第一章汽车使用性能1(动力性、经济性)

第一章汽车使用性能学习目标：熟悉汽车主要使用性能及其评价指标掌握汽车主要使用性能的影响因素了解汽车主要使用性能的检测或试验方法学会分析、评价汽车主要使用性能知道如何提高汽车使用性能，合理使用汽车§1-1汽车动力性汽车的动力性评价指标汽车行驶原理汽车动力性分析影响汽车动力性的主要因素汽车动力性汽车的动力性良好的路面直线行驶平均行驶速度运输效率等最基本的性能纵向受力行驶方程式动力性评价指标汽车动力性：是指汽车以最大可能的平均行驶速度运送货物或乘客的能力。一、汽车动力性评价指标maximaxaut汽车动力性指标的要素汽车的最大坡度maxi汽车的最高车速maxV汽车的加速时间t驱动轮输出功率kW驱动轮输出功率驱动轮输出功率是汽车发动机和传动系工作过程的输出参数，它完全取决于发动机发出的功率和传动系的机械效率。常用发动机在额定转矩和额定功率时的驱动轮输出功率来评价在用汽车的动力性。二、汽车行驶原理汽车动力传动过程发动机变速器减速器等驱动轮驱动力1.汽车的驱动力汽车驱动力VrtF0FrTFtttT汽车的驱动力riiTFTget0TgetiiTT0tTePPwtTeTT0iigwrTFtt输入功率×机械效率＝输出功率汽车驱动力影响因素Te-发动机外特性的转矩发动机的外特性曲线发动机的使用外特性曲线发动机的部分特性曲线发动机使用外特性曲线汽车驱动力影响因素传动系传动效率inTinTPPPeTeTeinTinTPPPPPPPP1等速行驶工况功率输入Pin功率输出传动系变速器、减速器等汽车驱动力影响因素车轮半径rrsrdWW自由半径静力半径动力半径滚动半径车轮旋转与平移运动折算半径rrtT汽车驱动力影响因素滚动半径的计算即：滚动半径=滚动圆周/2π动力半径的计算，m式中：d——轮辋直径，in；b——轮胎宽度，in；λ——径向变形系数：0.1～0.16。一般近似95.0:97.0:自由半径普通自由半径子午rrwrnSr2)1.(20254.0bdrdrrrrdrs汽车驱动力图汽车的驱动力图VFt~riiTFTget000377.010001360060122iirniinrnrrVggw发动机外特性曲线Pe，Te~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V发动机转速n(km/h)货车的驱动力图货车的驱动力图2.汽车行驶阻力汽车的行驶阻力FFtjiwfFFFFF滚动阻力滚动阻力产生的原因车轮滚动时的能量损失是产生滚动阻力的根本原因车轮变形；路面变形；汽车振动；悬架减振。摩擦阻力轮胎与地面存在纵向、横向局部滑移；轮胎变形使外胎与内胎，内胎与胎垫之间摩擦；汽车振动时，钢板间及各活动悬架之间摩擦。滚动阻力能量损失产生滚动阻力机理轮胎/路面接触轮胎变形载荷迟滞损失阻力偶滚动阻力滚动阻力系数式中f称为滚动阻力系数。f的物理意义是：单位汽车重力所需之推力。汽车的滚动阻力Ff=Ff1＋Ff2=Gfcosα1pFfF等速行驶WfFFpf1WFfp1滚动阻力影响滚动阻力系数的主要因素道路影响：见下表，路面塑性变形大，f↑。轮胎结构：子午胎比普通胎f↓，刚度好变形小。轮胎气压：气压↓，变形↑，f↑，但坏路f↓。车重：车重↑，轮胎变形↑，f↑。车速：当V＜50km/h时，f≈c；当V＞100km/h时，V↑，f↑；V在150～200km/h时，V↑，振动Hz↑，轮胎周向、侧向扭曲变形↑，f↑↑，产生驻波现象。前后轴平行性及前轮定位失准，f↑。滚动阻力推荐使用的滚动阻力系数滚动阻力系数一般通过试验确定，也可通过查表或由经验公式确定。货车滚动阻力系数轿车滚动阻力系数Vf000056.00076.0Vf000142.00116.0空气阻力空气阻力定义：空气作用在汽车行驶方向上的分力。空气阻力空气阻力组成汽车行驶空气作用空气阻力压力阻力（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%空气阻力空气阻力计算221rDwVACF422258.1msNVVr15.21)36001000(2258.12122AVCVACFDDw空气阻力在一般动力计算中，认为空气阻力作用在风帆中心NAVCFDW,15.212式中：CD——空气阻力系数，实验得出；A——迎面面积，汽车在行驶方向的投影，m2；V——相对速度，km/h。例：A典型轿车1.7～2.10.3～0.41货车3～70.8～1.0大客车4～70.5～0.8DC坡度阻力坡度阻力定义sinGFisintanshi汽车上坡行驶汽车重力沿坡道的分力坡度阻力shFiGαGiFi坡度阻力道路阻力sincosGfGFFFif1cosisin道路阻力坡度阻力滚动阻力)(ifGFifGF道路阻力系数加速阻力加速阻力定义：汽车加速时，需要克服其质量加速运动时的惯性力。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加速阻力加速阻力计算为便于计算，把旋转质量惯性力转化为平移质量惯性力，以系数δ作为计入旋转质量后的汽车旋转质量换算系数。即：其中：δ——汽车旋转质量换算系数（δ＞1）；m——汽车质量，Kg；——行驶加速度，m/s2。δ的物理意义：将旋转质量的惯性力偶矩等效地叠加到平移质量惯性力上时，平移质量惯性力应扩大的倍数。δ主要与飞轮的转动惯量If、车轮的转动惯量Iw和传动系传动比有关。dtdvmgGdtdvFj.dtdv（N）3.汽车行驶条件汽车行驶方程式jiwftFFFFFFFtdtdVmGVACfGriiTDTgesin15.21cos20汽车行驶方程式汽车行驶方程式有关说明汽车行驶方程式表明了各物理量之间的数量关系，可方便地进行动力分析。汽车行驶方程式中某量并不表示汽车外力，如Ft、Ff、Fj等。汽车行驶方程式中的结论总是正确的。汽车行驶条件汽车行驶的驱动条件dtdVmFFFFiwft)(＞0，加速＜0，减速或无法行驶＝0，匀速iwftFFFF。件称为汽车行驶的驱动条,汽车行驶条件汽车行驶的附着条件驱动力大动力性好驱动力大足够的附着力（切向力）动力性好满足轮胎与地面的附着条件汽车行驶的附着条件附着力定义定义:地面对轮胎切向反作用力极限值。地面对轮胎的作用力切向的作用力极限值附着力汽车行驶的附着条件附着力计算在硬路面上：附着条件汽车正常行驶条件ZXFFFmax式中：为附着系数。对于后轮驱动的汽车：∵，∴由于f较小，汽车行驶附着条件：222ZftXFTTF)(2fFFZt2ZtFFZtFFFFFFFtiwf三、汽车动力性分析1.汽车的驱动力平衡汽车驱动力平衡是指汽车行驶时驱动力恒等于行驶阻力。jiwftFFFFFdtdVmGVACfGriiTDTgesin15.21cos20汽车的驱动力平衡汽车驱动力—行驶阻力平衡图汽车的驱动力平衡求解动力性评价指标行驶方程式汽车的基本参数汽车的动力性能最高车速加速能力爬坡能力汽车的驱动力平衡确定汽车最高车速驱动力曲线与Ff十Fw曲线的交点所对应的车速即为汽车最高车速。驱动力行驶阻力汽车的驱动力平衡确定汽车爬坡能力)(wftiFFFF驱动力Ft空气阻力Fw滚动阻力Ff爬坡能力等速0/dtdV确定汽车爬坡能力)15.21(sin20VACGfriiTGDTgeGFFFwft)(arcsin汽车的驱动力平衡确定汽车加速能力求加速度dtdVmFjjiwftFFFFF0iF)]([1wftFFFmdtdVVa~确定汽车加速能力汽车的加速度曲线V确定汽车加速能力求加速时间dtdVadVadt1AdVadttVVt21101/a~V曲线加速时间矩形积分2.汽车的动力特性动力因数D的物理意义D表示单位车重所具有的剩余驱动力，标志着汽车克服的能力，可用于比较不同质量、不同空气阻力的汽车。。DGFFDwt称为汽车的动力因数则令,:jiwftFFFFFdtdVgfGFFwtsincosjif、F、FF汽车的动力特性动力特性图汽车的动力特性求解动力性评价指标fDimax0max0汽车的动力特性图（D~V）最高车速的确定最大爬坡度的确定阻力曲线加速时间的确定)(fDgdtdV222maxmaxmax11arcsinffDfDII精确3.汽车的功率平衡功率平衡定义汽车的功率平衡是指发动机发出的功率恒等于汽车行驶阻力所消耗的功率与机械传动损失功率之和。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传动损失功率汽车的功率平衡功率平衡式jiwftFFFFFVFPttdtdVmGVACfGriiTDTgesin15.21cos20TtePP/)36003600761403600(13dtdVmVGiVVACGfVPDTef的随车速V的增大，Pf的增加更快Pw是车速V的三次函数4410)100()100(VfVfff汽车的功率平衡功率平衡图汽车的功率平衡确定最高车速确定后备功率TwfePPP/)(后备功率节气门全开V/（km/h）后备功率可用来加速或爬坡，后备功率越大，汽车的动力性越好。档位不同，车速不同，其后备功率不同。汽车的功率平衡确定负荷率发动机负荷率是指发动机在某一转速下实际发出的功率与所能发出的功率之比值。图中bc与ac的比值即为汽车在V′车速下的发动机负荷率。负荷率的高低表明了汽车功率的利用程度，负荷率低，表示汽车功率利用较少，汽车的后备功率较大，此时汽车具有良好的加速能力或爬坡能力；负荷率高，表示汽车此时的功率利用较大，适当提高汽车发动机负荷率，可提高汽车的燃油经济性。四、影响汽车动力性的主要因素1.发动机参数汽车比功率发动机最大功率发动机最大转矩外特性曲线形状2.传动系参数传动系效率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。。。传动系效率汽车类型传动效率ηT轿车0.90～0.92载货汽车和公共汽车单级主减速器0.90双级主减速器0.844×4越野汽车0.856×4载货汽车0.80传动系参数主减速器传动比从图中可以看出，为了提高汽车动力性，i0应选得适中传动系参数变速器档数传动系的档数汽车的动力性燃油经济性在高功率附近工作的机会在低燃油消耗率区间工作的机会操纵性好档与档之间传动比的比值≤1.7~1.8传动系参数变速器档数比较从图中可以看出，变速器档数增多，发动机在最大功率附近高功率工作的机会增加，发动机的平均功率利用率高，后备功率大。传动系参数各类车型的档数轿车传统轿车3～4个前进档；现代轿车常用5个前进档，含2个超速档。货车中型货车一般采用5个档位；重型货车、矿用重型车档位数多，6～20个。越野车档位数比同吨位货车多一倍左右。传动系档数的多少档与档之间传动比的比值≤1.7~1.8档位数超过五个，结构复杂。加副变速器传动系参数变速器传动比最小传动比最高档行驶最小传动比cgtiiii0总传动比主减速器传动比变速器传动比副变速器传动比传动系参数最小传动比的选择应满足最高档最大动力因数的要求：中型货车：D0max=0.04～0.08中级轿车：D0max=0.10～0.15高级轿车：D0max=0.15～0.20选定i0后，计算出D0max进行对比，不符合要求时，应重新选定i0。传动系参数