汽车检测诊断技术与设备第2章车的使用性能

•AutomobileElectrics学习目标掌握汽车主要使用性能的评价指标。掌握汽车驱动力、各行驶阻力、地面制动力的产生及计算。了解汽车的驱动力——行驶阻力平衡、动力平衡、功率平衡。掌握制动跑偏、制动侧滑的原因及对汽车方向稳定性的影响。了解轮胎的侧偏特性及对汽车转向特性的影响。掌握汽车的行驶条件。掌握汽车结构和使用因素对汽车主要使用性能的影响关系。第2章汽车的使用性能•AutomobileElectrics2.1汽车的动力性第2章汽车的使用性能汽车的动力性是汽车最基本、最重要的性能。它直接影响汽车的平均速度，因而对汽车的运输效率有决定性的影响。•AutomobileElectrics2.1.1汽车动力性的评价指标第2章汽车的使用性能汽车的动力性主要由下列三方面的指标来评定：1.汽车的最高车速Vmax汽车的最高车速是指汽车以厂定最大总质量状态在风速≤3m/s的条件下，在干燥、清洁、平坦的混凝土或沥青路面上，汽车能够达到的最高稳定行驶速度。2.汽车的加速能力汽车的加速能力是指汽车在各种使用条件下迅速增加行驶速度的能力。用加速过程中的加速度j、加速时间t和加速行程s来评定。实际试验中常用原地起步加速时间与超车加速时间来表明汽车的加速能力。原地起步加速时间指汽车由第Ⅰ档起步并以最大的加速强度（包括选择恰当的换档时机）逐步换至高档后到达某一预定的距离或车速所需的时间。超车加速时间指用最高档或次高档由某一中等车速全力加速至某一高速所需的时间。3.汽车的上坡能力汽车的上坡能力用最大爬坡度imax来评定。最大爬坡度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。•AutomobileElectrics2.1.2汽车的驱动力与行驶阻力第2章汽车的使用性能1.驱动力（1）驱动力的产生及计算发动机输出的转矩经传动系传至车轮，产生驱动力矩Mt。该力矩使轮胎支撑面上产生沿地面向后的作用力，同时地面给驱动轮一反作用力，此力与汽车运动方向相同，推动汽车前进，称为汽车的驱动力如图所示，用下式表示：，N（2-1）式中：Mt——作用于驱动轮上的转矩，N•m；Me——发动机转矩，N•m；ik——变速器传动比；io——主减速器传动比；ηT——传动系机械效率；r——驱动轮半径，m。riiMrMFTokett•AutomobileElectrics2.1.2汽车的驱动力与行驶阻力第2章汽车的使用性能（2）影响汽车驱动力的因素①发动机转矩发动机转矩Me可以从发动机外特性曲线上查出。发动机外特性曲线是在不带风扇、空气滤清器、消声器、废气净化器、发电机、无空气压缩机等条件下在试验台上测出的，称为发动机净功率曲线。带全部附件时测出的曲线，称为使用外特性曲线。一般使用外特性曲线上表示的功率，在发动机最高转速nemax时，较试验台上测得的功率小10％～15％；在转速为0.5nemax时，则小2％～6％；转速再低时两者相差更小。汽车常在不稳定工况下工作，发动机所能提供的功率一般较稳定工况时下降5％～8％。在进行动力性估算时，一般常沿用稳定工况时发动机台架试验所得使用外特性的功率和转矩曲线。发动机转矩与汽车驱动力成正比，在其它条件不变时，发动机转矩增大，汽车驱动力增大（不超出附着条件时），动力性提高。•AutomobileElectrics2.1.2汽车的驱动力与行驶阻力第2章汽车的使用性能②传动系机械效率发动机发出的功率Pe经传动系传至驱动轮的过程中，为了克服传动系各部件的摩擦，必然消耗一部分功率。传动系机械效率表示传至驱动轮上的功率与发动机功率的比值，其表达式为：（2-2）式中：PT——传动系功率损失。传动系功率损失分为机械损失和液力损失两类。机械损失是指齿轮传动副、轴承、油封等处的摩擦损失。机械损失与啮合齿轮的对数、传递的转矩等因素有关。液力损失是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质。温度、箱体内的油面高度以及齿轮等旋转零件的转速有关。传动效率是在专门的试验台上测得的。传动效率受多种因素的影响而有所变化，但对汽车进行动力性分析时，常把传动效率看着一个常数。传动效率也与汽车驱动力成正比，传动效率提高，汽车的驱动力随之提高。eTeTeTPPPPP1•AutomobileElectrics2.1.2汽车的驱动力与行驶阻力第2章汽车的使用性能③轮胎的半径充气轮胎在不同的情况下具有不同的半径。自由半径是按规定气压充好气后，无载荷状态时的轮胎半径。静力半径是轮胎充好气在静止状态下受车重作用时，轮心到地面的距离。动力半径是轮胎在负荷行驶中，当倾角为00时，轮心到地面的距离。滚动半径是车轮在地面上滚动时的运动半径，可根据车轮滚过的圈数和汽车驶过的距离计算。对汽车作动力学分析时，应用动力半径；作运动学分析时，应用滚动半径。在一般分析中常不计它们的差别，统称车轮半径。车轮半径与汽车驱动力成反比，减小车轮半径可增大汽车驱动力。•AutomobileElectrics2.1.2汽车的驱动力与行驶阻力第2章汽车的使用性能（3）汽车的驱动力图由于发动机的转矩随其转速变化，所以汽车的驱动力将随汽车的行驶速度而变化。表示汽车驱动力与车速之间函数关系的曲线，即Ft－V曲线，称为汽车的驱动力图。对应于不同的档位，有不同的驱动力曲线。由于汽车行驶速度与变速器档位及发动机转速之间存在如下关系：，km/h（2-3）所以在发动机使用外特性曲线、传动系统传动比、传动系统效率、车轮半径等参数已知或确定后，可作出汽车的驱动力图。如图所示。以上所作的驱动力为该档位在该速度下的最大驱动力，当节气门开度减小时，相对应的驱动力也减小，故曲线下方的区域都可成为汽车的实际工作区。okokiirniirnV377.010003600602•AutomobileElectrics2.1.2汽车的驱动力与行驶阻力第2章汽车的使用性能2.汽车的行驶阻力汽车行驶时，必须克服以下阻力：滚动阻力Ff、空气阻力Fw、上坡阻力Fi和加速阻力Fj。其中滚动阻力Ff、空气阻力Fw在任何行驶条件（状况）下总是存在的。（1）滚动阻力滚动阻力是当车轮在路面上滚动时，由于两者间的相互作用力和相应变形所引起的能量损失的总称。如图所示为轮胎在硬路面上受径向载荷时的变形过程及对应的曲线。滚动阻力可用下式表示：，N（2-4）式中：G——汽车重力，N；f——滚动阻力系数。滚动阻力系数由试验确定。其数值与路面种类、行驶速度、轮胎结构、材料、气压等有关。其中行驶速度影响较大，高速时f迅速上升。GfFf•AutomobileElectrics2.1.2汽车的驱动力与行驶阻力第2章汽车的使用性能（2）空气阻力汽车行驶时，汽车与空气间形成相对运动，空气作用在汽车上沿其行驶方向上的分力，称为空气阻力。①空气阻力的组成空气阻力由两大部分组成：一是作用在汽车外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；二是具有粘度的空气对汽车表面的摩擦作用产生的阻力，称为摩擦阻力。压力阻力又分为四部分：形状阻力、干扰阻力、内循环阻力和诱导阻力。形状阻力取决于车身主体的形状，占压力阻力的大部分；干扰阻力是车身表面突出物如后视镜、门把、引水槽、悬架导向杆、驱动轮等引起的阻力；内循环阻力是发动机冷却系统、车身内通风等所需空气流经车体内部时构成的阻力；诱导阻力是汽车上、下部压力差在水平方向的分力。对于一般轿车，形状阻力占58％，干扰阻力占14％，内循环阻力占12％，诱导阻力占7％，摩擦阻力占9％。②空气阻力的计算空气阻力的数值由下式确定：，N（2-5）式中：CD——空气阻力系数；A——迎风面积，m2；V——汽车与空气的相对速度，km/h。15.212AVCFDw•AutomobileElectrics2.1.2汽车的驱动力与行驶阻力第2章汽车的使用性能（3）上坡阻力汽车上坡行驶时，重力沿坡道的分力称为上坡阻力。如图2.3所示。图2.4汽车的上坡阻力汽车上坡阻力的计算式为,N（2-6）式中：G——作用于汽车上的重力，N；α——道路坡度角。i——坡度。由于我国交通部标准规定，Ⅳ级公路的坡度i≤9％，所以用ｉ取代sinα的误差不超过0.5％。GiGGFitansin•AutomobileElectrics2.1.2汽车的驱动力与行驶阻力第2章汽车的使用性能（4）加速阻力汽车加速行驶时，需要克服其质量加速运动时产生的惯性力，称为加速阻力。汽车的质量分为平移质量和旋转质量两部分。加速时，不仅要克服平移质量产生的惯性力，同时还要克服旋转质量产生的惯性力矩。为计算方便，一般将加速时旋转质量惯性力矩转化为平移质量惯性力，并以作为换算系数。加速阻力的计算式为：，N（2-7）式中：δ——汽车旋转质量换算系数；G——汽车重力，N；g——重力加速度，m/s2；dv/dt——汽车行驶加速度，m/s2。dtdvgGFj•AutomobileElectrics2.1.3汽车的驱动与附着条件第2章汽车的使用性能1.驱动条件由汽车行驶方程式知，驱动力必须大于滚动阻力、空气阻力和坡道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，正在行驶中的汽车将减速直至停车。所以汽车行驶的第一个条件为：（2-9）上式称为汽车行驶的驱动条件。但不是汽车行驶的充分条件。驱动力只有在驱动轮与路面不发生滑转时才能实现。即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。iwftFFFF•AutomobileElectrics2.1.3汽车的驱动与附着条件第2章汽车的使用性能2.附着条件（1）附着力地面对轮胎切向反作用力（不考虑侧向力作用时）的极限值称为附着力Fφ。硬路面上附着力取决于轮胎与地面间的相互摩擦。软路面上取决于土壤的抗剪切强度和轮胎与地面的摩擦，主要取决于土壤的抗剪切强度。附着力常写成：式中：Fz——作用于所有驱动轮上的地面法向反作用力，N；φ——附着系数。（2）附着系数附着系数表示轮胎与路面的接触强度，在硬路面上其值大小取决于轮胎与路面的摩擦作用；在软路面上其值大小不仅取决于轮胎与土壤间的摩擦作用，同时还取决于土壤的抗剪切强度。zFF•AutomobileElectrics2.1.3汽车的驱动与附着条件第2章汽车的使用性能附着系数主要受路面的种类和状况、轮胎的结构和气压，还有其他一些使用因素的影响。①路面的影响松软土壤的抗剪强度较低，其附着系数较小。潮湿、泥泞的土路、土壤表层因吸水量多抗剪强度更差，附着系数下降很多，是汽车越野行驶困难的原因之一。坚硬路面的附着系数较大，因为在硬路面上，轮胎的变形远较路面的变形为大，路面的坚硬微小凸起部分嵌入轮胎的接触表面，使接触强度增大。路面被污物（细沙、尘土、油污、泥）覆盖时，路面的凹凸不平被填充，或路面潮湿时有水起润滑作用，都使φ下降20％～60％，甚至更多。②轮胎的影响轮胎花纹对φ值的影响也较大。具有细而浅花纹的轮胎，在硬路面上有较好的附着能力；具有宽而深花纹的轮胎，在软路面上使附着能力有所提高。增加胎面的纵向条纹，在干燥的硬路面上，由于接触面积减小小值有所下降；但在潮湿的路面上有利于挤出接触面中的水分，改善附着能力。宽断面和子午线轮胎由于与地面的接触面积增大，φ值较高。合成橡胶制成的轮胎也较天然橡胶的轮胎具有较高的φ值。轮胎的磨损也会影响附着能力，随着胎面花纹深度减小，φ值将显著下降。降低轮胎气压，可使硬路面上φ值略有增加，所以采用低压胎可获得较好的附着性能。在松软路面上，降低轮胎气压，则轮胎与土壤的接触面积增加，胎面凸起部分嵌人土壤的数目也增多，因而附着系数显著提高。如果同时增加车轮轮辋的宽度，则效果更好。对于潮湿的路面，适当提高轮胎气压，使轮胎与路面的接触面积减小，有助于挤出接触面间的水分，使轮胎得以与路面较坚实的部分接触，因而可提高附着系数。•AutomobileElectrics2.1.3汽车的驱动与附着条件汽车行驶速度提高时，多数情况下附着系数是降低的。这一点对于汽车的高速制动尤为不利。在硬路面上提高行驶速度时，由于