《汽车理论》第二章汽车的动力性资料课件.ppt
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1、第二章 汽车的动力性,同济大学 汽车学院朱西产 教授,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。,本章将介绍汽车动力性的评价指标,汽车的驱动力、行驶阻力、动力因数、附着力等;介绍动力性指标的确定方法;功率平衡等。,第二章汽车的动力性,按照对汽车动力性的基本定义,如何评价汽车的动力性?从哪几方面评价会比较全面?不同车型对动力性的要求是否相同?,第二章 汽车的动力性,第一节汽车的动力性指标,第一节 汽车的动力性指标,1.最高车速uamax,重型货车(总质量14t)90km/h,中型货车(总质量614t)100km/h,微型和轻型货车(总质量6t)80 130k
2、m/h,城市铰接客车 60 90km/h,客车 125km/h,商用车的速度相对较低,其主要技术参数是载质量或载客量。,微型(经济型)轿车(发动排量/L1.0)奥拓 0.8 120km/h 吉利 1.0 120km/h 夏利 1.0 137km/h 奇瑞QQ 0.8 130km/h,普及(紧凑)型轿车(1.0发动排量/L 1.6)吉利 1.3 155km/h 夏利 1.3 165km/h 羚羊 1.3 168km/h 西耶那 1.5 168km/h 赛欧 1.6 165km/h 波罗 1.4 172km/h 富康 1.6 180km/h 捷达 1.6 170km/h 飞度 1.3手动 165k
3、m/h 飞度 1.3CVT 160km/h 飞度 1.5手动 180km/h 飞度 1.5CVT 175km/h,从这组数据能获取什么信息?,第一节 汽车的动力性指标,中高级轿车2.5发动机排量/L4.0凯迪拉克赛威 2.8 201km/h奥迪A6L 2.8 235km/h宝马530i 250km/h奔驰E 280 250km/h,第一节 汽车的动力性指标,中级轿车(1.6发动机排量/L2.5)普桑 1.8 150km/h桑塔纳3000 1.8 185km/h宝来 1.8手动 206km/h宝来 1.8T手动 221km/h宝马318i 214km/h蒙迪欧 2.0 205km/h本田雅阁 2
4、.0 197km/h本田雅阁 2.4 219km/h奥迪A4 1.8T 220km/h奥迪A4 2.0 230km/h,第一节 汽车的动力性指标,跑车的最高车速,第一节 汽车的动力性指标,跑车的最高车速,第一节 汽车的动力性指标,跑车的最高车速,思考,汽车的最高车速这么高,在高速公路上可以得到充分发挥吗?,中国高速公路允许的最高车速120km/h德国高速公路不限速,第一节 汽车的动力性指标,SUV的最高车速宝马X5(4.4L)230km/h陆虎览胜(4.0L)210km/h宝马X5(3.0L)202km/h大众途锐(3.0L)197km/h捍马H2(6.0L)180km/h帕杰罗速跑(3.0L
5、)175km/h,对最高车速的总结,通过以上数据的对比分析,能得到一些什么结论?,思考,查阅资料:F1方程式赛车的最高车速可以达到多少?,发动机排量越大,汽车最高车速越高;配置相同发动机的前提下,手动挡比自动挡车速更高;发动机排量相同的前提下,车身越小,最高车速越高;SUV配备的发动机排量普遍较大,但与配备相同发动机排量的轿车相比,最高车速要低。,第一节 汽车的动力性指标,现今内燃机汽车的最高车速记录为660km/h,由塞默兄弟在1965年11月创造。,世界上车速的最高记录是英国飞行员安迪格林(Andy Green)在美国内华达州西北的盐湖上,于1997年10月驾驶一辆喷气式发动机驱动的“冲刺
6、”号汽车创造的,车速第一次超过了声速,达到1227.73km/h。,第一节 汽车的动力性指标,2.加速时间t,飞度1.5L 12.0s 红旗CA7460 10.5s 捍马H2 10.0s 宝马523Li 9.6s 奥迪A8 7.0s 宝马750 6.6s 奔驰S600 6.5s,宝来1.8 M(手动挡)/A(自动挡)11.1s/12.7s宝来1.8T M(手动挡)/A(自动挡)9.0s/10.5s手动挡汽车的加速时间更短,法拉利 575M Maranello 4.2s宝时捷911 3.9s兰博基尼 Gallardo 4.2s,第一节 汽车的动力性指标,(1)原地起步加速时间,1)0100km/
7、h的加速时间,2)静止到400m或静止到1km的冲刺时间,60100km/h(4挡/5挡)10.8s/13.7s80120km/h(4挡/5挡)10.6 s/14.1s,思考:从这组数据可得到什么信息?,第一节 汽车的动力性指标,奥迪A6 1.8T 静止到400m冲刺时间7.9s 静止到1km冲刺时间33.4s在一般的技术参数中往往不给此项数据,(2)超车加速时间,宝马520i,低挡的超车加速能力更强。,坡度的概念,货车满载 imax=30越野车 imax=60,一些SUV车型的最大爬坡度,第一节 汽车的动力性指标,3.最大爬坡度imax,第一节 汽车的动力性指标,美国对轿车的爬坡能力有如下规
8、定:能以104km/h(65mile/h)通过6的坡道;满载时不低于80km/h;在6的坡道上,096km/h(60mile/h)的 加速时间不应大于20s。,第二章 汽车的动力性,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。,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,Tt,F0,Ft,r,ua,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,一、驱动力Ft,驱动力Ft:发动机产生的转矩经传动系传到驱动轮,产生驱动力矩Tt,驱动轮在Tt的作用下给地面作用一圆周力F0,地面对驱动轮的反作用力Ft即为驱动力。,Tt,F0,Ft,r,ua,Tt驱动力矩;,Ttq 发动机转矩;,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,一、驱动
9、力Ft,ig变速器传动比;,i0主减速器传动比;,T传动系的机械效率。,能否解释为什么汽车低挡的加速能力好于高挡?,思考,Ft 与发动机转矩Ttq、变速器传动比 ig、主减速器传动比 i0、传动系的机械效率T 和车轮半径 r 等因素有关。,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,由 可知,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。,发动机,ua,Ft,计算驱动力是为了确定汽车的动力性指标,也即要找出驱动力和车速的关系。,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,发动机的转速特性,即Pe、Ttq、b=f(n)关系曲线。,节气门开启程度的不同,外特性曲线,部分负荷特性曲
10、线,思考,计算汽车动力性指标时,需要用什么特性曲线?,1.发动机的转速特性,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,发动机转速特性曲线,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,带上全部附件设备时的发动机特性曲线,称为使用外特性曲线。一般,使用外特性与外特性相比:汽油机的最大功率约小15%;货车柴油机的最大功率约小5%;轿车与轻型货车柴油机的最大功率约小10%。,宝来轿车发动机的基本参数如下:水冷,直列四缸,每缸五气门最大功率 110kW/5700 r/min最大转矩 210Nm/17504600 r/min缸径行程 81mm86.4mm压缩比 9
11、.3:1,思考,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,过早换入高挡(即发动机转速较低时即换入高挡)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?,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,等速行驶时,PT传动系损失的功率。,Pin输入传动系的功率;,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,2.传动系的机械效率T,转速,机械损失,液力损失,转矩,齿轮对数,过低,热容量小,过高,搅油损失大,油面高度,温度,润滑油品质,直接挡T最高,T高,损失小,齿轮对数少,T高,损失的比重小,损失大,Ttq大,传动系损失的功率PT主要与哪些因素有关?,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,PT,思
12、考,传动系效率曲线,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,挡,挡,11200r/min 21600r/min 31900r/min 42000r/min,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,表1-1 传动系各部件的传动效率,自由半径:车轮处于无载时的半径。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。滚动半径rr:车轮几何中心到速度瞬心的距离。,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,3.车轮半径,做出的Ft-ua关系图,即驱动力图。,依据下面两式,以及发动机外特性曲线,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,4.汽车的驱动力图,例:已知奥迪A4轿车发动机的数据(如下表所示),ig1=2.13,i0=6
13、.333,r=0.317m,T=0.90,由和可以对应计算出 1 挡的Ft1和ua1。,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,奥迪 A4 轿车驱动力图,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,滚动阻力Ff,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,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?如何保证汽车可以加速或爬坡?,空气阻力Fw,坡度阻力Fi,加速阻力Fj,汽车行驶总阻力,思考,1.滚动阻力Ff,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,2.空气阻力FW,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,汽车重力沿坡道的分力。,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,3.坡度阻力Fi,一般道路的坡度均较小。,一些常见路面的坡度,第二节
14、 汽车的驱动力与行驶阻力,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,道路阻力,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,滚动阻力和坡度阻力之和。,一般道路 较小,1,i,令f+i=,为道路阻力系数,平移质量的惯性力 旋转质量的惯性力偶矩,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,汽车加速行驶时,克服其质量加速运动时的惯性力。,旋转质量换算系数,IW 车轮转动惯量;,If飞轮转动惯量。,4.加速阻力,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,挡位不同,值不同,总质量越小的车,旋转质量换算系数值越大。,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,总质量不同,值不同,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,三、汽车行驶方程式,汽车受到外力的功率为P,第二节
15、汽车的驱动力与行驶阻力,用功率方程推导和汽车行驶方程式,汽车以车速u行驶时的动能为E,发动机功率为Pe,传动系摩擦阻力的负功率为Pr,Fr 传动系摩擦力转换到车轮轮缘的阻力。,加速时飞轮和车轮的受力图,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,无级变速时,如果只考虑飞轮的转动惯量,加速时作用于驱动轮的转矩,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,设传动系无任何摩擦阻力,作用于驱动轮的转矩为,传动系各处摩擦转换到驱动轮处的摩擦阻力转矩为Tr,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,传动系摩擦损耗的功率为Pr,传动系各处摩擦转换到车轮周缘的总摩擦阻力为Fr,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,由汽车整体动能对时间的变化率等于所
16、有作用力的功率,可得下式,由上式得出汽车的行驶方程式,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,由上式可得汽车的加速阻力为,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,由上式可得汽车的加速阻力为,如果汽车装有有级式固定传动比变速器,加速阻力,所以为装有固定传动比变速器汽车的旋转质量换算系数。,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,由上式可得汽车的加速阻力为,如果汽车装有传动比连续变化的无级变速器,加速阻力为上述两项之和,其中第二项加速阻力是由于传动比变化率 使发动机飞轮加速而产生的。,第二章 汽车的动力性,本节将通过作图法确定汽车动力性指标。,第三节 汽车的驱动力行驶阻力平衡图与动力特性图
17、,第三节 汽车的驱动力行驶阻力平衡图与动力特性图,在驱动力图的基础上,画出Ff+FW=f(ua)就是驱动力行驶阻力平衡图。,一、驱动力行驶阻力平衡图,Ff,Ff+FW,Ff,Ff+FW,uamax,第三节 汽车的驱动力行驶阻力平衡图与动力特性图,最高车速行驶时Fi=0Fj=0Ft=Ff+Fw,发动机以部分负荷工作即可,思考,当Ff+FW与Ft5没有交点时,如何确定最高车速?此时对应的发动机工况如何?,1.确定uamax,uamax=205km/h,奥迪A4 轿车驱动力行驶阻力平衡图,由驱动力行驶阻力平衡图可以做出加速度曲线。,第三节 汽车的驱动力行驶阻力平衡图与动力特性图,Fi=0,2.确定加
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