配得当，就可使发动机经常在接近外特性最大功率Pemax范围内运转。从而相对增加汽车后备功率，提高汽车加速和爬坡能力。,传动系档位数及各档传动比的选择,实际中，考虑到汽车主要是用较高档行驶，所以较高档相邻两档之间的传动比的间隔应小些，特别是最高档与次高档之间。,利用C曲线确定汽车的动力装置参数,动力性,燃油经济性,将不同参数匹配下的燃油经济性、动力性参数绘制成曲线，便得到C曲线。,利用C曲线确定汽车的动力装置参数,1.主减速器传动比i0的确定,较好！,2.发动机已定，变速器与主减速器传动比的确定,利用C曲线确定汽车的动力装置参数,动力性,燃油经济性,五档好于四档！,利用C曲线确定汽车的动力装置参数,动力性,燃油经济性,利用C曲线确定汽车的动力装置参数,3.发动机、变速器与主减速器传动比的确定,动力性,燃油经济性,复习题02,1待确定的汽车动力装置的参数包括哪些？选定这些参数的原则目标是什么？什么是C曲线？利用C曲线进行动力装置参数选定是经常的方法，它有什么优点？2.最小传动比、最大传动比常依据什么计算初步获得？中间各档传动比采取等比级数有什么好处？实际中考虑工况，常作怎样的小调整？,