汽车使用性能与检测第三章动力性

第三章汽车动力性能检测第一节汽车的动力性指标第二节汽车的驱动力第三节汽车的行驶阻力第四节汽车的驱动力平衡方程第五节汽车行驶的驱动与附着条件第六节汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图第七节汽车的功率平衡第八节装有液力变矩器的动力特性第九节影响汽车动力性的主要因素第十节发动机综合性能检测第十一节驱动车轮输出功率检测汽车动力性（VehicleTractivePerformance）定义:汽车的动力性是指汽车在良好路面上行驶时，由汽车收到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。汽车的动力性是汽车最基本的使用性能。汽车的动力性越好，汽车运行的平均速度就越高，汽车运行效率就越高。第一节汽车的动力性指标EvaluationCriteriaofVehiclePerformance最高车速umaxMaximumSpeed加速时间tAccelerationTime最大爬坡度imaxMaximumGradeability最高车速，是指汽车在平直的、良好道路（混凝土或柏油）上所能达到的平均最高行驶车速。加速时间评价方法Accelerationtime原地起步加速时间：由I或II档起步，以amax，并考虑换档时间，一般用0～400m或者0～100km/h的时间表示原地起步的加速时间。超车加速时间：以最高档或次高档，以amax加速至某一高速所用的时间。爬坡能力的评价以满载、良好路面上的imax来表示。－－商用车30％或16.5º；－－越野汽车60％或31º；－－军车45º轿车最高车速较大，且通常在良好的市区道路行驶，可爬坡度很大。有的国家要求汽车在常遇坡道上汽车必须保持的速度表明其加速能力。i＝h/100×100％＝tanα第二节汽车的驱动力（TractiveForce）汽车动力传递路线：发动机→离合器→变速器→副变速器→传动轴→主减速器→差速器→半轴→轮边减速器→车轮1离合器2变速器3万向传动4驱动桥autF0FrZFWtT汽车驱动力的影响因素发动机的速度特性传动系的机械效率车轮半径节气门全开或高压油泵供油齿杆处于最大供油量位置时，发动机发出的功率pe、转矩Ttq与发动机转速n之间的关系曲线，称为发动机的外特性。汽油发动机外特性曲线传动系机械效率ηTPe－－发动机所发出的功率Pt－－传动系中损失的功率主要损失部件★变速器和主减速器(含差速器)主要损失形式★液力损失和机械摩擦损失。液力损失,如搅动和磨擦。它与润滑油品种、温度、转速、油面高度等有关。典型的传动系效率值汽车传动系总成机械效率4～6档变速器T=0.966～8档变速器ηT=0.95传动轴ηT=0.98主减速器ηT=0.96(单级)ηT=0.92(双级)汽车传动系机械效率轿车ηT=0.90~0.92商用车ηT=0.82~0.85越野车ηT=0.80~0.85最高最低自由半径r静力半径rs滚动半径rr=rs=r=s/(2πn)S行驶距离，n转动圈数欧洲车轮委员会rr=F×d/(2π)其中:子午线轮胎F=3.05斜交轮胎F=2.99汽车的驱动力图定义：一般用驱动力与车速之间的函数关系曲线Ft-ua来全面表示汽车的驱动力，称为汽车的驱动力图。若已知外特性曲线、传动系速比、传动系机械效率就可求计算驱动力。如何求？第三节汽车的行驶阻力滚动阻力Ff空气阻力Fw坡度阻力Fi加速阻力Fj滚动阻力Ff定义：当车轮在路面上滚动时，由于两者间的相互作用和相应变形所引起的能量损失的总称。滚动阻力系数WFfp1车轮在一定条件下，滚动所需要推力Fp1与负荷W之比，即单位重力的推力：滚动阻力Ff滚动阻力等于滚动阻力系数与车轮载荷的乘积Ff=W·f只要知道滚动阻力系数和车轮载荷，就可以求出滚动阻力滚动阻力系数的影响因素车轮滚动的能量损失1、轮胎变形－－硬路面上2、路面变形－－软路面上3、轮胎与地面的摩擦－－一般较小滚动阻力系数是概括这三种损失的系数，它的影响因素有：1、轮胎结构、材料2、轮胎充气压力3、行驶车速4、径向载荷5、路面的类型、表面状态、力学性质空气阻力Fw定义：汽车直线行驶时受到的空气阻力在汽车行驶方向上的分力。分类：压力阻力和摩擦阻力摩擦阻力：空气粘性在车身表面产生的切向力在行驶方向上的分力压力阻力：作用在汽车外形表面上的法向压力在行驶方向上的分力压力阻力的组成形状阻力：主要与汽车的形状有关，约占58％。干扰阻力：汽车突出部件，如后视镜、门把手、导水槽、驱动轴、悬架导向杆等，约占14％。内循环阻力：发动机冷却系、车身通风等气流流过汽车内部，占12％。诱导阻力：空气升力在水平方向的分力，占7％。空气阻力的计算Fw—空气阻力（N）CD—空气阻力系数A—汽车迎风面积Ur—汽车与空气相对速度（km/h）15.212rDwAuCF影响Fw的因素：CD和A由于乘坐空间的制约A变化不大但CD变化较大，1950~70年CD=0.4~0.61990年CD=0.25~0.40概念车CD=0.2CD大小对轿车（高速）汽车的性能影响极大帕萨特(Passat)CD=0.28Click坡度阻力Fi定义：汽车上坡行驶时，汽车重力沿坡道的分力计算公式：Fi=Gsinα当坡度不大时(α10~15o)sinα=iFi=Gii=h/s加速阻力Fj定义：汽车加速行驶时，需要克服汽车质量加速运动时的惯性力，这就是加速阻力Fj计算公式：Fj—加速阻力（N）δ－汽车旋转质量转换系数（δ1）m－汽车质量（kg）du/dt－行驶加速度（m/s2）dtdumFj.第四节汽车的驱动力平衡方程jiwftFFFFFdtdummgiAuCmgfriiTaDTgtq15.2120说明汽车行驶中驱动力与各行驶阻力的的平衡关系反映了汽车结构参数与使用参数的内在联系第五节汽车行驶的驱动与附着条件汽车行驶的驱动条件：iwftFFFF－－等速行驶－－加速行驶－－无法开动或减速至停车)(iwftFFFFdtdumiwftFFFFiwftFFFF－－已知汽车行驶的驱动条件iwftFFFF为保证汽车的驱动条件，采用以下方法增加汽车的驱动力：1、增加发动机转矩2、增加传动比汽车行驶的附着条件上述增大驱动力的方法是有限度的，只有驱动轮与路面不发生滑转时才有效。如果驱动轮在路面滑转，增大驱动力只会使驱动轮加速旋转，地面切向反力并不增加。这表明，汽车行驶除受驱动条件限制外，还受轮胎与地面附着条件的限制。附着力（Adhesiveforce）定义：地面对轮胎切向反作用力的极限值称为附着力Fφ计算公式：汽车行驶的附着条件：ZFF附着系数，表示轮胎与路面的接触强度ZtFF地面对驱动轮的法向反作用力因为驱动轮滑转则车辆不能行驶在硬路面上，主要取决于路面的种类和状况，也与车速有关。路面混凝土（干）混凝土（湿）附着系数0.7~0.80.5~0.6路面碎石土路（干）土路（湿）附着系数0.6~0.70.5~0.60.2~0.4汽车的驱动与附着条件ztiwfFFFFFF驱动力不能超过附着力，只能小于或等于附着力，因此，为保证汽车正常行驶，轮胎与地面必须有良好的附着性能——附着力足够大，地面才能允许驱动轮有足够的力克服行驶时的阻力。即，附着力是一个限制界限。影响附着系数的因素路面的种类和状况松软土壤附着系数小坚硬路面附着系数大轮胎的结构和气压轮胎花纹轮胎的磨损轮胎的气压汽车行驶速度第六节汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图已知：汽车行驶驱动方程：行驶方程式反映了汽车行驶时，驱动力和外界阻力之间的普遍情况。当已知条件：便可分析汽车在附着条件良好路面上的行驶能力。即在油门全开时，汽车可能达到最高车速、加速能力和爬坡能力。驱动力与行驶阻力平衡图定义：为了清晰地描述汽车行驶时受力情况及其平衡关系，通常将平衡方程式用图解方式进行描述，即将驱动力Ft和常见行驶阻力Fw和Ff绘在同一张图上。1tF2tF3tF4tFwfFFfFmaxauau驱动力Fth/kmua，车速驱动力－行驶阻力平衡图根据驱动力－行驶阻力平衡图，可以求出1.uamax和部分负荷时的车速2.加速时间3.最大爬坡度利用平衡图求加速时间由汽车动力行驶方程式得：根据不同行驶速度的驱动力与行驶阻力，可以得到加速度曲线：wfttuFFFmdd1a=F/m1ja2ja3ja4ja加速度ajh/kmua，车速汽车加速度－速度图由运动学可知：Adadtdaduuujttujt2111011ja41ja21ja31jaauja/1加速度倒数曲线利用平衡图求爬坡能力其前提条件是路面良好，克服Fw+Ff后的全部力都用于克服坡道阻力，即)1cos(15.2102假设aDwfwftijAuCGfFFFFFFadtdumax0maxii表示汽车的最大通过能力表示汽车不必换入低档的通过能力。这有利于提高汽车的平均车速并可以减轻驾驶员的疲劳程度汽车的动力特性图利用汽车的驱动力－行驶阻力平衡图，可以确定一台汽车的最高车速、加速能力和上坡能力，可以评价同一类型汽车的动力性，但不能评价不同类型汽车的动力性。不能单纯根据汽车驱动力的大小，简单判定汽车的动力性。因此引入了汽车的动力因数。dtdug)if(dtduGmGFFGFFFFFFFfiwtjiwft动力因数D标志汽车单位重力所具有的克服道路阻力和加速阻力的能力，是表征汽车动力性的主要指标maxufmax1Dmax0D代表汽车的最大爬坡能力汽车以最高档行驶的爬坡能力与加速能力最高车速影响汽车动力性因素发动机特性传动系参数汽车总质量使用因素主减速器传动比变速器参数变速器档数变速器传动比汽车动力性检测项目加速性能检测最高车速检测滑行性能检测爬坡能力检测发动机输出功率检测路试，不适用在用汽车的检测动态测功－无负载测功稳态测功－有负载测功无负荷测功（动态测功）定义：动态测功是指发动机在节气门开度和转速等均为变动的状况下，测定其功率的一种方法。动态测功时，无需对发动机施加外部负荷，故称为无负荷测功或无外载测功。原理：基于动力学的方法，当发动机与传动系分开时，将发动机急加速至节气门最大开度，此时发动机产生的动力克服各种阻力矩和本身运动件的惯性力矩，迅速达到空载最大转速。对于某一结构的发动机，其运动件及附件的转动惯量可以认为是一个定值，若发动机的有效功率越大，则运动部件的加速度也越大。因此，可通过测定发动机在指定转速时的瞬时加速度或在指定转速范围内的平均加速度，加速时间，来确定发动机有效输出功率的大小。按测功原理分类，无负荷测功可分为两类，测瞬时功率和测平均功率。测瞬时功率：它是通过测量发动机曲轴的瞬时角加速度的方法来测定瞬时功率的。——只能得到某转速下的瞬时功率值，一般用来进行连续测量，得到发动机的外特性曲线。tneddnIKP309550测平均功率：通过测量发动机加速时间的方法来测定平均功率的。（P53，3-41）tnnIKPm16095502122一般:小型车的当量转动惯量在0.1-0.5之间大货车的当量转动惯量在1.0-5.0之间通常为最高转速的75％通常为怠速转速的150％Pm与t的关系注意：惯性系数I值的确定，对无外载测功至关重要，I值的内涵已经完全超出发动机的转动惯量以如前述。仪器生产厂家提供的某些车型的I值多为发动机台架试验的总功率状态，即不带空气滤清器、冷却风扇和排气消音器，显然这一I值不能为检测站地汽车进行就车检测之用。因此，检测站测试必须使用有关部门提供的就车试验I值，即是同一机型也要注意是否有特殊的附件，如空调、转向助力泵、风扇的驱动力方式等等，也就是说，对同一底盘的各类型改装车，I值的选取必须慎重。必须说明的是上述无外载测功的理论依据尚需斟酌，首先这一方法所测得的是发动机的加速性能，仅仅是动力性的一个侧面，而不