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第六章汽车的动力性第一节汽车的驱动力第二节汽车的行驶阻力第三节汽车的行驶条件第四节汽车动力性的评价一、汽车的驱动力汽车行驶时，发动机发出的有效转矩Ttq，经变速器、传动轴、主减速器等后，由半轴传给驱动车轮如果变速器传动比为ig、主减速比为i0、传动系的机械效率为，则传到驱动轮上的转矩Tt，即驱动力矩为如图6-1所示，此时作用于驱动轮上的转矩Tt产生对地面的圆周力F0，则地面对驱动轮的反作用力Ft为汽车的驱动力。如果驱动车轮的滚动半径为r，则有Ft=Tt/r，因而，汽车驱动力为二、传动系的机械效率发动机发出的功率Pe，经传动系传到驱动车轮的过程中，要克服传动系各部件的摩擦，要损失一定的功率。若损失的功率为PT，则传到驱动轮的功率为Pe-PT，第一节汽车的驱动力下一页返回传动系的机械效率ηT：传动系的功率损失由传动系中各部件如变速器、万向节和主减速器等部件的功率损失组成。其中变速器和主减速器等的功率损失占比重最大，其余部件功率损失较小。损耗的功率含机械损失功率和液力损失功率。机械损失功率是指齿轮传动副、轴承、油封等处的摩擦损失的功率，其大小决定于啮合齿轮的对数，传递转矩等因素。液力损失功率是指消耗于润滑油的搅动、润滑油与旋转零件之间的表面摩擦功率。其大小决定于润滑油的品质、温度、箱体内的油面高度，以及齿轮等旋转零件的转速。液力损失随传动零件转速提高、润滑油面高度及钻度增加而增大传动系的机械效率是在专门的实验装置上测试得到的。在动力性计算时，机械效率取常数。采用有级机械变速传动系的轿车取0.9～0.92，单级主传动货车取0.9，4x4汽车取0.85。第一节汽车的驱动力上一页下一页返回三、车轮半径1。自由半径轮胎的结构形状和尺寸直接影响汽车的动力性。车轮按规定气压充好气后，处于无载荷时的半径称为自由半径2。动力半径在汽车重力作用下，轮胎发生径向变形。车轮中心与轮胎接地面的距离称为静力半径。静力半径的大小取决于载荷、轮胎的径向刚度，以及支承面的刚度，静力半径小于自由半径。作用于车轮上除径向载荷外，还有转矩。车轮中心至轮胎与道路接触面切向反作用力之间的距离为动力半径。此时轮胎不仅产生径向变形，同时还产生切向变形，切向变形量的大小取决于轮胎的切向刚度、轮胎承受的转矩及转动时的离心惯性力等。第一节汽车的驱动力上一页下一页返回3。运动半径以车轮转动圈数n与车轮实际滚动距离S之间关系换算得出的车轮半径称为车轮的运动半径或滚动半径rr即总之，在对汽车进行动力学分析时，应用车轮的动力半径，对汽车进行运动学分析时，应用车轮的运动半径。在一般性粗略估算时，统称为车轮半径。第一节汽车的驱动力上一页返回汽车的行驶阻力有滚动阻力、空气阻力、上坡阻力和加速阻力一、滚动阻力汽车行驶时，车轮与地面在接触区域的径向、切向和侧向均产生相互作用力，轮胎与地面亦存在相应的变形。无论是轮胎还是地面，其变形过程必伴随着一定的能量损失。这些能量损失是使车轮转动时产生滚动阻力的根本原因。二、空气阻力汽车直线行驶时所受空气的作用力，在行驶方向卜的分力，称为空气阻力它分为形状阻力、干扰阻力、内循环阻力、诱导阻力和摩擦阻力五部分。形状阻力与车身主体形状有关，流线型越好，形状阻力越小；干扰阻力是车身表面突起物，如后视镜、门把手、车灯等引起的阻力；发动机冷却系、车内通风等空气流经车体内部时构成的阻力，为内循环阻力。第二节汽车的行驶阻力下一页返回诱导阻力是空气升力在行驶方向上的分力。对于一般轿车，这几部分阻力的比例大致为：形状阻力占58%，干扰阻力占14%，内循环阻力占12%，诱导阻力占70%，摩擦阻力占9%。空气阻力中，形状阻力占的比重最大，所以，改善车身流线形状，是减小空气阻力的关键。三、上坡阻力如图6-2所示，当汽车上坡行驶时，其重力沿坡道斜面的分力又表现为对汽车行驶的一种阻力，称上坡阻力。上坡阻力Fi按下式计算：Fi=Gsinα式中，α为道路坡度角，(。)坡道的表示方法是用坡度i，即用坡高h与底长S之比表示：当坡道角时，，则第二节汽车的行驶阻力上一页下一页返回由于上坡阻力Fi与滚动阻力Ff均属与道路有关的汽车行驶阻力，故常把这两种阻力之和称为道路阻力FΨ(N)，即令称为道路阻力系数当坡度角α较小时，则四、加速阻力汽车加速行驶时，需克服其质量的惯性，称加速阻力Fj。汽车质量分为平移质量和旋转质量(飞轮、车轮等)两部分。加速时平移质量要产生惯性力，旋转质量主要与飞轮、车轮的转动惯量，以及传动系的传动比有关。旋转质量要产生惯性力偶矩，一般把旋转质量的惯性力偶矩，转化为平移质量的惯性力。第二节汽车的行驶阻力上一页返回一、汽车行驶的条件汽车行驶时，作用于汽车的外力有驱动力和行驶阻力，它们相互平衡。当汽车的驱动力大于滚动阻力、坡度阻力和空气阻力等各行驶阻力时，汽车才能起步。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。当汽车的驱动力大于滚动阻力、坡度阻力和空气阻力，汽车才能加速行驶。因此，汽车行驶的条件为二、附着条件路面与轮胎之间附着条件可用驱动力表示。附着力越大，附着条件越好。附着力是指路面对轮胎切向反作用力的极限值。对一定的轮胎和路面，附着力与驱动轮法向反作用力成正比。硬路面的接触强度大，地面的坚硬及微小的凸起会嵌入轮胎的接触表面，使轮胎与地面之间产生较大的附着力，故附着系数较大。第三节汽车的行驶条件下一页返回在潮湿的路面上，轮胎与路面间的液态起着润滑齐」的作用，所以附着性能显著下降。在一般动力性分析中只取附着系数的平均值，见表6-1。增加发动机转矩及增大传动比，可以增大驱动力，但驱动轮上的地面切向反作用力不能大于附着力，否则驱动轮会出现滑转现象，汽车不能前进。驱动轮地面法向反作用力与汽车的总体布置、行驶状况及道路的坡度有关。附着系数与路面的种类和状况、车轮运动状况、胎压及花纹有关，行驶车速对附着系数也有影响。轮胎气压对附着系数有较大的影响，在干燥的硬路面上，降低轮胎的气压，轮胎与路面微观不平处的啮合面积增大，使附着系数加大。在潮湿的硬路面上，适当提高轮胎气压，可以提高对路面的单位压力，有利于挤出接触处的水分，附着系数提高。第三节汽车的行驶条件上一页下一页返回此外，在硬路面上行驶的汽车，胎面花纹做成浅而细的形状，可以增强胎面与路面上微观突起物间的啮合作用，有利于提高附着系数。在软路面上行驶的汽车，胎面花纹做成粉而深的花纹，可增大嵌入轮胎花纹内的土壤的剪切断面，达到提高附着系数的目的。轮胎花纹做成具有良好的排水功能的形状，提高汽车在潮湿路面上的附着系数行驶车速对附着系数也有影响。在硬路面上，车速增加时，轮胎来不及与路面微小凸起部分很好哨合，附着系数下降。雨大在硬路面上行驶，车速提高时，轮胎与路面间的水不易被挤出，使附着系数显著下降。在松软路面上行驶的汽车，由于汽车车速的提高，车轮的作用力很容易破坏土壤的结构、附着系数也下降。第三节汽车的行驶条件上一页返回从获得尽可能高的平均行驶速度的观点出发，汽车的动力性主要有以下三个评价指标一、最高车速最高车速是指在水平良好的路面(混凝土或沥青)上，汽车能达到的最高行驶车速二、加速性能加速时间表示汽车的加速能力，它对平均行驶车速有很大影响。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。1。起步加速时间指汽车由I挡或II挡起步，并以最大的加速强度(包括选择恰当的换挡时机)逐步换至最高挡后，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挡或次高挡由某一较低车速全力加速至某一高速所需的时间。第四节汽车动力性的评价下一页返回由于超车时两车辆并行，容易发生安全事故，所以超车加速能力强，并行行程短，行驶就安全。一般常用0～400m或。0～100km/h所需的时间来表明汽车原地起步的加速能力。目前，对超车加速能力还没有一致的规定，采用较多的是用最高挡或次高挡，由某一中等车速全力加速行驶至某一高速所需的时间。轿车对加速时间尤为重视三、爬坡性能汽车满载时在良好路面上的最大爬坡度，表示汽车的爬坡能力。显然，汽车的最大爬坡度是指I挡时的最大爬坡度。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；货车在各种地区的各种道路上行驶，所以必须具有足够的爬坡能力。汽车的极限爬坡能力imax，应超出实际行驶中遇到的道路最大爬坡度。一般货车的imax在30%即16.7°左右；越野汽车在环路或无路条件下行驶，爬坡能力是一个很重要的指标，它的最大爬坡度可达60%即31°左右。第四节汽车动力性的评价上一页下一页返回三个指标的测定，均应在无风的条件下进行确定汽车的动力性，就是确定汽车沿行驶方向的运动状态。因此，需要掌握沿汽车行驶方向作用于汽车上的各种外力，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。第四节汽车动力性的评价上一页返回图6-1返回图6-2返回表6-1返回