汽车运用基础(第二章).ppt
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1、汽车运用基础,姜玉波 主编,学习目的:1.掌握汽车各种使用性能的评价指标。2.掌握提高汽车各种使用性能的方法。第一节 汽车动力性第二节 汽车的使用经济性第三节 汽车的行驶安全性第四节 汽车的通过性和平顺性,第二章 汽车使用性能,21 汽车的动力性,汽车的动力性是指汽车在良好的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。它表示了汽车以最大可能的平均行驶速度运送货物或乘客的能力。汽车的动力性是汽车各种性能中最重要、最基本的性能。,21 汽车的动力性,一、汽车动力性的评价指标 从获得尽可能高的平均行驶速度的观点出发,汽车的动力性主要可由下面三个指标来评定,即:1.汽车的最高车
2、速Vamax,单位为km/h;2.汽车的加速时间t,单位为s;3.汽车能爬上的最大坡度,简称爬坡度,指标为imax,%。,21 汽车的动力性,汽车的最高车速是指在水平良好的路面(混凝土或沥青路)上汽车能达到的最高行驶车速。汽车的加速时间是指汽车在各种行驶条件下迅速提高行驶速度的能力。常用原地起步加速时间和超车加速时间来表示汽车的加速能力。原地起步加速时间是指汽车由第档或第档起步,并以最大的加速强度(包括选择恰当的换挡时机)逐步换至最高档后达到某一预定的距离或车速所需要的时间。超车加速时间是指用最高档或次高档由某一较低车速全力加速至某一高速所需的时间。,21 汽车的动力性,一般常用0400m(0
3、0.25mile)距离所需的时间或用0100km/h(060mile/h)所需的时间来表明原地起步加速能力。汽车的最大爬坡度是指汽车满载时在良好路面上的最大爬坡度。以imax表示。显然,最大爬坡度是指挡最大爬坡度。,二、汽车的驱动力和行驶阻力 汽车的驱动力与行驶阻力的平衡关系式称为汽车的行驶方程式。汽车行驶方程式为:Ft=F(2-1)式中:Ft汽车的驱动力;F汽车行驶阻力之和。,21 汽车的动力性,21 汽车的动力性,1.汽车的驱动力 驱动力是由发动机的转矩经传动系传至驱动轮上得到的。汽车发动机产生的有效转矩经汽车传动系传到驱动轮上,产生一个对地面的圆周力,地面对驱动轮的反作用力即是驱动汽车的
4、外力汽车的驱动力。若发动机发出的有效转矩为Ttq,变速器的传动比为ig,主减速器传动比为io,传动系的机械效率为t,则作用于驱动轮上的转矩为 TtTtqigiot,21 汽车的动力性,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。汽车的驱动力为 FtT tr=Ttqigiotr(2-3)式中:r为驱动轮半径。(1)发动机转矩 在进行动力性估算时,一般仍沿用台架试验稳定工况时所测得的使用外特性中的功率和转矩曲线。发动机功率的单位如用kw表示,则功率和转矩有如下关系:PeT tqn9549(2-4)式中:T tq发动机转矩,单位为N/m;N发动机转速,单位为r
5、/min。,21 汽车的动力性,(2)传动系的机械效率 发动机所发出的功率Pe经传动系传至驱动轮的过程中,为了克服传动系各部件中的摩擦,会消耗掉一部分功率PT,。传动系的机械效率为:T1PTP e(2-5)传动系的机械效率因受到多种因素的影响而有所变化,但在进行汽车动力性的初步分析时可把它看作一个常数。,21 汽车的动力性,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所占比重最大,其余部件的功率损失较小。传动系功率损失可分为机械损失和液力损失两大类。机械损失是指齿轮传动副、轴承、油封等处的磨擦损失。机械损失与啮合齿轮的对数、
6、传递的转矩等因素有关。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。,传动系的机械效率是在专门试验台上测得的。试验结果表明,在直接档工作时啮合的齿轮不传递转矩,因此比超速挡和其它档位时的效率要高。同一档位转矩增加时,润滑油损失所占比例减少,机械效率较高。转速低时搅油损失小,比转速高时机械效率要高。传动系的机械效率因受到多种因素的影响而有所变化,但在进行汽车动力性的初步分析时可把它看作一个常数,表2l为传动系各部件的传动效率。采用有级机械变速器传动系的轿车,其传动系机械效率可取为0.90.92,
7、货车、客车可取为0.820.85,越野汽车取0.800.85。表2-1推荐的数值亦可用来估算汽车传动系的机械效率。,21 汽车的动力性,21 汽车的动力性,(3)车轮半径 轮胎的尺寸及结构直接影响着汽车的动力性。车轮处于无载荷作用时的半径,称为自由半径ro。汽车静止时,在车重作用下,轮胎产生以径向变形为主的变形,车轮中心到轮胎与道路接触面间的距离称为静力半径rs。车轮的静力半径小于其自由半径。如以车轮转动圈数与实际车轮滚动距离之间的关系换算得出车轮半径,则称其为车轮的滚动半径。r r=S/2n(2-6)式中n车轮转动的圈数;S在转动n圈时车轮滚动的距离。,21 汽车的动力性,(4)汽车的驱动力
8、图 一般用驱动力与车速之间的函数关系曲线FtV a来全面表示汽车的驱动力,称为汽车驱动力图。汽车驱动力图直观地表示变速器处于各档位时,驱动力随车速变化的规律。,21 汽车的动力性,作驱动力图时,首先用式Ft Ttqigiotr求出汽车变速器处于各挡位,不同发动机转速时的驱动力Ft值,再根据发动机转速n与汽车行驶速度 Va之间的转换关系Va0.377rnigio(kmh)求出各发动机转速n和在变速器处于不同档位时的车速Va,即可求得各个档位的FtVa曲线即汽车的驱动力图。,21 汽车的动力性,2.汽车的行驶阻力 汽车在水平道路上直线等速行驶时,必须克服来自地面与轮胎相互作用而产生的滚动阻力和来自
9、车身与空气相互作用而产生的空气阻力。滚动阻力以符号Ff表示,空气阻力以符号F w表示。当汽车在坡道上直线上坡行驶时,还必须克服其重力沿波道的分力,称为坡度阻力,以符号F i表示,汽车直线加速行驶时,还需克服加速阻力,以符号F j表示。因此,汽车直线行驶时其总阻力为:F=F f+F w+F i+F j(2-8),21 汽车的动力性,上述汽车各种行驶阻力中,滚动阻力Ff 和空气阻力F w 是在任何行驶条件下都存在的,坡度阻力F i和加速阻力F j仅在一定行驶条件下存在。(1)滚动阻力 车轮滚动时,轮胎与路面在接触区域内产生法向和切向的相互作用力,以及相应的轮胎和支承路面的变形。无论是轮胎还是路面的
10、这些变形都伴随着能量损失。这些能量损失是产生滚动阻力的根本原因。,21 汽车的动力性,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。可以用经验公式大致估算在良好路面上滚动阻力系数的数值。,滚动阻力系数f 的数值,行驶车速对滚动阻力系数有很大影响。货车及轿车轮胎在车速低于 100km/h时,滚动阻力系数随车速增加而逐渐增大但变化不大。轿车轮胎在140km/h以上时增长较快,车速达到某一临界车速例如200km/h时,滚动阻力系数迅速增大,此时轮胎发生驻波现象,轮胎周缘不再是圆形而呈明显的波浪状,轮胎温度也很
11、快增加到100以上,胎面与轮胎帘布层脱落,几分种内就会出现爆破现象,这对高速行车是一件很危险的事情。轮胎的结构、帘线和橡胶的品种对滚动阻力都有影响。子午线轮胎的滚动阻力系数较低。轮胎充气压力对f值有很大影响,气压降低时f 值迅速增加,这是因为气压降低时,滚动的轮胎变形大,迟滞损失增加的缘故。,21 汽车的动力性,21 汽车的动力性,(2)空气阻力 汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力称为空气阻力。空气阻力分为压力阻力与摩擦阻力两部分。作用在汽车外形表面上的法向压力的合力在行驶方向的分力称为压力阻力。摩擦阻力是由于空气的粘性在车身表面产生的切向力的合力在行驶方向的分力。压力阻力又分为
12、四部分;形状阻力、干扰阻力、内循环阻力和诱导阻力。形状阻力占压力阻力的大部分,与车身主体形状有很大关系;干扰阻力是车身表面突起物如后视镜、门把、引水槽、悬架导向杆、驱动轴等引起的阻力;发动机冷却系、车身通风等所需空气流经车体内部时构成的阻力即为内循环阻力;诱导阻力是空气升力在水平方向的投影。,汽车空气阻力的数值通常表示为:(2-12)式中:Cd空气阻力系数,由试验测得;空气密度;A迎风面积,即汽车行驶方向的投影面积,单位m2;Vr相对速度,在无风即汽车的行驶速度,单位ms。如相对速度Vr以kmh计,则空气阻力Fw(单位为N)为:F w=C d A Vr221.15(2-13),21 汽车的动力
13、性,21 汽车的动力性,(3)坡度阻力 当汽车上坡行驶时,参看图2-2,汽车重力沿坡道的分力表现为汽车坡度阻力 F i;,即F i=G sin(2-14)式中:G作用于汽车上的重力,N。,汽车的坡度阻力,21 汽车的动力性,由于坡度阻力与滚动阻力均属于与道路有关的阻力,而且均与汽车重力成正比,故可把这两种阻力合在一起称作道路阻力,以F表示,即 F=FfF i=fGcosGsin(4)加速阻力 汽车加速行驶时,需要克服其质量加速运动时的惯性力,就是加速阻力Fj。汽车加速阻力可写作:式中: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。,21 汽车的动力性,三、汽车行驶的驱动附着
14、条件与汽车的附着力 1.汽车行驶的驱动附着条件 汽车行驶的驱动力必须大于滚动阻力、坡度阻力和空气阻力后才能加速行驶。若驱动力小于这三个阻力之和,则汽车无法开动,正在行驶的汽车将减速直至停车。所以汽车行驶的第一个条件为:FtFf+Fw+Fi 2.汽车的附着力。汽车的附着力取决于附着系数以及地面作用于驱动轮的法向反作用力。驱动轮地面法向反作用力与汽车的总体布置、行驶状况及道路的坡度有关。在一定附着系数的路面上,不同驱动方式的汽车具有不同的汽车附着力。,21 汽车的动力性,四、影响汽车动力性的因素 1.汽车结构参数对动力性的影响(1)发动机参数对汽车动力性的影响 发动机的外特性、最大功率和最大转矩对
15、汽车动力性影响最大。在附着条件允许时,显然,发动机功率转矩越大,汽车的动力性就越好。但发动机功率过大,也是不合理的,一方面发动机功率过大将导致发动机尺寸、质量、制造成本增加,特别是运行时的燃油经济性显著下降;另一方面,汽车驱动力的提高受到附着条件的限制,不能无限地加大,所以过大地增大发动机功率也是无益的。通常用发动机比功率(即发动机最大功率与汽车总重力之比)来衡量汽车发动机功率匹配。发动机比功率的大小对汽车的动力性和燃油经济性等有很大影响,是选择发动机功率的重要依据之一。,(2)传动系参数对汽车动力性的影响。1)传动效率 传动系机械效率越高,传动损失功率越小,发动机有效功率更多地转变为驱动力,
16、汽车动力性好。可在润滑油中加入减磨添加剂和选用粘度适当且受温度影响小的润滑油,对提高传动效率有明显效果。2)主减速器传动比 变速器处于直接挡时,主减速器传动比将直接影响汽车的动力性。若主减速器传动比设置不当,在其它条件不变的情况下,会使汽车的最高车速降低,汽车的最高车速小于发动机最大功率相对应车速,将使汽车发动机最大功率不能利用,同时汽车后备功率也明显降低,汽车动力性全面变坏。,21 汽车的动力性,3)变速器传动比及档数对汽车动力性的影响 汽车以最低档(挡)行驶时,必须保证汽车具有足够的驱动力,以使汽车具有克服最大行驶阻力的能力。如其它条件相同,I挡的传动比直接影响汽车起步加速性能和最大爬坡能
17、力。现代汽车大多仍保持变速器的最小传动比为1,即最高挡为直接档;少数汽车变速器最小传动比小于1,即最高挡为超速档。利用超速挡的目的主要是提高汽车在良好道路上行驶的最高车速和高速时的燃油经济性。变速器档位多,增加了发动机发挥最大功率附近高功率的机会,提高了汽车的加速能力和爬坡能力。,21 汽车的动力性,(3)空气阻力系数Cd对汽车动力性的影响 若两汽车总重和驱动力相同,则空气阻力Fw越小,克服道路阻力和加速阻力的能力越强,最高车速也提高,汽车的动力性越好。空气阻力系数Cd、迎风面积以及车速决定了汽车空气阻力的大小。空气阻力在汽车低速行驶时,对汽车动力性影响较小;而在汽车高速行驶时,空气阻力在汽车
18、行驶阻力中占很大比重,对汽车动力性影响较大。所以改善汽车流线型,减少空气阻力,对高速行驶汽车是非常必要的。,21 汽车的动力性,(4)汽车总重对动力性的影响 汽车总重对汽车动力性影响很大。除空气阻力外,其它行驶阻力都与汽车的总重成正比。动力因素与汽车总重成反比。因此,随着汽车总重的增加,其动力性变差,汽车行驶的平均速度下降。如果能减轻汽车的自重,则可减小汽车行驶的滚动阻力、上坡阻力和加速阻力,使汽车动力性得到改善,而且燃油经济性也变好。,21 汽车的动力性,(5)轮胎尺寸与型式对汽车动力性的影响 汽车的驱动力Ft与轮胎半径r成反比,而车速Va与轮胎半径r成正比,因此,轮胎半径对与动力性有关的驱
19、动力和车速是矛盾的。现在,在良好路面上行驶的汽车,轮胎半径有减小的趋势。首先,汽车在良好路面上行驶时,附着力较大,用小直径的轮胎,可得到较大的驱动力。车速的提高可以用减小主减速器传动比来解决。轮胎尺寸和主减速器传动比减小,使汽车质心高度降低,提高了汽车的行驶稳定性,有利于汽车的高速行驶。软路面上行驶的汽车,车速不高,要求轮胎半径大些,主要是为了增加轮胎与路面间的附着系数。,21 汽车的动力性,21 汽车的动力性,2.使用因素对汽车动力性的影响(1)发动机技术状况 这是保证汽车动力性的关键。(2)汽车底盘的技术状况 汽车传动系各轴承的紧度与润滑、前轮定位角度、轮胎气压、制动器的调整、离合器的调整
20、、传动系润滑油的质量等都直接影响汽车的动力性。(3)驾驶员驾驶技术 熟练地驾驶、适时和迅速地换挡、正确选择挡位,对发挥和利用汽车的动力性有很大作用。(4)汽车行驶条件 路面和气候也影响汽车的动力性。,五、汽车的动力性试验 1.试验的主要条件 道路试验通常在水泥或沥青路面的干燥、清洁和平直路段上进行,要求路面坡度i1,最大i3,测试路段长度必须有3km左右。试验时大气温度应为035,大气压在99.33kPa101.99kPa范围内,风速不大于3ms。2.道路试验内容(1)测定最高车速Vamax 汽车达到最高车速后,测定其通过1km路段的时间,即可求得Vamax.测量时至少往返各作一次,求其平均值
21、。,21 汽车的动力性,(2)测定加速能力 原地起步加速能力,指用一档或二档起步,按最佳换档时刻逐次换到高档,节气门全开,全力加速至 0.8Vamax的时间和距离。或原地起步加速至某一车速(如 100km/h)或驶过某一距离(如400m)所需的时间。最高档加速性能是汽车在最高档工作时,节气门开至最大,由15km/h加速至0.8Vamax的加速过程(行程、时间、车速)。若汽车在最高档的最低稳定车速高于15km/h,则由最小稳定车速开始加速。,21 汽车的动力性,(3)测定上坡能力 在一组坡度不同的坡道上试验,坡道长度应大于车长2倍3倍。显然,给定的坡度不一定符合被试车辆的最大爬坡度,可用增减载荷
22、或变换变速器档位的方法试验,再进行折算。(4)滑行试验 所谓滑行是指汽车以某一稳定行驶车速为初速度,脱档利用其动能继续行驶直至停车的过程。滑行试验是确定汽车滚动阻力和空气阻力最简便的方法。滑行距离或滑行阻力的大小客观上反映汽车传动系机械效率的高低。我国 GBT 12536-1990规定测量以50kmh初速度的滑行距离,至少往返各作一次取其平均值。,21 汽车的动力性,22 汽车使用经济性,一、汽车燃料经济性指标 1.汽车燃料经济性 为了评价整个汽车的经济性,应将上述两因素同时考虑,而选取单位行驶里程的燃料消耗量(单位:当燃料按质量计算时为kg/100km,当燃料按容积计算时为L/100km)或
23、单位运输工作的燃料经济性(单位:kg/100tkm、kg/1000人km;L/100tkm、L/1000人km)作为评价指标。前者用于比较相同容载量的汽车燃料经济性,也可用于分析不同部件(如发动机、传动系等)装在同一汽车上对汽车燃料经济性的影响;后者常用于比较评价不同容载量的汽车燃料经济性。其数值越大,汽车燃料经济性越差。,22 汽车使用经济性,平均燃料运行消耗特性是用道路试验方法求得的。试验方法是:(1)在某一种道路条件下,分别测量各种不同装载质量时的燃料消耗量(L/100km),从而得到相应道路条件下的平均燃料运行消耗特性。试验时,汽车应按照通常在该种道路和装载质量情况下行驶时的平均技术速
24、度行驶(不可规定为匀速行驶)。(2)按同样的方法在其它类型的道路条件下做不同装载质量的运行试验。,为使试验结果更为准确,试验中应要求:(1)有一定数量的试验汽车(至少有3辆),且技术状况良好。(2)选择具有代表性的路线,且同一路线上的路面质量应相同,路线长度不短于100km。(3)同一参数的测定至少应重复三次,并应在相同的气候条件和相同的交通量的条件下进行。由此可见,平均燃料运行消耗特性反映了车辆类型、道路条件、交通量、装载质量以及气候等因素对燃料消耗的影响,可用来比较全面地评价汽车使用中的燃料经济性。,22 汽车使用经济性,22 汽车使用经济性,2.燃料消耗定额 燃料消耗定额是指汽车每行驶百
25、车公里或完成百吨公里所消耗燃料的限额。它是考核单车和汽车运输企业在运输生产中物料消耗的主要定额指标之一。燃料消耗定额通常是按车型、使用条件、载质(客)量和燃料种类等分别制定;客车一般按百车公里平均燃料消耗量为基数;货车则以空车百车公里平均燃料消耗量为基数,再按其实际载质量及拖挂总质量的百吨公里燃料消耗量为附加数,进行考核。对汽车运输企业,则按全部运行车辆百吨公里平均燃料消耗量为基数进行考核。,22 汽车使用经济性,(1)百车公里燃料消耗定额(2)百吨公里燃料消耗定额 燃料消耗定额是个综合性的考核指标。要降低燃料消耗定额一方面要提高驾驶员的操作技术水平和提高车辆的技术状况,另一方面调度人员要根据
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