汽车的动力性.ppt

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1、1,汽 车 理 论,机电工程学院交通运输系 E-mail:,李遂亮,2,第 4 版,教学课件,教材主编 余志生 教材副主编 夏群生 课件编制 张 红 夏群生,汽车理论,3,汽车动力装置 参数的确定,汽车设计追求 的是最高性价比,汽车理论以研究汽车各项性能为主,汽车理论研究的主要内容,动力性,燃油经济性,制动性,操纵稳定性,平顺性,通过性,汽车的性能主要包括,4,学习思路,评价指标,评价指标的确定,分析影响因素,学习过程中要注重理论联系实际,5,相关书籍推荐,车辆动力学基础（美）Thomas D.Gillespie 著 赵六奇，金达锋 译，清华大学出版社 汽车理论 吴光强 主编 ，人民交通出版社

2、 汽车空气动力学 傅立敏 著，机械工业出版社 现代汽车设计概论 （英）Julian Happian-Smith 主编 张金柱 译，化学工业出版社 汽车系统动力学，喻凡 ，林逸 编著，机械工业出版社,6,汽车知识 汽车之友 汽车测试 汽车与你 汽车族 中国汽车画报 汽车使用与维修 汽车测试报告 汽车与运动,相关期刊杂志推荐,7,汽车理论,第一章 汽车的动力性 第二章 汽车的燃油经济性 第三章 汽车动力装置参数选定 第四章 汽车的制动性 第五章 汽车的操纵稳定性 第六章 汽车的行驶平顺性 第七章 汽车的通过性,8,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,第三节 汽车的驱动力-行驶阻力平衡图与动力特性图,第

3、四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,第六节 装有液力变矩器汽车的动力性,第五节 汽车的功率平衡,第一节 汽车的动力性指标,第一章 汽车的动力性,第七节 影响汽车动力性的因素,9,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,第一章 汽车的动力性,返回目录,10,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,第一章 汽车动力性,第一节 汽车的动力性指标,返回目录,11,第一节 汽车的动

4、力性指标,一、最高车速uamax （单位为km/h） 是指在水平良好的路面（混凝土或沥青）上汽车能达到的最高行驶车速。 （要求：发动机的节气门全开、变速器挂入最高档、满载、坡度0.1%，风速3m/s） 不同车型对其最高车速的要求也不一样,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货质量或载客人数,12,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

5、1.0 137km/h 奇瑞QQ0.8 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1.3CVT 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,13,中高级轿车 2.5发动机排量/L4.0 凯迪拉克赛威2.8 201km/h

6、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30001.8 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2.0 197km/h 本田雅阁2.4 219km/h 奥迪A4 1.8T 220km/h 奥迪A4 2.0 230km/h,14,第一节 汽车的动力性指标,跑车的最高车速,15,第一节 汽车的动力性指标,跑车的最高车速,16,第一节

7、 汽车的动力性指标,跑车的最高车速,17,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 4.4 230km/h 陆虎览胜4.0 210km/h 宝马X5 3.0 202km/h 大众途锐3.0 197km/h 捍马H2 6.0 180km/h 帕杰罗速跑3.0 175km/h,SUV的全称是Sport Utility Vehicle，中文意思是运动型多用途汽车。主要是指那些设计前卫、造型新颖的四轮驱动越野车。SUV一般前悬架是轿车型的独立悬架，后悬架是非独立悬架，

8、离地间隙较大，在一定程度上既有轿车的舒适性又有越野车的越野性能。由于带有MPV式的座椅多组合功能，使车辆既可载人又可载货，适用范围广,18,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,19,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,世界车速的最高记

9、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”号汽车创造的，车速第一次超过了音速，达到1227.73km/h,第一节 汽车的动力性指标,20,二、加速时间t（s,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） 11.1/12.7s 宝来1.8T M （手动挡）/A（自动挡） 9.0/10.5s 手动挡汽车的加速时间更短,法拉利 575M Maranello

10、 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：指汽车由档或档起步，并以最大的加速强度逐步换至最高档后到某一预定的距离或车速所需的时间,1） 0100km/h的加速时间,21,2）静止到400m或静止到1km的冲刺时间,60100km/h （4挡/5挡） 10.8 / 13.7s 80120km/h （4挡/5挡） 10.6 / 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 此项数据在一般的技术参数中往往不给,2.

11、超车加速时间：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,宝马520i,低挡的超车加速能力更强,22,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 是指汽车满载时用变速器最低档位在坚硬路面上等速行驶所能克服的最大道路坡度,23,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,有时也用汽车在一定坡道上必须达到的车速来评价汽车的爬坡能力。

12、 也有以一定坡道上汽车的加速时间来表明汽车加速性能的,返回目录,24,第一节 汽车的动力性指标,小结： 评价汽车动力性的指标： 最高车速uamax (km/h) 加速时间t (s) 最大爬坡度imax (%) 一个汽车要想动力性好： 发动机功率要大必要条件。 发动机的功率能充分发挥（各种车速、车重、传动效率高，阻力小）充分条件,返回目录,25,第一章 汽车动力性,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,返回目录,26,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

13、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,27,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、驱动力Ft,ig变速器传动比,i0主减速器传动比,T传动系统的机械效率,28,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,29,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

14、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,30,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,31,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,32,发动机转速特性曲线,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,33,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。 一般汽油发动机使用外特性的最大功率比外特性的最大功率约小15%； 货车柴油机的使用外特性最大功率约小5%

15、； 轿车与轻型货车柴油机约小10,34,等速行驶时,PT传动系统损失的功率,Pin输入传动系统的功率,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,2.传动系统的机械效率T,35,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,传动系统损失的功率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,思考,36,传动系统效率曲线,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,37,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,表1-1 传动系统各部件的传动效率,38,自由半径：车轮处于无载时的半径。

16、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,39,车轮接地点相对于地面的运动速度，常称为滑动速度,ua,rs,rr,ua,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,速度瞬心,s=2rrnw,s车轮中心行驶的距离,nw车轮中心行驶s距离时车轮转过的圈数,rr=s/2nw,当汽车在干燥的硬路面行驶时u0,rs=rr=r,车轮的运动可以视为以滚动半径为半径的纯滚动,40,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,41,例

17、：已知奥迪A4轿车发动机的数据（如下表所示），ig1=2.13，i0=6.333，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,42,奥迪 A4 轿车驱动力图,43,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,思考,从汽车的驱动力图上我们可以得到哪些结论,44,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,45,软路面上,硬路面上,产生滚动阻力的主要原因,轮胎变形,轮胎变形和路面变形,轮胎变形为

18、什么会产生滚动阻力,轮胎的迟滞损失：轮胎在加载变形时所消耗的能量在卸载恢复时不能完全收回，一部分能量消耗在轮胎内部摩擦损失上，产生热量，这种损失称为轮胎的迟滞损失,1.滚动阻力Ff,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,思考,46,ua,加载变形区,卸载变形区,思考,由轮胎的迟滞损失图看，在轮胎径向变形相同的情况下，地面作用在加载变形区与卸载变形区的法向反力是否相等,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,47,1）从动轮受力分析,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,FZd,FZd,48,f滚动阻力系数,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,49,即路面作用于驱动轮的切向力FX2比Ft要小,2）驱动轮受力分析,第二节

19、 汽车的驱动力与行驶阻力,50,ua高 f 大,货车 f=0.0076+0.000056ua,3）影响Ff的因素,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,轿车,1）车速 ua,51,轮胎的两个最重要参数：极限速度和承载量,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,临界车速（最高车速） 当汽车车速超过临界车速时，轮胎会出现驻波现象，其周缘呈明显的波浪状，轮胎温度快速增加。 后果是大量发热导致轮胎破损或爆胎,驻波现象：在高速行驶时，轮胎离开地面后因变形所产生的扭曲并不立即恢复，其残余变形形成了一种波，这就是驻波。此时轮胎周缘不再是圆形， 而呈明显的波浪形。轮胎刚离开地面时波的振幅最大，它按指数规律沿轮胎圆周衰减,5

20、2,驻波现象（图像,53,子午线轮胎比斜交轮胎的滚动阻力小20%30； 滚动阻力与轮胎的帘线（棉、人造丝、尼龙、钢丝）和橡胶品质有关,2）轮胎结构,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,54,3）气压,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,气压越高，轮胎变形及由其产生的迟滞损失就越小，滚动阻力也越小,55,4）驱动力,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,56,为什么驱动力系数很大时气压越低 f 越小,Ft胎面滑移Ff,Pa接地面积胎面滑移滑移引起的Ff,思考,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,57,上高速公路时轮胎气压应该适当高一些,在松软路面、泥泞路面、雪地行驶时，可适当降低轮胎气压,第二节 汽车的驱动力与行

21、驶阻力,在高速公路上，轮胎变形产生的滚动阻力大还是滑移产生的滚动阻力大,胎压高轮胎变形小迟滞损失少Ff小,胎压低滑移小Ff小,上高速公路前要检查胎压，在给定的胎压范围内，胎压适当高一些好还是低一些好,思考,思考,58,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,轮胎与土壤之间的粘着性所致,5）路面条件,表1-2 滚动阻力系数 f 的数值,59,离心力前、后轮产生侧偏力侧偏力沿行驶方向分力滚动阻力增加,6）转向,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,60,1）压力阻力（占91,汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向的分力称为空气阻力,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,2.空气阻力FW,第二节

22、 汽车的驱动力与行驶阻力,61,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,62,取决于车身主体形状,1）形状阻力,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,63,后视镜,车身表面的凸起物引起的阻力,2）干扰阻力,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,64,后视镜,后视镜设计也要流线形,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,65,后视镜,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,66,后视镜,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,67,门把手,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,68,满足冷却、通风等需要，使空气流经车体内部时构成的阻力,4）诱导阻力,空气升力在水平方向的投影,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,3）内循环阻力,由于流经车顶的气流速度

23、大于流经车底的气流速度，使得车底的空气压力大于车顶，从而空气作用在车身上的垂直方向的压力形成压差，这就是空气升力,69,思考,夏季在高速公路上开空调省油还是开窗通风省油,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,打开天窗换气和打开侧窗换气有何不同,打开天窗换气时天窗上方的压力低于车内的压力,2）摩擦阻力（9,由于空气粘性在车身表面产生的切向力的合力在行驶方向的分力,70,CD空气阻力系数； A迎风面积； ur相对速度； 空气密度,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,3）空气阻力（FW）的计算,71,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,发动机盖应向前下倾,4）减小CD值要遵循的要点,1）车身前部,72,第二节 汽

24、车的驱动力与行驶阻力,面与面交接处的棱角应为圆柱状,73,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,面与面交接处的棱角应为圆柱状,74,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,挡风玻璃应尽可能“躺平”，且与车顶圆滑过渡,75,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,越野车很难做到,挡风玻璃应尽可能“躺平”，且与车顶圆滑过渡,76,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,尽量减少灯、后视镜和门把手等凸出物,77,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,在保险杠下面，应装有合适的扰流板,78,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,车轮盖应与轮胎相平,79,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,整个车身应向前倾12,2）整车,80,第二节 汽车的驱动力

25、与行驶阻力,水平投影应为腰鼓形,81,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,后端稍稍收缩，前端呈半圆形,82,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,最好采用舱背式或直背式,3）汽车后部,83,应有后扰流板,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,84,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,当车速超过120km/h，尾翼会自动升高160mm，为车身增加30的下压力；在车速低于80km/h，尾翼又会自动降低,应有后扰流板,85,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,应有后扰流板,86,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,应有后扰流板,87,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,应有后扰流板,88,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,若用折背式

26、，行李箱盖板至地面距离应高些，长度要短些,89,后面应有鸭尾式结构,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,90,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,后面应有鸭尾式结构,91,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,所有零件应在车身下平面内且较平整，最好有平滑的盖板盖住底部,4）车身底部,92,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,底部比较凌乱,93,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,底部比较凌乱,94,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,仔细选择进风口与出风口的位置，精心设计内部风道,5）发动机冷却进风系统,95,冷却前制动器,冷却前制动器,冷却发动机和制动器,冷却后制动器和润滑系统,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,96,

27、冷却发动机和前制动器,冷却后制动器,为发动机提供充足空气,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,97,什么是超级跑车,限量生产、价格高昂、动力强劲（3.5L以上、8缸以上）、起步快（0100km/h时间5秒以内）、技术超群、车身自重轻（用碳纤维或轻质合金材料）、外观超前等,形象的描述：外观鲜艳欲滴，让人爱得要死；加速时令人皮肤绷紧、汗毛直竖，让人吓得要死；数量奇少，价格奇高，让人想得要死,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,思考：轿车和超级跑车哪种车型的空气阻力系数更大？为什么,98,三种超级跑车,兰博基尼,法拉利,保时捷,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,99,答案 由于尾翼的影响、发动机和制动器通风冷

28、却的需要，超级跑车的空气阻力系数一般会大于普通轿车,兰博基尼跑车 在冷却通风口关闭且扰流板摆平时，CD值为0.33，展开时，CD值为0.36,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,思考：轿车和超级跑车哪种车型的空气阻力系数更大？为什么,100,减小CD值要遵循的要点总结如下,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,101,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,未来轿车外形,102,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,6）货车和半挂车的空气阻力也很重要，不少货车驾驶室上已装用导流板等装置，以减小空气阻力、节省燃油,103,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,104,一些常见车型的空气阻力系数,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力

29、,105,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,106,一般道路的坡度均较小,一些常见路面的坡度,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,107,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,108,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， cos1， sini,F=Gf+Gi=G(f+i,令f+i=，道路阻力系数,F=G,109,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,110,第二节 汽车的驱动力

30、与行驶阻力,挡位不同，值不同,111,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,112,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,三、汽车行驶方程式,113,汽车受到外力的功率为P,第二节 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,传动系统摩擦阻力的负功率为Pr,Fr传动系统摩擦力转换到车轮轮缘的阻力,114,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,115,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,设转动系无任何摩擦阻力，

31、作用于驱动轮的转矩为,116,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,117,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有作用力的功率，可得下式,118,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,119,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,120,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,121,

32、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,返回目录,122,第一章 汽车动力性,第二节 汽车的驱动力与行驶阻力,返回目录,小结： 一、驱动力Ft 1.发动机的转速特性 2.传动系统的机械效率T 3.车轮半径 4.汽车的驱动力图 二、汽车的行驶阻力 1.滚动阻力Ff 2.空气阻力FW 3.坡度阻力Fi 4.加速阻力Fj 三、汽车行驶方程式,123,第一章 汽车动力性,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,返

33、回目录,124,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,125,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=0 Fj=0 Ft=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？此时对应的发动机的工况如何,1.确定uamax,126,uamax=205km/h,奥迪A4 轿车驱动力行驶阻力平衡图,127,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

34、行 驶阻力平衡图与动力特性图,Fi=0,2.确定加速时间t,128,第三节 汽车的驱动力行 驶阻力平衡图与动力特性图,由加速度曲线做加速度倒数曲线，再积分，即可求出加速时间,思考：从图中看，在什么时候换挡可以使加速时间最短,129,第三节 汽车的驱动力行 驶阻力平衡图与动力特性图,积分时可以将积分区域划分成若干个小区间，采用图解积分的方法求面积和,130,第三节 汽车的驱动力行 驶阻力平衡图与动力特性图,直接挡加速,计算得到的加速度曲线,所用时间较短,131,第三节 汽车的驱动力行 驶阻力平衡图与动力特性图,3.确定最大爬坡度imax,132,第三节 汽车的驱动力行 驶阻力平衡图与动力特性图,

35、由驱动力行驶阻力平衡图和 i=tan 可以做出爬坡度图,133,D动力因数,第三节 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,思考：动力因数能否反映汽车动力性的好坏？已知哪些参数可做出动力特性图,134,f,第三节 汽车的驱动力行 驶阻力平衡图与动力特性图,uamax,1.计算最高车速,由动力特性图确定动力性评价指标,135,由动力特性曲线，即可作出各挡的爬坡度图,第三节 汽车的驱动力行 驶阻力平衡图与动力特性图,2.计算爬坡度,挡工作时，爬坡度较大，此时以 imaxD1maxf 计算的误差也较大，可以用下式计算,136,计算加速度的倒数，并作出加速度倒数曲线，图解积分即可计算

36、加速时间,第三节 汽车的驱动力行 驶阻力平衡图与动力特性图,做出加速度曲线,3.计算加速时间,137,第三节 汽车的驱动力行驶阻力平衡图与动力特性图,返回目录,小结： 一、驱动力行驶阻力平衡图 1.确定uamax 2.确定加速时间t 3.确定最大爬坡度imax 二、动力特性图 1.确定uamax 2.确定加速时间t 3.确定最大爬坡度imax,138,第一章 汽车动力性,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,本节将介绍附着力、附着条件、附着率等基本概念，分析汽车在纵向坡道上加速上坡时的受力 ，确定汽车在不同行驶条件下的附着率,返回目录,139,1.附着力,附着系数； 与路 面和轮胎都有关,

37、地面对轮胎切向反作用力的极限值（最大值）即为附着力,FZ地面作用在车轮上的法向反力,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,一、汽车行驶的附着条件,常见路面的平均附着系数,思考：为什么汽车在湿土路上容易出现打滑现象,140,光面胎和带花纹的轮胎在干燥硬路面上的附着系数有何不同？ 轮胎花纹起什么作用,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,胎面与 的关系,141,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,142,F1方程式赛车在不同天气条件下使用的不同胎面花纹的轮胎,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,143,胎面的四道沟槽减小了车轮和地面间的有效接地面积，使车轮的附着力下降，汽车的车

38、速得以控制,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,144,后轮驱动时，附着条件是,附着条件：地面作用在驱动轮上的切向反力小于驱动轮的附着力,驱动轮上的切向反力主要与哪些因素有关？其大小可否通过驾驶员合理控制,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,2.附着条件,思考,145,令,C 2后轮驱动汽车驱动轮的附着率,后轮驱动汽车的附着条件也可以表达为,3.附着率,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,由附着条件可得,前轮驱动时，附着条件是,令,C 1前轮驱动汽车驱动轮的附着率,前轮驱动汽车的附着条件也可以表达为,附着率越小或路面附着系数越大 ，附着条件越容易满足,146,第四节 汽车行驶

39、的附着条件与汽车的附着率,路面附着系数低时车轮会出现滑转（视频,147,前轮驱动时， 如果FX1小、FZ1大， 小，附着条件容易得到满足,FX1小,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,路面条件好，车速低，Ff 小；行驶车速低，Fw 小；路面平坦，Fi 小；不急加速，Fj 小,什么路面条件下，附着条件不易满足,湿滑路面、冰雪路面、沙地等,当路面有积雪时，起步用高挡好还是用低挡好,用高挡轻踩加速踏板起步较好,汽车在什么工况下工作，附着条件会不易满足,起步急加速,解释为什么,148,解决方案,装用TCS（ASR）驱动力控制系统，通过对驱动轮作用制动力矩控制起步过程的FX2,进而减少燃油喷射量,

40、第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,起步过程中，驱动轮的严重滑转会加剧轮胎的磨损,149,越野车如何爬上100的坡道,越野汽车爬坡时,即只有附着系数大于1时，才有可能爬上100%的坡道,思考,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,150,此时必须依靠越野轮胎花纹的抓地性，并与良好的路面相配合，才能提高附着系数,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,151,二、汽车的附着力与地面法向反作用力,汽车在加速上坡时，附着条件不易满足。 以下将在此工况下，分析路面作用在车轮上的法向力FZ和切向力FX,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,152,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率

41、,153,主要与质心位置及坡度角有关,1）静态轴荷的法向反作用力,2）动态分量,思考：汽车加速前进时，前后轮的垂直载荷发生什么变化,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,154,FZd1,FZd2,加速时,后驱车容易满足附着条件,跑车大多采用后轮驱动,思考：加速时，前驱车还是后驱车容易满足附着条件,保时捷911双座跑车采用后置式发动机后轮驱动,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,155,绝大多数双座跑车采用中置发动机后轮驱动,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,思考：要想使发动机转矩得到充分发挥，又满足附着条件，最理想的驱动方式是什么,四轮驱动,156,高级轿车 自重大，Ff大

42、；车速高，车体大，FW大； 发动机排量大，Ft大,思考：什么车型适合用四轮驱动,超级跑车 车速高，FW大；发动机排量大， Ft大,越野车 道路条件差，附着系数小,重型货车 自重大，Ff大，道路条件差，附着系数小,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,157,CLf前空气升力系数；CLr后空气升力系数,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,3）空气升力,158,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,159,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,160,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,161,4）滚动阻力偶矩产生的部分,此项较小，可以忽略不计,忽略旋转质量惯性阻力偶矩和滚

43、动阻力偶矩之后,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,162,三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力,切向反作用力最大值出现在汽车加速爬坡的工况，以下将在此工况下进行分析,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,163,将整车分解为车身、驱动轮（前轮）、从动轮（后轮）三部分,分别分析其受力,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,164,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,Tjw2很小忽略不计,165,将 带入得,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,166,将 带入得,注意 与Fj的区别,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,当汽车由前轮驱动时,同理可得 当汽车由后轮驱动

44、时,167,四、附着率,汽车直线行驶状况下，充分发挥驱动力作用时要求的最低附着系数,1. 加速、上坡行驶时的附着率,1）后轮驱动汽车,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,168,令,忽略空气阻力和滚动阻力,q包含加速阻力在内的等效坡度,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,为加速上坡行驶时要求的地面附着系数，当在一定附着系数的路面上行驶时，汽车能通过的最大等效坡度为q,将,带入,169,2）前轮驱动汽车,当汽车由后轮驱动时,同理可得，当汽车由前轮驱动时,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,思考：如果a=b，哪种驱动方式的等效坡度更大,170,3）四轮驱动汽车,令后轴的转矩分配系

45、数为,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,171,通常前、后驱动轮的附着率不相等，汽车的等效坡度受附着率较大驱动轮的限制,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,等效坡度一定时，如果前轮附着率较大，前驱动轮的驱动力将先达到地面附着力而滑转，后驱动轮驱动力也保持在前轮刚开始滑转时的数值不再增加,172,如果前、后轮驱动力可以通过自动调节同时达到附着力极限,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,即,173,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,思考：如果路面附着系数 ，两种轿车1挡的动力性能否得到充分发挥,174,2. 高速行驶时的附着率,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,

46、175,随着车速的增加，后轮的法向反作用力下降，而切向反作用力则按车速的平方关系增大。因此，附着率 随车速的提高而急剧增大，附着条件不易满足,第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率,思考：高速轿车该如何解决附着率过大的问题,176,第一章 汽车动力性,第五节 汽车的功率平衡,本节主要介绍汽车行驶过程中消耗的发动机功率、 功率平衡和后备功率等。 本节内容对分析汽车的燃油经济性有重要作用,返回目录,177,传到驱动轮上的功率Pt与发动机功率Pe、传动系统机械效率T的关系是,Pt=T Pe,Pt=uaFt,ua Ft =T Pe,第五节 汽车的功率平衡,178,例：已知奥迪A4轿车发动机及6个挡传

47、动比的数据（如下表所示）， i0=6.333， r=0.317m，由可以对应计算出 各 挡的ua，即可画出 Peua 曲线,第五节 汽车的功率平衡,一、功率平衡图,Peua 及（Pf+Pw）/tua 间的关系图,179,180,后备功率用于加速和爬坡,二、后备功率,发动机功率与滚动阻力和空气阻力消耗的发动机功率的差值是后备功率,第五节 汽车的功率平衡,181,行驶中消耗的发动机功率,发动机能提供的功率,后备功率,第五节 汽车的功率平衡,思考：后备功率与所使用的挡位是否有关,182,第五节 汽车的功率平衡,汽车的后备功率曲线,183,第一章 汽车动力性,第六节 装有液力变矩器汽车的动力性,返回目

48、录,184,一、无级变速器与汽车动力性的关系,活塞式蒸汽机除在很低转速外，具有近似等功率的特性,1.三种发动机特性曲线的对比分析,第六节 装有液力变矩器汽车的动力性,185,活塞式内燃机的后备功率较小，如果不匹配变速器，所能产生的驱动力也很小,2.三种发动机的功率平衡图,第六节 装有液力变矩器汽车的动力性,186,活塞式内燃机,活塞式蒸汽机,等功率发动机,第六节 装有液力变矩器汽车的动力性,3.三种发动机的驱动力-行驶阻力平衡图,187,4.活塞式内燃机匹配三挡变速器与装有等功率发动机汽车的动力性,当变速器的挡数无限增多，即采用无级变速器，且无级变速器的机械效率等于分级式变速器时，活塞式内燃机

49、就可能总在最大功率下工作，即具有与等功率发动机汽车同样的动力性,第六节 装有液力变矩器汽车的动力性,188,二、液力变矩器的无因次特性,1.变矩比K,涡轮输出转矩TT与泵轮输入转矩Tp之比即为变矩比,2.变矩器速比i,涡轮转速nT与泵轮转速np之比为变矩器速比,3.效率,第六节 装有液力变矩器汽车的动力性,输出功率与输入功率之比为变矩器效率,189,工作油的密度； D变矩器的有效直径,4.泵轮转矩系数p,p 是泵轮转矩式中的比例常数,5.液力变矩器的无因次特性,第六节 装有液力变矩器汽车的动力性,190,三、液力变矩器的泵轮转矩曲线,1.非透过性的变矩器,在任何速比下，泵轮转矩系数p维持不变的

50、液力变矩器称为非透过性的变矩器,只要节气门不变，发动机的转速（也是泵轮的转速np）始终保持不变,第六节 装有液力变矩器汽车的动力性,191,2.透过性液力变矩器,泵轮转矩系数p随速比的变化而变化的液力变矩器称为透过性的变矩器,转矩系数随速比而变化，发动机的转速（也是泵轮的转速）也随之变化，即便节气门不变，发动机的工作转速和转矩也会发生变化,第六节 装有液力变矩器汽车的动力性,192,3.透过度p,Tp0与p0为涡轮不转动时，泵轮的转矩与转矩系数； Tpc与pc为耦合器工况，即变矩比K=1时，泵轮的转矩与转矩系数,第六节 装有液力变矩器汽车的动力性,193,四、变矩器的输出特性,节气门全开时，液

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