汽车的动力性.ppt

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1、第一章 汽车的动力性,汽车的动力性定义：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。基本概念：动力性的评价指标 汽车的驱动力与各种行驶阻力 汽车行驶的驱动附着条件,第一章 汽车动力性,重点内容：,分析汽车动力性的方法（图解法）,第 一节 汽车动力性指标,动力性评价指标有：最高车速加速时间最大爬坡度1.最高车速 uamax 在水平良好的路面上汽车能达到的最高行驶速度（km/h）。,u(m/s),载荷？,满载,商用车最高车速,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 130km/h,城市铰接客

2、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 165km/h 飞度 1.

3、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？,中高级轿车2.5发动机排量/L 4.0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,中级轿车1.6发动机排量/L 2.5）桑塔纳3000 1.8 185km/h宝来 1.8手动 206km/h宝来 1.8T手动 221km/h蒙迪欧 2.0 205km/h本田雅阁 2.0 197km/h本田雅阁 2.4 219km/h奥迪A4 1.8T 220km/h奥迪A4 2.0 230km/h,跑车

4、的最高车速,跑车的最高车速,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,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)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,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

5、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 汽车动力性指标,2.加速时间 t 表示汽车的加速能力。有两种表示方法：原地起步加速时间：,超车加速时间：用最高档或次高档由某一较低车速（30km/h或40km/h）全力加速至某一高速所需时间（s）。,新君越2.0T原地起步加速曲线图,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

6、.5s,法拉利 575M Maranello 4.2s宝时捷911 3.9s兰博基尼 Gallardo 4.2s,0100km/h 加速时间,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？,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,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,3.最大爬

7、坡度 imax,美国对轿车的爬坡能力有如下规定：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。,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,Ft=F,汽车行驶方程,一、汽车的驱动力,1.定义,2.表达式,根据驱动轮转矩Tt与发动机转矩Ttq的关系,汽车是匀速？加速运动？,3.表达式涉及的几项具体内容 1）发动机转速特性 发动机的功率Pe、转矩Ttq及燃油消耗率b与曲轴转速n之间的函数关系。用试验曲线或拟合多项式表达。,发动机外特性曲线：发动机节气门置于全开位置发动机部分负荷特性曲线：发动机节气门置于

8、部分开启位置 台架试验特性曲线：发动机台架试验时所获得的曲线。使用外特性曲线：带上全部附件时的外特性。与台架试验特性相差5-15%。,2）传动系机械效率,传动系的功率损失,机械损失,液力损失,摩擦,润滑油,齿轮传动副之间,轴承摩擦,油封,润滑油的搅动,润滑油与零件之间的表面摩擦,2）传动系机械效率 传动系各部件（变速器、万向节、主减速器）的摩擦导致的功率损失。由试验测得。汽车各部件的传动效率 机械变速器的轿车：T=0.90.92 货车、客车：T=0.820.85,3）车轮半径 三个半径自由半径r0 车轮处于无载荷时的半径。静力半径 rs 汽车静止时，车轮中心至轮胎与地面接触面间的距离。用作动力

9、学分析。滚动半径 rr 通过车轮转动圈数与实际车轮滚动距离之间的关系换算可得滚动半径。用作运动学分析。一般可不计差别：rs rr r,4.汽车的驱动力图 发动机外特性确定的是发动机输出转矩和转速关系。经传动系到达车轮后，可表示为驱动力与车速间的关系。,单位 ua:km/h n:r/min r:m,4.汽车的驱动力图 发动机外特性确定的是发动机输出转矩和转速关系。经传动系到达车轮后，可表示为驱动力与车速间的关系。,二、汽车的行驶阻力,汽车行驶时的各种阻力：滚动阻力以符号Ff表示；空气阻力以符号Fw表示；坡度阻力以符号Fi表示；加速阻力以符号Fj表示；汽车行驶的总阻力为：F=Ff+Fw+Fi+Fj

10、,（一）滚动阻力 1.原因轮胎与路面接触区域产生的法向、切向相互作用力,轮胎和支承路面的变形 轮胎在硬路面上滚动时，主要是轮胎变形。轮胎在硬支承路面上受径向力时的加载和减载曲线不重合。其面积之差为能量损失，由轮胎内摩擦产生弹性迟滞损失。迟滞损失表现为阻碍车轮滚动的阻力偶。,2.滚动阻力偶分析车轮不滚动：地面对车轮的法向反作用力对称。车轮滚动：,从动轮滚动时的受力情况,滚动阻力偶矩,滚动阻力,滚动阻力系数,驱动轮滚动时的受力情况,什么是推动汽车行驶的力？,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。,经验公式：,（二）空气阻力 汽车直线行驶时受到的

11、空气作用力在行驶方向上的分力称为空气阻力。,空气阻力的计算：或 其中，ua汽车车速（km/h），A迎风面积（m），CD空气阻力系数。,典型轿车CD=0.30.41,动压力,流线型因素,（三）坡度阻力,汽车上坡行驶,汽车重力沿坡道的分力,坡度阻力,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,10以内,(四)加速阻力 汽车的质量分为平移的质量和旋转的质量两部分。以系数作为计入旋转质量惯性力偶矩后的汽车质量换算系数，因而汽车加速时的阻力:,汽车旋转质量换算系数，（1）；m 汽车质量，单位为kg；行驶加速度。,主要与飞轮的转动惯量、车轮的转动惯量以及传动系的传动比有关。根据推导 若不知道

12、准确的If、Iw值，也可按下述经验公式估算值：=1+1+2i2g 式中12=0.030.05。故，汽车的行驶方程式为：Ft=Ff+Fw+Fi+Fj,第三节 汽车驱动力行驶阻力平衡图与动力特性图,一、驱动力-行驶阻力平衡图汽车的行驶方程式为：Ft=Ff+Fw+Fi+Fj 在汽车驱动力图上把汽车行驶中经常遇到的滚动阻力和空气阻力也算出并画上，作出汽车驱动力行驶阻力平衡图，并以此来确定汽车的动力性。,1.最高车速 仅有滚动阻力和空气阻力。小于最高车速时，汽车可用剩余驱动力加速或爬坡。需等速行驶时，发动机可工作在部分负荷特性。,uamax,Ft5,2.汽车加速能力的评价,利用汽车驱动力-行驶阻力平衡图

13、可计算出各档节气门全开时的加速度曲线。高档位时的加速度要小些。,求汽车加速度：,加速时间由积分计算或图解积分求出。图解积分法：将a-ua曲线转为1/a-ua曲线，曲线下两个速度区间的面积表示通过此速度区间的加速时间；常将速度区间分为若干间隔，通过确定面积1、2来计算总加速时间。,因：dt=du/a，故,计算原地起步加速时间时应注意的问题：1.起步车速的突变2.最佳换挡时间,BJ1040轻型载货汽车加速时间曲线,3爬坡能力,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,动力特性方程,动力特性图,汽车在各档下的动力因数与车速的关系曲线称为动力特性图 Dua关系曲线

14、 动力特性图的作用（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：,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。,（3）t：加速时已知加速度值，求加速时间的方法与用驱动力-行驶阻力平衡图的方法相同。,第四节 汽车行驶的驱动-附着条件与汽车的附着力,一、汽车行驶的驱动条件 FtFf+Fw+Fi 上式为汽车的驱动条件，可以采用增加发动机转矩、加大传动比等措施来增大汽车驱动力。汽车行驶除受驱动条件制约外，还受轮胎与地面附着条件的限制。,第四节 汽车行驶的驱动

15、-附着条件与汽车的附着力,二、汽车行驶的附着条件 地面对轮胎切向反作用力的极限值称为附着力F，在硬路面上与驱动轮法向反作用力FZ成正比，常写成 FXmax=F=FZ 其中，FZ作用于所有驱动轮上的地面法向反 作用力；附着系数，由路面和轮胎决定。,作用在驱动轮上的转矩产生的地面切向反作用不能大于附着力，否则会发生驱动轮滑转，即：FX FZ 对后轮驱动汽车：FX2/FZ2=C2，式中，C2后轮驱动汽车驱动轮的附着率,对前轮驱动汽车：FX1/FZ1=C1 将驱动条件和附着条件连起来，有：Ff+Fw+FiFtFZ 汽车行驶的必要与充分条件，称为汽车行驶的驱动-附着条件。,Fx=Ft Ff,三、汽车的附

16、着力与地面反作用力,汽车的附着力决定于附着系数和地面作用于驱动轮的法向反作用力。1.附着系数 由路面种类、状况、车速等决定。平均值：良好的混凝土或沥青路面：干燥时，潮湿时，土路：干燥时，潮湿时，2.驱动轮地面法向反作用力 与汽车的总体布置、车身形状、行驶状况、道路坡度有关。,汽车加速上坡时的受力图,空气阻力？,根据力矩平衡得作用于前、后轮上的地面法向反作用力FZ1、FZ2。,静态分量,动态分量,空气升力,滚动阻力偶,根据力矩平衡得作用于前、后轮上的地面法向反作用力FZ1、FZ2。,静态分量,动态分量,空气升力,滚动阻力偶,（1）静态轴荷的法向反作用力：汽车重力分配 到前后轴的分量产生。（2）动

17、态分量：加速过程中产生的惯性力、惯 性阻力偶矩产生。,（3）空气升力：流经汽车顶部和底部的空气流速 不同产生。CLf、CLr：前、后空气升力系数。（4）滚动阻力偶矩产生的分量 若不计旋转质量惯性阻力偶矩和滚动阻力偶矩，汽车前、后轮上的地面法向反作用力为：,很小,三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力,对车轮中心取力矩平衡:,三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力,对车轮中心取力矩平衡:,匀速运动时,三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力,根据汽车行驶方程:,三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力,结论:,后驱,前驱,平移质量惯性力：,四、附着率,1.加速、上坡行驶时的附着率,后驱动轮的附着率,忽略滚动

18、阻力和空气阻力,四、附着率,1.加速、上坡行驶时的附着率,等效坡度,最大等效坡度,后轮驱动,四、附着率,1.加速、上坡行驶时的附着率,前驱动轮的附着率,忽略滚动阻力和空气阻力,四、附着率,1.加速、上坡行驶时的附着率（前驱）,等效坡度,最大等效坡度,前轮驱动,四轮驱动汽车,后轴转矩分配系数：,后轮驱动,四轮驱动汽车,各轴附着率：,四轮驱动汽车的最大等效坡度,四轮驱动汽车的最大等效坡度,全部附着力转化为地面切向反力,结论,附着率曲线：达到相应加速度和爬坡度 所要求的地面 附着系数。,后驱型轿车以1、2档全力加速时的附着率,后驱型轿车以1、2档全力爬坡时的附着率,四、附着率,2.高速行驶时的附着率

19、（后驱）,忽略坡度阻力和加速阻力,四、附着率,地面反力与车速的关系曲线（FX2,FZ2 ua）,附着系数与车速的关系曲线（C2 ua）,第五节 汽车的功率平衡,汽车行驶状态,驱动力,行驶阻力,行驶阻力功率,发动机功率,t,第五节 汽车的功率平衡,第五节 汽车的功率平衡,功率平衡方程：,第五节 汽车的功率平衡,汽车功率平衡图,发动机功率 Pe,阻力功率(Pf+Pw)/T,车速ua,发动机外特性曲线（Pe n）,ua=0.377nr/igi0,汽车在良好路面上以ua等速行驶时，阻力功率,用功率平衡图求动力性参数-最高车速。,，而发动机能发出的功率，二者之差可用于加速或爬坡，故称为汽车的后备功率。,

20、发动机负荷率U=,c,一般情况下，汽车维持等速行驶所需要的发动机功率不大。当需要爬坡或加速时，加大节气门开度，使汽车发出全部或部分功率。,后备功率越大，汽车动力性越好后备功率越大，汽车经济性越差（发动机负荷率低，燃油消耗量高）,紧凑型轿车各档位的后备功率,求加速性能和爬坡性能,计算加速时间,求加速性能和爬坡性能,计算爬坡度,汽车的行驶方程有哪几种形式？比较其异同点:,力平衡方程,动力特性方程,功率平衡方程,作业：,1.某汽车的质量为1460kg，CD0.4，迎风面积A1.8m2。该车在道路阻力系数为0.035的道路上用直接挡以70km/h的车速等速行驶。若发动机的工况不变，当变速器改用传动比为1.72的挡位等速行驶时，计算汽车的动力因数。2.某后轮驱动汽车，其总质量为3800kg，轴距L=3.2m，质心到前轴的距离a1.9m，质心高度hg0.9m，第一挡最大动力因数为0.35。若该车在附着系数为0.8，滚动阻力系数为0.01的坡道上行驶，求能爬过的最大坡度。,课程小论文,1.汽车动力性评价指标相互关系分析。2.等附着率四轮驱动系统分析。,