第三章汽车的主要性能

第三章汽车的主要性能•第一节汽车动力性•定义：汽车在良好水平路面上直线行驶时所能达到的平均行驶速度。•一、汽车动力性的评价指标•一、汽车的最高车速•二、汽车的加速能力•三、汽车的爬坡能力（一）汽车的最高车速vmax最高车速是指在良好的水平路面（混凝土或沥青）上汽车能达到的最高行驶车速。轿车：vmax=130～200km/h；客车：vmax=90～130km/h；货车：vmax=80～110km/h。在使用中，将加速踏板踩到底，变速器挂入最高档位。（二）汽车的加速能力加速能力可用汽车以最大加速强度加速行驶时的加速度、加速时间或加速行程来表示。在实际中评价汽车的加速能力最常用的指标是加速时间。分类：•Ⅰ.原地起步加速时间：由低档（I或II档）起步，以最大的加速强度（包括选择恰当的换档时机）逐步换至最高档位后达到某一预定距离或车速所需的时间。一般用0→400m或0→100km/h的时间表示原地起步加速能力。Ⅱ.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到某一高速所需的时间。有时也采用加速过程曲线表示加速能力。2.加速时间t飞度1.5L12.0s红旗CA746010.5s捍马H210.0s宝马523Li9.6s奥迪A87.0s宝马7506.6s奔驰S6006.5s宝来1.8M（手动挡）/A（自动挡）11.1s/12.7s宝来1.8TM（手动挡）/A（自动挡）9.0s/10.5s手动挡汽车的加速时间更短法拉利575MMaranello4.2s宝时捷9113.9s兰博基尼Gallardo4.2s第一节汽车的动力性指标（1）原地起步加速时间1）0～100km/h的加速时间2）静止到400m或静止到1km的冲刺时间60～100km/h（4挡/5挡）10.8s/13.7s80～120km/h（4挡/5挡）10.6s/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A61.8T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（2）超车加速时间宝马520i低挡的超车加速能力更强。（三)汽车的爬坡能力汽车的爬坡能力：用满载时汽车在良好路面上的最大爬坡度（Ⅰ档的最大爬坡度）表示。不同的车辆对爬坡能力的要求：•轿车:最高车速大，加速时间短，经常在较好的道路上行驶，一般不强调它的爬坡能力。•货车:在各种道路上行驶，要求它具备足够的爬坡能力。一般30％即16.7º；•越野车：在坏路或无路条件下行驶。60％或31º。为了维持道路上各种车辆能畅通行驶，要求各种车辆在常见的坡道上行驶速度相差不能太悬殊，所以，也可用汽车在常遇的坡道上必须达到的车速来表明汽车的爬坡能力。maxmaxtani二、汽车的驱动力和行驶阻力•确定汽车的动力性，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。据这些力的平衡关系，建立汽车行驶方程式，可估算最高车速、加速能力和上坡能力。•汽车行驶时，其驱动力一定要克服行驶阻力，其方程式为：•Ft=ΣF•式中：Ft—驱动力（N）;•ΣF--行驶阻力之和（N）（一）汽车的驱动力•1、驱动力的产生汽车发动机的转矩经传动系传至驱动轮，驱动轮便产生一个作用于路面的圆周力F0,路面则对驱动轮产生一个反作用力Ft(F0与Ft大小相等，方向相反•)即是驱动汽车的外力，称为汽车的驱动力•（如图3-1），其数值为•Ft=F0=Mt/r•式中：Mt—发动机的有效转矩（N.m）•r—车轮半径（m）•作用于驱动轮上的转矩Mt是由发动机产生并经传动系传至驱动轮上的，由传动过程可知TgetiiMM0式中：Me—发动机的有效转矩（N.m）•ig—变速器传动比•i0—主减速器传动比•ηt—传动系的机械效率•将（3-2）代人（3-1）得•Ft=Meigi0ηt/r•由上式可知，汽车的驱动力与发动机的转矩、传动系各挡的传动比及传动系机械效率成正比，与车轮半径成反比。因为•Me=9550Peigi0ηt/n•式中Pe是发动机在转速为n时的功率（kw）。故•Ft=9550Peigi0ηt/nr2、传动系的机械效率•发动机输出的功率Pe经传动系传至驱动轮的过程中，部分功率用于克服传动系各部件中的摩擦，因而消耗了一部分功率。驱动轮得到的功率仅为（Pe-Pt）,Pt表示传动系中损失的功率。那么传动系的机械效率为传动系的功率损失包括变速器、传动轴万向节、主减速器等部件产生的功率损失。其中变速器和主减速器产生的功率损失所占的比例最大。传动系功率损失的分类：机械损失功率：与啮合齿轮对数、传递的扭矩有关。液力损失功率：搅动和磨擦。它与润滑油品质、温度、油面高度、转速等有关。虽然ηT受到多种因素影响，但对汽车进行初步的动力分析时常把它取为常数。一般轿车取0.9∽0.92，单级主传动货车0.9，双级主传动取0.85,4x4汽车取0.85,6x6汽车取0.8.eTeTeTPPPPP1（二）汽车的行驶阻力•汽车在水平道路上匀速行驶时必须克服来自地面的滚动阻力Ff和来自空气的空气阻力Fw。当在坡道上上坡行驶时，还必须克服•重力沿坡道的分力Fi，称为上上坡阻力。汽车加速行驶时还需要克服其惯性力Fj，称加速阻力。因此，汽车行驶的总阻力为•∑F=Ff+Fw+Fi+Fj•1、滚动阻力Ff车轮在滚动时，由于车轮与地面的变形以及•两者之间的相互作用所产生的能量损失称为滚动阻力。滚动阻力产生的原因有：•（1）道路塑性变形损失车辆滚动时会推移土壤，轮胎与路面之间产生摩擦，土壤受挤压产生塑性变形等都要消耗一定的能量。•（2）轮胎弹性迟滞损失汽车行驶时，轮胎在径向、切向及侧向都会产生变形，并处于变形、恢复的循环中，其中有一部分能量要消耗在轮胎组织的内摩擦上，称为1）滚动阻力a.变形阻力b.摩擦力a.变形阻力轮胎在滚动时，有两种变形：径向变形周向变形轮胎滚动时的滞后损失。弹性轮胎在硬路面上的滚动实质，如下图弹性迟滞损失，使轮胎发热，并向大气散热。•（3）其他损失汽车行驶时，还包括从动轮轴承、油封处的损失，悬架零件之间的摩擦和减震器内的损失等。•滚动阻力的大小一般用公式计算•Ff=Gf•式中：G--汽车重力（N）•f--滚动阻力系数•滚动阻力系数f表示单位车重的滚动阻力。汽车在不同路面或不同的运行条件下行驶时滚动阻力系数是不一样的。由实验定。影响因素有：•(1)路面的类型、平整度、坚硬程度和干燥状况•表3-1是车速在50Km/h以下时，不同路面上•的滚动阻力系数f的数值。•（2）轮胎的结构保证轮胎有足够的强度和寿命的前提下，减少帘布层数，可使胎体减薄而减小滚动阻力系数；子午线轮胎比普通轮胎的滚动阻力小，而且车速的变化对它影响较小；胎面花纹磨损的轮胎，比新轮胎的滚动阻力系数小。•（3）轮胎的气压气压低时，在硬路面上轮胎变形大，滚动阻力系数增大；气压高，在软路面上行驶时，路面产生很大的塑型变形，并留下轮辙，也使滚动阻力系数增大；滚动阻力系数•影响因素：与路面的种类、车速以及轮胎的结构、材料、胎压等有关。同一轮胎在不同的路面上的滚动阻力系数见表3-1。（4）行车速度车速50Km/h以下时，•滚动阻力系数变化不大。在100Km/h以上时增长较快。车速达某一高速，如150∽200Km/h左右时，滚动阻力系数迅速增长，因为这时轮胎会出现驻波现象，即轮胎周缘不再是圆形而呈明显的波浪形状。这时车辆的滚动阻力会显著增加。•此外，前轮定为失准及车轮受到侧向力作用时，地面会对轮胎产生侧向反作用力，引起轮胎的侧向变形，例如在转弯行驶时，滚动阻力系数将大幅度增加。驻波现象（图像）第二节汽车的驱动力与行驶阻力2、空气阻力•1.定义:汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力。•2.分类:摩擦阻力和压力阻力。•3.空气阻力的计算：•CD可通过道路试验、风洞试验等方法测得。•A指汽车在其纵轴的垂直平面上的投影面积；也常用轮距与汽车高度乘积表示。•汽车的CD和A的数值如表7-2所示。221.15DrwCAvF（1）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。•摩擦阻力与车身表面粗糙度及表面积有关，约占空气阻力的8∽10%。•(2)压力阻力是作用在汽车外形表面上的法向压力的合力在行驶方向上的分力。它主要包括：•形状阻力：与汽车的主体形状有很大关系。占58％。•干扰阻力：车身表面突起部位引起的阻力如后视镜、门把手、导水槽、驱动轴、悬架导向杆等）。占14％。内循环阻力：发动机冷却系统、车身通风等需要的空气流经车体内部时形成的阻力。占12％诱导阻力：空气升力在行驶方向的分力。占7％。F=CDAva2/21.15式中：CD—空气阻力系数，是单位动压在每平方米迎风面积上产生的空气阻力。A—汽车的迎风面积va—汽车与空气的相对速度（km/h）3、坡度阻力•1.定义：当汽车上坡行驶时，汽车重力沿坡道方向的分力。•2.计算式：•Fi=Gsinα•3.道路坡度：•一般道路坡角较小，sinα≈tanα=i，所以坡度阻力为Fi=Gitanshi坡度阻力•4.道路阻力Fψ：由于坡度阻力与滚动阻力都是与道路有关的阻力，且都与汽车重力成正比，所以把两种阻力合在一起称为道路阻力。•Fψ=Ff+Fi=fGcosa+Gsina•当坡角a较小时，cosa≈1，sina≈i，那么：•Fψ=Gf+Gi=G（f+i）•令ψ=f+i，ψ称为道路阻力系数。•则Fψ=Gψ4、加速阻力•1.定义: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Fj。•汽车的质量包括平移质量和旋转质量两部分，加速时平移质量产生惯性力，旋转质量产生惯性力偶距。•2.计算式：•式中：δ---汽车旋转质量换算系数。jGdvFgdt三、汽车行驶的驱动条件和附着条件：•（一）、汽车行驶的驱动条件：•汽车行驶过程中，受到各种行驶阻力的作用。为保证汽车的正常行驶，必须有一定•的驱动轮，以克服各种行驶阻力。表示汽车驱动力与行驶阻力间的等式，称为•汽车行驶的驱动力平衡方程，即•Ft=Ff+Fw+Fi+Fj上式说明了汽车行驶中驱动力与个行驶阻力•的平衡关系，其平衡关系不同，则汽车的运动状态不同。•若Fj=Ft-（Ff+Fw+Fi+Fj）＞0，即•Ft＞Ff+Fw+Fi+Fj时，汽车将加速行驶•若Fj=Ft-（Ff+Fw+Fi+Fj）=0，即•Ft=Ff+Fw+Fi+Fj时，汽车将等速行驶•若，Fj=Ft-（Ff+Fw+Fi+Fj）0，即•FtFf+Fw+Fi+Fj时，汽车将无法起步或减速行驶直至停车。可见，汽车行驶的必要条件是：•Ft≥Ff+Fw+Fi+Fj•（二）、汽车行驶的附着条件：•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。•地面对轮胎的切向反作用力的极限值称为附着力Fφ，在硬路面上附着力Fφ取决于轮胎与路面间的相互摩擦，它与驱动轮法向作用力Fz成正比，常写成•Fφ=Fzφ式中：φ称为附着系数，它表示轮胎与路面•的接触强度，反映了轮胎与路面的摩擦作用。附着系数φ与光滑表面间的摩擦系数不同，当轮胎与路面接触时，路面的坚硬微小凸起能嵌入变形的轮胎中，增加了轮胎与路面的接触强度，对轮胎在接地面积内的相对滑动有较大的阻碍作用，轮胎与地面间的上述作用，通常被称为附着作用。•在松软路面上，如车轮在比较松软的干路面上滚动时，土壤的变形比轮胎的变形大，轮胎胎面花纹的凸起部分嵌入土壤，这时附着系数φ，不仅轮胎与路面的摩擦作用，同时还取决于•土壤的抗剪切强度。因为只有当嵌入轮胎花纹沟槽的土壤被剪切脱开基层时，轮胎在接地面积内才产生相对滑动，车轮发生相对滑转。当切向反作用力达到此极限值时，驱动轮将产生滑转。Ft≤Fφ上式称为汽车的附着条件故驱动轮的附着条件还可以写为Ft≤Fzφ•如将驱动条件与附着条件联系在一起，则•Ft+Fw+Fi≤Ft≤Fzφ在硬路面上，附着力与驱动轮法向反作用力Fz2（或垂直载荷W2）成正比，即：•Fφ=Fz2φ•四、影响汽车动力性的主要因素•影响汽车动力性的因素主要有：发动机参数、传动系参数、汽