10汽车动力性-10汽车动力性

汽车理论主讲：刘祚时湖南大学方其让教授的课件学分：3学时：理论教学44学时实验8学时教材：《汽车理论》第3版清华大学余志生主编机械工业出版社2003.1考核方式：笔试成绩80%试验及考勤20%本课程研究目的《汽车理论》是车辆工程专业必修的主干课程之一，是《汽车设计》、《汽车实验学》、《汽车系统动力学》等课程的前修课程。主要分析汽车的各种使用性能及影响因素，为汽车设计、试验、使用、维修提供必备的理论依据。本课程研究内容汽车理论汽车动力性汽车动力装置参数的确定汽车制动性汽车操纵稳定性汽车道路试验汽车通过性汽车行驶平顺性汽车燃油经济性理论教学实验教学第一章汽车动力性基本概念：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—附着条件重点内容：驱动力-行驶阻力平衡图分析汽车动力性的方法动力特性图（图解法）功率平衡图汽车的动力性系指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。§1-1汽车的动力性指标1、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三方面的指标来评定，即：（1）汽车的最高车速uamax,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imax,单位为（°）或（%）。2、最高车速是指汽车在良好的水平路面上能达到的最大行驶速度。加速时间分为原地起步加速时间和超车加速时间。①原地起步加速时间指汽车由第I档或第II档起步，并以最大的加速强度（包括选择恰当的换档时机）逐步换至最高档后到某一预定的距离或车速所需的时间。②超车加速时间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。3、汽车的上坡能力是用满载时汽车在良好路面上的最大爬坡度imax表示的。一般imax在30%即16.5。左右。§1-2汽车的驱动力与行驶阻力一、确定汽车的动力性，就是确定汽车沿行驶方向的运动状况。为此需要掌握沿汽车行驶方向作用于汽车的各种外力，即驱动力与行驶阻力。根据这些力的平衡关系，建立汽车行驶方程式，就可以估算汽车的最高车速、加速度和最大爬坡度。汽车的行驶方程式为Ft=∑F=Ff+Fi+Fw+FjFt——驱动力；∑F——行驶阻力之和。二、汽车的驱动力（图1-2）汽车的驱动力，单位为N，Tt——作用于驱动轮上的转矩,单位为Nm;r——车轮半径，单位为m。若令Ttq表示发动机转矩，ig表示变速器的传动化，i。表示主减速器的传动比，ηT表示传动系的机械效率，则有Tt=TtqigioηT驱动力（单位为N）为ttTFrtqgoTtTiiFr（一）发动机的转速特性如将发动机的功率Pe、转矩Ttq以及燃油消耗率b与发动机曲轴转速之间的函数关系以曲线表示，则此曲线称为发动机转速特性曲线或简称发动机特性曲线。如果发动机节流阀全开（或高压油泵在最大供油量位置），则此特性曲线称为发动机外特性曲线；如果节流阀部分开启（或部分供油），则称为发动机部分负荷特性曲线。如转矩的单位以N·m表示，功率的单位以kW表示，转速以r/min表示，则功率与转矩有如下关系9549tqeTnP（二）传动系的机械效率如以PT表示传动系中损失的功率，则传动系的机械效率为（三）车轮的半径车轮处于无载时的半径称为自由半径。汽车静止时，车轮中心至轮胎与道路接触面间的距离称为静力半径rs。由于径向载荷的作用，轮胎发生显著变形，所以静力半径小于自由半径。车轮的滚动半径rr，其单位为m：式中n-----车轮转动的圈数;s-----在转动n圈时车轮滚动的距离2rsrn（四）汽车的驱动力图滚动阻力——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；因此汽车行驶的总阻力为：∑F=Ff+Fw+Fi+Fj三、汽车的行驶阻力（一）滚动阻力1.滚动阻力偶矩Tf=Fza欲使从动轮在硬路面上等速滚动，必须在车轮中心加一推力Fp1，若令，常将Fp1值写作Fp1=Wf或f称为滚动阻力系数。可见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，则Ff=Wf2、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。afr1pFfW（二）空气阻力1、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。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。空气阻力:,若汽车车速用km/h表示，A用m²表示，且将空气密度ρ=1.2258N·s²·m-4代入，则，降低CD值是降低空气阻力的主要手段。15.21F2aDWAuC（三）坡度阻力爬坡演示当汽车上坡行驶时，参看图1-19，汽车重力沿坡道的分力表现为汽车坡度阻力Fi，Fi=GsinαG——作用于汽车上的重力，单位为N，G=mg，m为汽车质量，g为重力加速度。一般路面上坡度较小，此时Fi=Gsinα≈Gtgα=Gi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Fψ表示，即Fψ=Ff+Fi=fGcosα+Gsinα，当α不大时，cosα≈1，sinα≈i，Fψ=Gf+Gi=G(f+i)，令f+i=ψ，ψ称为道路阻力系数Fψ=Gψ。(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。把旋转质量的惯性力偶矩转化为平移质量的惯性力，并以系数δ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:δ——汽车旋转质量换算系数，（δ1）；m——汽车质量，单位为kg；——行驶加速度。jduFmdt加速演示dtduδ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。根据公式推导（详见下文）若不知道准确的If、∑Iw值，也可按下述经验公式估算δ值：δ=1+δ1+δ2式中δ1≈δ2=0.03~0.05。根据上面逐项分析的汽车行驶阻力，可以得到汽车的行驶方程式为：Ft=Ff+Fw+Fi+Fj或dtdumGiuACGfriiTaDTgtq2015.21四、汽车行驶方程式§1-3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Ft≥Ff+Fw+Fi式（1-11）称为汽车的驱动条件，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。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，在硬路面上它与驱动轮法向反作用力Fz成正比，常写成Fxmax=F=FZ·称为附着系数Ft≤FZ·FZ——作用于所有驱动轮上的地面法向反作用力。把驱动条件和附着条件连起来写，则有Ff+Fw+Fi≤Ft≤FZφ·,这才是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。一、驱动力-行驶阻力平衡图前面曾得到汽车的行驶方程式为Ft=Ff+Fi+Fw+Fj或为了清晰而形象地表明汽车行驶时的受力情况及其平衡关系，一般是将汽车行驶方程式用图解法来进行分析的。就是说在图1-8的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，并以它来确定汽车的动力性。dtdumGiuACGfriiTaDTgtq2015.21超速演示§1-4汽车驱动力—行驶阻力平衡图与动力特性图汽车驱动力-行驶阻力平衡图用图解积分法时，将aj-ua。曲线转画成-ua曲线，曲线下两个速度区间的面积就是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（参看图1-27b）。二、动力特性图图1-27为汽车的动力因数并以符号D表示，则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D=ψ=f+I因此D曲线与f曲线间的距离就表示汽车的上坡能力。dtdugDGFFtua/(km·h-1)图1-30汽车动力特性图和利用动力特性来确定汽车的动力性（图1-30）§1-5汽车的功率平衡汽车行驶时，不仅驱动力和行驶阻力互相平衡，发动机功率和汽车行驶的阻力功率也总是平衡的。就是说，在汽车行驶的每一瞬间，发动机发出的功率始终等于机械传动损失功率与全部运动阻力所消耗的功率。将汽车行驶方程式两边乘以行驶车速ua，并经单位换算整理出汽车功率平衡方程式（式中功率单位为kw）如下汽车运动阻力所消耗的功率有滚动阻力功率Pf、空气阻力功率Pw、坡度阻力功率Pi及加速阻力功率Pj。若以纵坐标表示功率，横坐标表示车速，将发动机功率Pe、汽车经常遇到的阻力功率对车速的关系曲线绘在坐标图上，即得汽车功率平衡图，见图1-31（图1-31）wfTPP1dtdumuAuCGiuGfuPaaDaaTe3600761403600360013发动机在汽车行驶速度为ua时能发出的功率为（见图1-31）于是我们称为汽车的后备功率。acPeabbcacPPPwfTe1wfTePPP1思考与练习题：第一章1.1，1.2，1.3，1.4，1.6第一章结束!