第3讲 汽车行驶特性2-1 哈尔滨工业大学

第二章汽车行驶特性1．学习目的：汽车行驶理论是公路线形设计的理论基础。掌握汽车运动基本规律及对公路的要求，指导公路设计。2．研究内容：研究汽车的驱动力和行驶阻力；分析汽车运动的基本规律；研究汽车主要动力性能分析影响汽车主要使用性能的因素。3．汽车的行驶性能：（1）动力性能：良好路面＋直线行驶平均速度指汽车加速、爬坡和最大速度的性能决定道路的：最大纵坡、坡长限制和坡度组合（2）制动性短距离停车并维持行驶方向和长下坡维持车速的能力决定道路的行车视距（3）行驶稳定性外界因素作用下汽车保持正常行驶的能力，即不产生侧滑、倾覆现象决定极限最小半径、组合坡度和纵坡的设置纵坡限制百公里加速时间（4）操控稳定性按驾驶员的意图控制车辆－转向特性、高速稳定性和操纵轻便性决定缓和曲线的指标（5）燃油经济性最小的燃油消耗完成单位运输工作的能力决定道路纵坡的控制（6）行驶的平顺性在不平道路上行驶，免受冲击、震动的能力－影响乘坐舒适性决定凸曲线的间距、路面的平整度（7）通过性能在各种道路和无道路地带的行驶能力决定车道宽度汽车设计与道路设计共同影响•加速最快的汽车：Dauer962LeMans产地：德国出厂日期：1994年0-100km/h耗时2.6秒跑的最快的汽车：最高荣誉在1987年被奥斯莫比尔部夺得，他们研制的“航天技术1号”未来车在德克萨斯汽车测试场上创下了当今447公里/每小时的世界最高纪录，享有“世界第一快车”的美称。4．汽车行驶对道路的基本要求：•安全：保证行驶稳定性，避免发生翻车、倒溜、侧滑等；•迅速：行驶速度——平均技术速度。•经济：运输成本：低•运输生产率：高•评价汽车运输工作效率的指标有：•汽车运输生产率——周转率•运输成本——油料及轮胎消耗，保养周期•舒适：视觉上：线形美观，自然环境与景观设计•生理上：平稳、不颠簸，离心力小•心理上：轻松，有安全感，心情愉快。第一节汽车的驱动力及行驶阻力一、汽车的驱动力汽车的动力来源：汽车行驶的驱动力来自它的内燃发动机。汽油燃烧－热能－机械能P－曲轴扭矩M－驱动轮Mk－驱动车轮•汽车传动系统：功率N与产生的扭矩M的关系：1．发动机功率N\曲轴扭矩M及发动机转速n的关系)m(n9549NNM)k95491000260WnMrnrMN（TrMN－有效功率N-n曲线（功率曲线）、M-n曲线（扭矩曲线）发动机转速特性曲线：东风EQ-140发动机外特性曲线厂家给出式中：Nmax——发动机的最大功率(kW)；nN——发动机的最大功率所对应的转速（r／min）发动机转速特性经验公式：（已知Nmax和nN）)()()(33221maxkwnnnnnnNNNNN功率)()()(22maxmaxmNnnnnMMMMMMNN扭距式中：Mmax——最大扭矩（N·m）；MN——最大功率所对应的扭矩，nN——最大功率所对应的转速（r/min）；nM——最大扭矩所对应的转速(r／min)；（已知Mmax和nM）•发动机曲轴上的扭矩M经过变速箱（速比ik）和主传动器（速比i0）两次变速•总变速比为：γ=i0·ik；•传动效率为：ηT1.0；•传到驱动轮上的扭矩Mk为：•Mk=MγηT•驱动轮上的转速nk为：2．驱动轮扭矩Mkniinnk0k6020.377(/)1000nnrVrkmh车速V与发动机转速关系：变速的目的：增加扭矩3．汽车的驱动力)N(VN3600MVn377.0rMrMTTTTk大驱动力与高速不可兼得)kW(9549nMN•1．空气阻力•迎面空气质点的压力＋车后的真空吸力＋空气质点与车身摩擦力＝空气阻力。二、汽车的行驶阻力2wvKA21R式中：K——空气阻力系数，它与汽车的流线型有关；ρ——空气密度，一般ρ=1.2258（N·s2／m4）；A——汽车迎风面积（或称正投影面积）（m2）；v——汽车与空气的相对速度（m／s），可近似地取汽车的行驶速度。•将车速v（m／s）化为V（km／h）并化简，得(N)15.21KAVR2w对汽车列车的空气阻力，一般可按每节挂车的空气阻力为其牵引车的20%折算。V=100km/h时，一半的功率用来克服空气阻力2．道路阻力道路阻力：由弹性轮胎变形和道路的不同路面类型及纵坡度而产生的阻力，主要包括滚动阻力和坡度阻力。（1）滚动阻力产生功率消耗原因：①轮胎变形时，材料内部摩擦；②柔性路面变形，产生摩擦；③路面不平整造成震动和撞击。滚动阻力与汽车的总重力成正比，若坡道倾角为α时，其值可用下式计算。Rf＝Gfcosαα一般较小，认为cosα≈1，则Rf=Gf（N）式中：Rf——滚动阻力（N）；G——车辆总重力（N）；f——滚动阻力系数，与路面类型、轮胎结构和行驶速度等有关，如水泥沥青路面f＝0.01－0.02，土路f＝0.07－0.15。•汽车在倾角为α的道路上行驶：车重G产生水平分力Gsinα，上坡时阻碍汽车行驶；下坡时助推汽车行驶。计算式：•Ri=Gsinα••因α较小，认为sinα≈tgα＝i，则•Ri=Gi（N）•式中：Ri——坡度阻力（N）；•G——车辆总重力（N）；•i——道路纵坡度，上坡为正；下坡为负。（2）坡度阻力•RR=G（f+i）滚动阻力和坡度阻力均与道路状况有关，且都与汽车的总重力成正比，将它们统称为道路阻力，以RR表示式中：f+i——统称道路阻力系数。•汽车的质量：平移质量•旋转质量•克服质量变速运动时产生的惯性力和惯性力矩称为惯性阻力，用RI表示。•3．惯性阻力平移质量的惯性力旋转质量的惯性力矩agGmaR1IdtdIR2I惯性阻力计算：)N(agGRI式中：δ——惯性力系数（或旋转质量换算系数）。δ＝l＋δ1＋δ2ik2式中：δ1——表示汽车车轮惯性力的影响系数，δ1=0.03～0.05；δ2——表示发动机飞轮惯性力的影响系数，小客车δ2=0.05～0.07，载重汽车δ2=0.04～0.05；ik——变速箱的速比。汽车的总行驶阻力R为：R=Rw十RR十RI•1．汽车的运动方程式•驱动力＝各阻力之和，称为驱动平衡。其驱动平衡方程式（也称汽车的运动方程式）为•T=R=Rw+RR+RI•代入表达式，汽车的运动方程式为：三、汽车的运动方程式与行驶条件agG)if(G15.21KAVrMU2TU－负荷率（节流阀部分开启），一般U＝80－90％2．汽车的行驶条件•汽车在道路上行驶:•驱动力＝行驶阻力时，汽车就等速行驶；•驱动力行驶阻力时，汽车就加速行驶；•驱动力行驶阻力时，汽车就减速行驶，直至停车。•汽车行驶的必要条件（即驱动条件）：•T≥R•驱动力小于或等于轮胎与路面之间的附着力，即•T≤Gk•式中：——附着系数，•取决于:路面的粗糙和潮湿泥泞程度，•轧胎的花纹和气压，•车速和荷载等；•Gk——驱动轮荷载，小汽车=(0.5～0.65)G;载重车=(0.65～0.80)G.汽车行驶的充分条件：路面类型路面状况干燥潮湿泥泞冰滑水泥混凝土路面0.70.5沥青混凝土路面0.60.4第二节汽车的动力特性及加、减速行程•动力特性：能反映汽车动力性能的指标。•汽车的动力性能：加速、上坡、最大速度等的性能。•一、汽车的动力因数•汽车的运动方程式：T=Rw+RR+RI•改变形式：T-Rw=RR+RI••代入表达式，agG)if(GRTW汽车的后备驱动力与汽车的构造和行驶速度有关道路阻力与惯性阻力和，与道路状况和行驶方式有关•令上式左端为D，即为不同车进行比较，将上式两端分别除以车辆总重G，得：ag)if(GRTWGRTDWD称为动力因数，它表征某型汽车在海平面高程上，满载情况下，每单位车重克服道路阻力和惯性阻力的性能。G15.21KAVGrUMGRGTD2TW22maxmax2()0.37721.15NTMNMMMUVKAVDMnrGnnrG把M代入得：整理：D是速度V的二次函数2DPVQVW•当道路：不在海平面上，•汽车也不是满载，•气压降低，功率、驱动力及空气阻力都降低，•所以，对D进行修正：海拔荷载修正系数λ:agifD)(Λ－海拔荷载修正系数，其值为'GG•式中：ξ——海拔系数，ξ=（1～2.26×10-5H）5.3，或查图•其中，H为海拔高度（m）；•G——满载时汽车的总重力（N）；•G’——实际装载时汽车的总重力（N）。•汽车的行驶状态有以下三种情况：•当ψ＜D时：加速行驶二、汽车的行驶状态ag)if(D)D(ga由得当ψ=D时:a＝0等速行驶当ψD时：减速行驶0)(Dga0)D(gaλifψ式中：ψ－道路阻力系数，•平衡速度：任意的D＝ψ相应等速行驶的速度，用VP表示。汽车的行驶状态a＝020DPVQVW－－＝D1＝ψ1VV1时，V↑→V1VV1时，V↓→V1匀速状态临界速度：每一排档最大动力因数Dmax对应的速度，用Vk表示。稳定行驶区不稳定行驶区Ψ变化Vk－稳定行驶的最低速度，汽车的运行速度Vk汽车的最高、最小速度•汽车的最高速度：•是指节流阀全开、满载（不带挂车）、在表面平整坚实水平路段上作稳定行驶时的速度。•某一排档的最高速度Vmax：maxmax377.01000602nrnrV汽车的最小稳定速度：是指满载（不带挂车）在路面平整坚实的水平路段上，稳定行驶时的最低速度（即临界速度Vk）。二者差值越大，表示汽车对道路阻力的适应性越强。kd/d0,(/)2QDVVkmhP•最大爬坡度：坚硬路面＋最低档＋等速行驶时，克服的最大坡度。•cosα＜1，sinα≠tgα＝i，•λDImax=fcosα+sinα•解此方程，得最大坡角：三、汽车的爬坡能力222Im2ImIm11cosarcsinffDfDaxaxaxag)if(D汽车的爬坡能力：良好路面＋等速行驶时所能爬上的纵坡度。，a=0，则i=λD-f•1．计算加、减速行程•由ds=vdt，a=dv/dt，得四、汽车的加、减速行程设初速V1，终速V2，则)0(vdva1dsa2121VVVVVdVa112.961vdva1S•东风EQ-140加、减速行程图2.加、减速行程图1if2if0if0•加、减速行程图用法1.求加减速行程2.求初、终速度