第二章-汽车纵向动力学(20110921)

汽车理论2011年9月第二章汽车纵向动力学动力性同济大学,汽车学院左曙光教授教案汽车的动力性定义：在良好、平直的路面上行驶时所能达到的平均行驶速度。maxu最高速度加速时间t原地起步加速超车加速最大爬坡度maxi评价指标：同济大学,汽车学院左曙光教授教案汽车的动力性动力性能富康988EX-1捷达AT0~100km/h加速时间（s）15.3714.0150~140km/h加速时间（s）26.7127.900~400m加速时间（s）19.9719.300~400m终点车速（km/h）113.7115.8典型轿车对比案例同济大学,汽车学院左曙光教授教案汽车的动力性3.最大爬坡度imax汽车的上坡能力。以1档满载时汽车在良好路面上的最大爬坡度表示。是极限爬坡能力。轿车：一般不强调货车：imax=30%（约16.5°）越野汽车：imax=60%有时也以汽车在一定坡道上必须达到的车速来表示爬坡能力。如：美国对轿车爬坡要求，能以104km/h车速通过6%的坡道。同济大学,汽车学院左曙光教授教案动力性感觉指数（PFI）定义：通过测量每一档位下的最大加速度，并每个档位的最大加速度进行不同权重的加权处理，得到车辆的动力性感觉指数（PFI），单位和加速度一样，为m/s2。PFI=amax,1*F1+amax,2*F2+…+amax,n*FnF1F2F3F4F5F6F7四档0.22220.33330.33330.1111五档0.20.30.30.10.1六档0.18180.27270.27270.09090.09090.0909七档0.150.220.220.200.070.070.07同济大学,汽车学院左曙光教授教案动力性感觉指数（PFI）12名德国大众富有经验的驾驶员对13款车型动力性打分与其PFI值比较同济大学,汽车学院左曙光教授教案动力性感觉指数（PFI）•大众各车型PFI值与排放对比同济大学,汽车学院左曙光教授教案汽车行驶驱动力与行驶阻力汽车的驱动力rTFttTgtqtiiTT0riiTFTgtqt0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→车轮同济大学,汽车学院左曙光教授教案汽车的驱动力1.定义发动机产生的转矩，经传动系至驱动轮，转矩Tt对地面产生圆周力Fo，地面对驱动轮的反作用力Ft即为驱动力。2.表达式Ft=Tt/rr—车轮半径驱动轮转矩Tt与发动机转矩Ttq的关系为：故：riiTFtogtqt同济大学,汽车学院左曙光教授教案发动机的速度特性发动机外特性曲线：发动机节气门置于全开位置发动机部分负荷特性曲线：发动机节气门置于部分开启位置台架试验特性曲线：发动机台架试验时所获得的曲线。使用外特性曲线：带上全部附件时的外特性。与台架试验特性相差5~15%。同济大学,汽车学院左曙光教授教案发动机的速度特性9549nTPtqe发动机的外特性是通过发动机台架实验获得的。在已知发动机最大功率和对应声速时，发动机的外特性可根据以下式估算：32maxpppeennnnBnnAPP汽油机直喷式柴油机预燃式柴油机A10.50.6B11.51.4同济大学,汽车学院左曙光教授教案发动机转速特性曲线汽油机扭矩曲线的最大扭矩点出现在中等使用转速区，它的具体位置则由进气系统决定。柴油机的扭矩曲线更平坦一些，甚至会随着转速的下降而略有提升。柴油机外特性曲线同济大学,汽车学院左曙光教授教案电动机转速特性曲线Insight车用永磁电机扭矩特性Insight车用永磁电机功率特性同济大学,汽车学院左曙光教授教案传动系机械效率传动系各部件（变速器、万向节、主减速器）的摩擦导致的功率损失。由试验测得。汽车各部件的传动效率机械变速器的轿车：ηT=0.9~0.92货车、客车：ηT=0.82~0.85eTeTeTPPPPP1同济大学,汽车学院左曙光教授教案典型变速器的传动效率分析同济大学,汽车学院左曙光教授教案汽车的驱动力图ogaiirnu377.0发动机外特性确定的是发动机输出转矩和转速关系。经传动系到达车轮后，可表示为驱动力与车速间的关系。riiTFTgtqt0同济大学,汽车学院左曙光教授教案汽车的行驶阻力汽车行驶时的各种阻力：滚动阻力——以符号Ff表示；空气阻力——以符号Fw表示；坡度阻力——以符号Fi表示；加速阻力——以符号Fj表示；因此汽车行驶的总阻力为：∑F=Ff+Fw+Fi+Fj15.212aDwuACFGfFf同济大学,汽车学院左曙光教授教案汽车的坡度阻力汽车的坡度阻力iGGFisiniGfGGGfFFFifsincos道路阻力GifGF道路阻力系数同济大学,汽车学院左曙光教授教案汽车的加速阻力加速阻力旋转质量换算系数dtdumFj22022111riiImrImTgfw不知道准确的If、∑Iw值，也可按下述经验公式估算δ值：式中δ1≈δ2=0.03~0.05。2211gi同济大学,汽车学院左曙光教授教案汽车行驶的驱动-附着条件与汽车的附着力一、驱动条件Ft≥Ff+Fw+Fi上式为汽车的驱动条件，可以采用增加发动机转矩、加大传动比等措施来增大汽车驱动力。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。二、附着条件地面对轮胎切向反作用力的极限值称为附着力Fφ，在硬路面上与驱动轮法向反作用力FZ成正比，常写成FXmax=Fφ=FZ·φ其中，FZ—作用于所有驱动轮上的地面法向反作用力；φ—附着系数，由路面和轮胎决定。同济大学,汽车学院左曙光教授教案行驶的驱动-附着条件Ff+Fw+Fi≤Ft≤FZ·φ汽车行驶的驱动-附着条件与汽车的附着力汽车的附着力:汽车的附着力决定于附着系数和地面作用于驱动轮的法向反作用力(一辆汽车的附着力取决于汽车的驱动形式和载荷)同济大学,汽车学院左曙光教授教案汽车的附着力和法向载荷分析汽车加速上坡受力图汽车的附着力静态轴荷zFF汽车法向反作用力cossincos101LrfGFdtduLriiILrILhgGLhLbGFZwgfwggZcossincos202LrfGFdtduLriiILrILhgGLhLaGFZwgfwggZ动态分量空气升力滚动阻力矩同济大学,汽车学院左曙光教授教案汽车的附着力和法向载荷分析汽车前后空气升力系数空气升力2121rLfZwuACF2221rLrZwuACF降低空气升力方法:车身前部压低,尾部肥厚向上的楔形造形,可以降低空气升力同济大学,汽车学院左曙光教授教案汽车的附着力和法向载荷分析空气升力前阻风板、后扰流板对空气升力系数与空气阻力系数的影响同济大学,汽车学院左曙光教授教案汽车的驱动轮上的切向力前轮驱动汽车在坡道上加速行驶时从动轮、驱动轮与车身的受力前轮驱动汽车后轮驱动汽车dtdumGFFFwfXsin21dtdumGFFFwfXsin12同济大学,汽车学院左曙光教授教案汽车的驱动能力和附着率附着率:汽车直线行驶状况下,充分发挥驱动力作用时要求的最低附着系数ztiFFC1、加速上坡行驶(空阻和滚阻为零)A、后轮驱动汽车dtdumGFFFwfXsin12222zxFFCdtdugiLhLadtdugidtduLhgGFFdtdumFFFFFCggZwZsiwfzx1cos11cos1221222同济大学,汽车学院左曙光教授教案汽车的驱动能力和附着率1、加速上坡行驶A、后轮驱动汽车qLhLaqCg2dtdugiq1cos1等效坡度：包含了加速阻力在内的坡度•加速上坡时，汽车要求的地面附着系数。•如果地面附着系数一定，汽车能通过的最大等效坡度为：LhLaqg1同济大学,汽车学院左曙光教授教案汽车的驱动能力和附着率dtdugiLhLbdtdugidtduLhgGFFdtdumFFFFFCggZwZsiwfzx1cos11cos1112111qLhLbqCg11、加速上坡行驶B、前轮驱动汽车•加速上坡时，汽车要求的地面附着系数。•如果地面附着系数一定，汽车能通过的最大等效坡度为：LhLbqg1同济大学,汽车学院左曙光教授教案汽车的驱动能力和附着率1、加速上坡行驶C、四轮驱动汽车前后轮的驱动力：dtdugGFX1sin11dtdugGFX1sin2后轴的转矩分配系数：212tttTTTqLhLbqCg11qLhLaqCg2前后轮上的附着率前轮上的附着率后轮上的附着率同济大学,汽车学院左曙光教授教案汽车的驱动能力和附着率1、加速上坡行驶C、四轮驱动汽车注：附着系数一定的路面上行驶，前轮驱动先达到地面附着力而滑转，后轮也保持在前轮开始滑转的数值而不增加。（差速器）LhLbqg1（1）21CC时（2）21CC时LhLaqg（3）21CC时q前轮先滑后轮先滑重量全部利用为附着力•一定的路面行驶时的最大等效坡度同济大学,汽车学院左曙光教授教案汽车的驱动能力和附着率（3）21CC时qLhLaqqLhLbqgg1qLhLagqLhLaqgqLhLbqg121CC时21CC时LhLaqg21CC时q前轮先滑后轮先滑重量全部利用为附着力同济大学,汽车学院左曙光教授教案汽车的驱动能力和附着率1、加速上坡行驶不同驱动形式汽车的等效坡度汽车的附着率曲线四轮驱动汽车后轮驱动汽车前轮驱动汽车•从爬坡能力分析汽车驱动形式对动力性影响：？同济大学,汽车学院左曙光教授教案汽车的驱动能力和附着率２、高速行驶工况高速行驶后驱动轮的附着率后轮驱动汽车2212ZwswfFFFFC00dtdui极高速下良好的路面也不能满足汽车附着性能要求．同济大学,汽车学院左曙光教授教案实际路面上汽车的附着力（方法２）汽车车轮的法向载何：wgZFdtdumGLhLbGFsin1wgZFdtdumGLhLaGFsin2附着力与阻力关系：fwFFdtdumGFsin汽车车轮的法向载何简化：fgZFFLhLbGF1fgZFFLhLaGF2后轮驱动汽车附着力：gghLhfaGF2前轮驱动汽车附着力：gghLhfbGF1四轮驱动汽车附着力：GF同济大学,汽车学院左曙光教授教案汽车的驱动能力和附着率在一定附着系数的路面上，不同驱动方式的汽车具有不同的附着力．只有四轮驱动的汽车才有可能充分利用汽车总重量产生的附着力．•附着利用率：汽车的附着力占四轮驱动汽车附着力的百分比．同济大学,汽车学院左曙光教授教案2.3.3影响附着系数的因素路面的磨擦系数行驶车速轮胎的花纹路面平整度有水和油时路面的摩擦系数行驶车速轮胎的花纹路面平整度有水和油时同济大学,汽车学院左曙光教授教案胎压、车速对附着系数影响附着系数与轮胎气压关系1-干混凝土路面2-湿混凝土路面3-软路面4-积雪路面附着系数与车速关系1-干燥路面2-湿路面3-结冰路面同济大学,汽车学院左曙光教授教案汽车驱动力—行驶阻力平衡图汽车行驶方程式jiwfFFFFtF驱动力与行驶阻力平衡图汽车驱动力与行驶阻力平衡图dtdumGuACGfriiTaDTgtqsin15.21cos20已知了方程中的汽车各参数,在地面提供足够附着力的条件下,就可以求解汽车的动力性指标.同济大学,汽车学院左