第7章 汽车的牵引动力学

第7章汽车的牵引动力学FFt汽车的动力性汽车行驶方向的运动状态汽车的纵向外力驱动力与行驶阻力汽车的行驶方程式§7-1汽车的驱动力与行驶阻力§7-1汽车的驱动力与行驶阻力汽车动力传动过程发动机变速器减速器等传动系驱动轮驱动力行驶阻力滚动阻力坡度阻力加速阻力空气阻力§7-1汽车的驱动力与行驶阻力一、汽车的驱动力aurtF0FrTFtttT§7-1汽车的驱动力与行驶阻力riiTFTgtqt0TgtqtiiTT0tTePPwtTtqTT0iigwrTFtt输入功率×机械效率＝输出功率§7-1汽车的驱动力与行驶阻力发动机的转速特性发动机的外特性曲线发动机的部分特性曲线发动机的使用外特性曲线§7-1汽车的驱动力与行驶阻力955010001602nTnTTFvPtqtqekwtqTN·mnr/min§7-1汽车的驱动力与行驶阻力kktqnananaaT2210典型汽车发动机外特性曲线近似的发动机转矩多项式描述§7-1汽车的驱动力与行驶阻力传动系的机械效率inTinTPPPeTeTeinTinTPPPPPPPP1等速行驶工况功率输入Pin功率输出PT传动系变速器、减速器等§7-1汽车的驱动力与行驶阻力传动系的功率损失机械损失液力损失摩擦润滑油齿轮传动副之间轴承摩擦。。。润滑油的搅动润滑油与零件之间的表面摩擦。。。§7-1汽车的驱动力与行驶阻力.CT传动系效率的检测0.9~0.92轿车0.82~0.85货车与客车§7-1汽车的驱动力与行驶阻力车轮的半径rrsrrWW自由半径静力半径滚动半径用于静力学分析用于运动学分析§7-1汽车的驱动力与行驶阻力wrnSr2FdCR22FdCrRr滚动半径的理论计算滚动半径的近似计算)10000/1('aRRuCC一般近似rrrrs欧洲轮与轮辋技术协会（ETRTO）德国橡胶企业协会最大载荷、规定气压、车速60km/h下F是计算常数：子午胎F=3.05，斜交胎F=2.99.d为车轮的自由直径。§7-1汽车的驱动力与行驶阻力riiTFTgtqt0atuF~汽车的驱动力图00377.010001360060122iirniinrnrruggwa发动机外特性曲线Pe，Ttq~n传动系的传动ig，i0传动效率ηT车轮半径r汽车行驶速度ua发动机转速n§7-1汽车的驱动力与行驶阻力货车的驱动力图§7-1汽车的驱动力与行驶阻力FFt二、汽车的行驶阻力jiwfFFFFF§7-1汽车的驱动力与行驶阻力滚动阻力轮胎/路面接触轮胎变形载荷迟滞损失阻力偶§7-1汽车的驱动力与行驶阻力aFTZfRLFFWdd’nn’WhOCADEFδ加载卸载WCWD拖距a滚动阻力偶矩aZF迟滞现象分析§7-1汽车的驱动力与行驶阻力从动轮滚动时的受力情况Wnn’aZF1pF1XFauWnn’1pF1XFaufTZFrrfpTrF1raFrTFzfp1aFTzfWFrafz,WfFp1§7-1汽车的驱动力与行驶阻力1pFfF等速行驶WfFFpf1§7-1汽车的驱动力与行驶阻力auf000056.00076.04410)100()100(aaufufff推荐使用的滚动摩擦系数§7-1汽车的驱动力与行驶阻力路面类型滚动阻力系数良好的沥青或混凝土路面一般沥青或混凝土路面碎石路面良好的卵石路面坑洼卵石路面干燥压紧土路潮湿压紧土路泥泞土路干砂湿砂结冰路面压紧雪道0.01-0.0180.018-0.0200.020-0.0250.025-0.0300.035-0.0500.025-0.0350.050-0.1500.100-0.2500.100-0.3000.060-0.1500.015-0.0300.030-0.050滚动阻力系数f取值§7-1汽车的驱动力与行驶阻力驱动轮滚动时的受力情况Wnn’aZF2pF2XFWnn’2pF2XFaufTZFrrautTtTftXTTrF2ftftXFFrTrTF2rTFtt§7-1汽车的驱动力与行驶阻力空气阻力空气阻力压力阻力（法向力）摩擦阻力（切向力）形状阻力内循环阻力诱导阻力干挠阻力汽车行驶空气作用形状阻力58%干挠阻力14%内循环阻力12%诱导阻力7%摩擦阻力9%§7-1汽车的驱动力与行驶阻力221rDwuACF422258.1msNaruu空气阻力的计算15.2122)36001000(2258.121aAuDCauADCwF§7-1汽车的驱动力与行驶阻力sinGFisintanshi坡度阻力汽车上坡行驶汽车重力沿坡道的分力坡度阻力shFiGαGiFi§7-1汽车的驱动力与行驶阻力坡度与坡度角的关系§7-1汽车的驱动力与行驶阻力sincosGfGFFFif1cosisin道路阻力坡度阻力滚动阻力)(ifGFifGF道路阻力系数§7-1汽车的驱动力与行驶阻力加速阻力汽车加速行驶克服加速运动的惯性力加速阻力汽车质量平移质量旋转质量平移惯性力惯性力偶矩汽车加速行驶汽车旋转质量换算系数§7-1汽车的驱动力与行驶阻力31平移质量的惯性力旋转质量的惯性力偶矩汽车加速行驶时，克服其质量加速运动时的惯性力。tumFddj22fg0Tw22111IiiImrmrδ—旋转质量换算系数IW—车轮转动惯量；If—飞轮转动惯量。§7-1汽车的驱动力与行驶阻力32挡位不同，δ值不同§7-1汽车的驱动力与行驶阻力34tfwijFFFFFcos1tqg0T2Dadcossin21.15dTiiCAuGfuGmrttqg0T2Dad21.15dTiiCAuGfuGimrtsintani三、汽车行驶方程式§7-1汽车的驱动力与行驶阻力§7-2汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图一、驱动力－行驶阻力平衡图有固定传动比的汽车行驶方程式jiwftFFFFFdtdumGuACfGriiTaDTgtqsin15.21cos20jiwftFFFFF在驱动力图的基础上，画出Ff+FW=f(ua)就是驱动力行驶阻力平衡图。一、驱动力—行驶阻力平衡图Ff§7-2汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图Ffuamax'au最高车速行驶时Fi=0Fj=0Ft=Ff+Fw发动机以部分负荷工作即可思考当Ff+FW与Ft5没有交点时，如何确定最高车速？此时对应的发动机工况如何？1.确定uamax§7-2汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图0100020003000400050006000700080000102030405060708090100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310ua/(km/h)F/NFt1Ft2Ft3Ft4Ft5Ft6Ff+Fwuamax=205km/h奥迪A4轿车驱动力—行驶阻力平衡图1a/(kmh)u§7-2汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图)(1ddwftFFFmtu由驱动力—行驶阻力平衡图可以做出加速度曲线。Fi=02.确定加速时间t§7-2汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图uatd1dAuauattuuuutd16.31d1da2a1210思考：从图中看，在什么时候换挡可以使加速时间最短？由加速度曲线做加速度倒数曲线，再积分，即可求出加速时间。§7-2汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图uatd1d2a21a10111ddd3.6tuuuuttuuAaa由加速度曲线做加速度倒数曲线，再积分，即可求出加速时间。思考：从图中看，在什么时候换挡可以使加速时间最短？§7-2汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图积分时可以将积分区域划分成若干个小区间，采用图解积分的方法求面积和。§7-2汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图直接挡加速Ⅱ挡原地起步换挡加速计算得到的加速度曲线所用时间较短§7-2汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图0ddtu)(wftiFFFF15.21cossin2aDT0gtqAuCGfriiTGGFFF)(arcsinwft3.确定最大爬坡度imax§7-2汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图由驱动力—行驶阻力平衡图和i=tanα可以做出爬坡度图。tfw()arcsinFFFG§7-2汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图jwiftFFFFFtguGFFddwtGFFDwtD—动力因数。二、动力特性图思考：动力因数能否反映汽车动力性的好坏？已知哪些参数可做出动力特性图？§7-2汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图fuamax1）计算最高车速0ddtu0ifD由动力特性图确定动力性评价指标tguDddtguifdd§7-2汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图0ddtufDi由动力特性曲线，即可做出各挡的爬坡度图。2）计算爬坡度Ⅰ挡工作时，爬坡度较大，此时以imax＝D1max－f计算的误差也较大，可以用下式计算222max1max1max11arcsinffDfD1maxmaxmaxcossinDfmax2maxsin1cos§7-2汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图0i)(ddfDgtu计算加速度的倒数，并做出加速度倒数曲线，图解积分即可计算加速时间。做出加速度曲线3）计算加速时间§7-2汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图一、汽车行驶的附着条件驱动力大动力性强驱动力大足够的附着力（切向力）动力性强满足轮胎与地面的附着条件§7-3汽车行驶的附着条件与汽车的附着率地面对轮胎的作用力切向的作用力极限值附着力附着力大小的计算ZXFFFmax§7-3汽车行驶的附着条件与汽车的附着率§7-3汽车行驶的附着条件与汽车的附着率222ZXftFFrTT汽车行驶的附着条件对于驱动轮驱动力附着力222ZXFFC附着率二、汽车的附着力与地面的反作用力汽车的附着力地面附着系数法向反作用力路面的种类和状况行驶车速车轮的运动状况汽车的总体布置行驶的状况车身的形状道路的坡度§7-3汽车行驶的附着条件与汽车的附着率§7-4汽车的功率平衡汽车行驶状态驱动力行驶阻力行驶阻力功率发动机功率发动机功率行驶阻力功率滚动阻力功率Pf空气阻力功率Pw坡度阻力功率Pi加速阻力功率Pj§7-4汽车的功率平衡jiwftFFFFFattuFPdtdumGuACfGriiTaDTgtqsin15.21cos20TtePP/)36003600761403600(13dtdumuGiuuACGfuPaaaDaTef随车速ua的增大，Pf的增加更快Pw是车速ua的三次函数4410)100()100(aaufufff§7-4汽车的功率平衡汽车功率平衡图发动机功率Pe阻力功率(Pf+Pw)/ηT车速ua发动机外特性曲线（Pe~n）ua=0.377nr/igi0§7-4汽车的功率平衡汽车的功率平衡图§7-4汽车的功率平衡bcPP)(1wfTacPeabbcacPPP)(1wfTe行驶中消耗的发动机功率发动机能提供的功率后备功率思考：后备功率与所使用的挡位是否有关？§7-4汽车的功率平衡汽车的后备功率曲线§7-4汽车的功率平衡