汽车运用工程基础课件：汽车动力性 -

汽车的动力性

汽车动力性评价指标汽车动力性分析汽车动力性主要影响因素学习内容：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：指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度，表示汽车以最大可能的平均行驶速度运送货物或乘客的能力。§1－1汽车动力性评价指标汽车动力性指标的要素汽车最大坡度汽车最高车速汽车加速时间驱动轮输出功率1、汽车最高车速

汽车最高车速uamax：是指汽车在水平的良好路面（混凝土和沥青）上满载行驶所能达到的最高行驶速度。随着汽车工业的快速发展，汽车的最高车速有提高的趋势。轿车常行驶于良好的路面，追求高的动力性，因此轿车的最高车速Vmax较高，其范围在140～300km／h，我国中级轿车的最高车速约为170～230km／h。下表列出多种汽车的最高车速。最高车速uamax

重型货车（总质量>14t）

90km/h

中型货车（总质量6～14t）

100km/h

微型和轻型货车（总质量<6t）

80～

130km/h

城市铰接客车

60～

90km/h

客车

125km/h

商用车的速度相对较低，其主要技术参数是载质量或载客量。微型（经济型）轿车（发动排量/L≤1.0）奥拓0.8

120km/h

吉利1.0

120km/h

夏利1.0

137km/h

奇瑞QQ0.8

130km/h

普及（紧凑）型轿车（1.0＜发动排量/L≤

1.6）吉利1.3155km/h

夏利1.3165km/h

羚羊1.3168km/h

西耶那1.5168km/h

赛欧1.6165km/h

波罗1.4172km/h

富康1.6180km/h

捷达1.6170km/h

飞度1.3手动

165km/h

飞度1.3CVT160km/h

飞度1.5手动

180km/h

飞度1.5CVT175km/h中高级轿车2.5＜发动机排量/L≤4.0凯迪拉克赛威2.8

201km/h奥迪A6L2.8

235km/h宝马530i

250km/h奔驰E280

250km/h高级轿车红旗CA7460185km/h奔驰S600(5.8L)250km/h宝马760250km/h宾利雅致(6.8L)270km/h迈巴赫(5.5L)250km/h劳斯莱斯幻影(6.7L)240km/h中级轿车（1.6＜发动机排量/L≤2.5）普桑1.8

150km/h桑塔纳30001.8

185km/h宝来1.8手动

206km/h宝来1.8T手动

221km/h宝马318i

214km/h蒙迪欧2.0

205km/h本田雅阁2.0

197km/h本田雅阁2.4

219km/h奥迪A41.8T

220km/h奥迪A42.0

230km/h跑车的最高车速跑车的最高车速跑车的最高车速2、汽车加速时间

加速时间：通常用满载时的原地起步加速时间和超车加速时间来表示汽车的加速能力，单位为s。

原地起步加速时间是指汽车由Ⅰ档或Ⅱ档起步，并以最大的加速强度，选择恰当的换档时机逐步换至最高档后到某一预定距离或车速所需的时间。一般常用0→100km／h的秒数来表明汽车的原地起步加速能力其加速时间越短，则表示加速性能越好。轿车对原地起步加速时间特别重视，其加速时间短。例如，中级以上轿车起步从0→100km/h所需时间约为10～17s；高动力性的高级轿车加速时间更短。

超车加速时间是指用最高档或次高档由30km/h或40km/h全力加速行驶至某一高速所需的时间。这个时间越短，则表示加速性能越好，超车能力越强，超车时两车并行的行程较短，行驶安全性较高。加速时间t

飞度1.5L12.0s

红旗CA746010.5s

捍马H210.0s

宝马523Li9.6s

奥迪A87.0s

宝马7506.6s

奔驰S6006.5s宝来1.8M（手动挡）/A（自动挡）11.1s/12.7s宝来1.8TM（手动挡）/A（自动挡）9.0s/10.5s手动挡汽车的加速时间更短法拉利

575MMaranello4.2s宝时捷9113.9s兰博基尼

Gallardo4.2s（1）原地起步加速时间0～100km/h的加速时间60～100km/h（4挡/5挡）10.8s/13.7s80～120km/h（4挡/5挡）10.6s/14.1s思考：从这组数据可得到什么信息？宝马520i

低挡的超车加速能力更强。（2）超车加速时间3、汽车最大爬坡度imax

最大爬坡度：是指汽车在良好的路面上满载等速行驶所能通过的最大坡度，显然它就是汽车最低档时的最大爬坡度。汽车的上坡能力用汽车的最大爬坡度imax来表示。由于货车在各种路面上行驶，故要求具有较高的爬坡能力，一般货车的imax在30%左右。越野车由于在差路或无路条件下行驶，故应有更高的爬坡能力，通常越野车的最大爬坡度在60%左右。轿车通常在较好路面行驶，一般不强调其爬坡能力，但由于轿车Ⅰ档的加速能力大，故轿车的爬坡能力也强。坡度的概念货车满载

imax=30％越野车

imax=60％车型最大爬坡度imax切诺基30％通用开拓者50％长丰猎豹70％帕杰罗70％陆虎100％陆地巡洋舰100％一些SUV车型的最大爬坡度最大爬坡度imax4、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。§1－2汽车动力性分析汽车动力传动过程发动机离合器、变速器减速器等驱动轮驱动力一、汽车行驶原理1、汽车驱动力TtF0FtuFt=Tt/r式中Ft–

汽车驱动力

Tt–

驱动车轮的转矩

r-车轮的半径汽车驱动力及计算货车驱动力图驱动力随档位而变驱动力随车速而变驱动力随节气门位置而变

滚动阻力Ff2、汽车的行驶阻力汽车在行驶过程中将会遇到哪些行驶阻力？如何保证汽车可以加速或爬坡？空气阻力Fw坡度阻力Fi加速阻力Fj汽车行驶总阻力思考1）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。滚动阻力滚动阻力系数及滚动阻力式中f称为滚动阻力系数，滚动阻力系数通过试验测得。

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=Gfcosα等速行驶2）松软路面的滚动阻力与硬路面相比，多了附加的滚动阻力。这种附加的滚动阻力由两部分组成：一部分是使地面材料压缩和移动，形成轮辙所需的力；另一部分是克服轮辙与轮胎之间摩擦所需的力。松软路面的附加滚动阻力与地面压强有关，地面压强越大，地面变形越甚，轮辙深度越深，滚动阻力越大。因此，在松软路面上降低轮胎气压，可有效减少其滚动阻力。2）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%作用在汽车外形表面上的法向压力的合力在行驶方向上的分力（占91％）由于空气粘性作用在车身表面产生的切向力的合力在行驶方向的分力空气阻力空气阻力的计算空气阻力

在一般动力计算中，认为空气阻力作用在风帆中心

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；

ua——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

4～70.5～0.8车型空气阻力系数CD

帕萨特0.28

奥迪A40.28

现代0.29

奔驰C级0.26

奔驰S级0.27

保时捷0.31

陆虎览胜0.38一些常见车型的空气阻力系数3）坡度阻力坡度阻力定义汽车上坡行驶汽车重力沿坡道的分力坡度阻力shhgFiGα坡度与坡度角的关系路面imax高速公路平原微丘区3%高速公路山岭重丘区5%一级汽车专用公路平原微丘区5%一级汽车专用公路平原重丘区6%四级公路平原微丘区6%四级公路平原重丘区9%一些常见路面的坡度一般道路的坡度均较小。4）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。（N）3、汽车行驶条件1）汽车行驶的驱动条件

＞0，加速＜0，减速或无法行驶＝0，匀速满足驱动条件汽车就能正常行驶吗？2）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:无侧向力作用时，地面对轮胎切向反作用力的极限值。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

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：驱动轮上的切向反力主要与哪些因素有关？其大小可否通过驾驶员合理控制？思考汽车的驱动与附着条件二、汽车的驱动力平衡1、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。

汽车的驱动力平衡2、驱动力平衡分析汽车驱动力—行驶阻力平衡图

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。FfFf+FW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FfFf+FWuamax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？

确定uamax汽车的驱动力平衡确定汽车加速能力求加速度确定汽车加速能力

汽车的加速度曲线确定汽车加速能力求加速时间1/a~u

曲线加速时间矩形积分图解法求加速时间

利用汽车加速度倒数曲线积分求加速时间BJ130汽车的加速时间曲线（计算得到）直接挡加速Ⅱ挡原地起步换挡加速所用时间较短汽车的驱动力平衡确定汽车爬坡能力驱动力Ft空气阻力Fw滚动阻力Ff爬坡能力等速确定汽车爬坡能力

三、汽车的动力特性1、动力因数物理意义

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。2、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？fuamax1）确定最高车速3、求解动力性评价指标

计算加速度的倒数，并作出加速度倒数曲线，图解积分即可计算加速时间。作出加速度曲线2）确定加速能力

由动力特性曲线，即可求出各挡的爬坡度图。3）确定爬坡能力

Ⅰ挡工作时，爬坡度较大，此时以imax＝D1max－f

计算的误差也较大，可以用下式计算四、汽车的功率平衡1、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2、功率平衡式f的随车速u的增大，Pf的增加更快Pw是车速u的三次函数汽车的功率平衡3、功率平衡分析功率平衡图思考：用功率的概念如何理解汽车的最高车速、加速能力和最大爬坡度？汽车的功率平衡确定最高车速确定后备功率

后备功率节气门全开ua/（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ua1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。§1—3影响汽车动力性的主要因素汽车动力性汽车结构方面汽车使用方面一、汽车结构方面1、发动机参数发动机的最大功率和最大转矩对汽车动力性影响最大。发动机最大功率、最大转矩越大，汽车动力性就越好。制造成本大燃油经济性差附着条件限制发动机功率过大，也不合理1）发动机功率的选择按期望的最高车速选择发动机功率

在给定了结构参数后，按要求的最高车速，即可确定Pemax。按比功率的统计数据选择发动机功率

根据车型及统计的比功率，乘以总质量，即可确定Pemax。汽车的比功率约占发动机功率的2/52）发动机外特性曲线形状2、传动系参数

1）传动效率传动效率直接影响汽车的动力性，传动效率越高，传动功率损失越小，传至驱动轮的有效功率越大，则汽车的动力性就越好。正确装配、调整传动系部件，合理选用润滑油性能等级和粘度，在润滑油中加入减磨添加剂，保持传动系具有良好的润滑，对提高传动效率具有明显的效果。2）最小传动比最小传动比最高档行驶最小传动比总传动比主减速器传动比变速器传动比副变速器传动比最小传动比最小传动比变速器的传动比为1主减速器的传动比i0直接挡行驶以汽车最高挡为直接挡为例说明最小传动比不同i0时的功率平衡图分析比较后作出选择：i0过大时如i01，后备功率大，直接档加速、爬坡能力大。但最高车速低，负荷率低，燃油经济性差；且高速行车时发动机转速高，噪声大，磨损大。i0过小时如i03，最高车速最低，后备功率最小，发动机转速较低，负荷率较高，油耗较低。i0适中时如i02，最高车速最高，umax=uP2，后备功率较小，负荷率较高，经济性较好。3）最大传动比最大传动比最大传动比最大爬坡度附着条件最低稳定速度变速器I挡传动比ig1主减速器传动比i0最大传动比的选择用最大的通过能力求ig1汽车的最大驱动力低速爬坡最大传动比的选择保证足够低的越野车速

松软的路面土壤容易受冲击破坏影响附着力最大传动比itmax保证最低稳定车速umin一般货车：itmax=35～50，轿车：itmax=12～18

最大传动比确定后，还要计算驱动轮的附着条件，检查附着条件是否满足上坡或加速的要求。必要时，可从汽车总体布置和结构入手，改善汽车的附着能力。4）变速器挡数传动系的挡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挡与挡之间传动比的比值≤1.7~1.8变速器档数变速器挡数比较

从图中可以看出，变速器挡数增多，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。变速器档数各类车型的挡数轿车传统轿车3～4个前进挡；现代轿车常用5个前进挡，含2个超速挡。货车中型货车一般采用5个挡位；重型货车、矿用重型车挡位数多，6～20个。越野车挡位数比同吨位货车多一倍左右。传动系挡数的多少挡与挡之间传动比的比值≤1.7~1.8挡位数超过五个，结构复杂。加副变速器5）变速器传动比

变速器第1挡、最高挡传动比和挡数确定后，应从提高汽车动力性和换挡操纵性入手分配中间各挡的传动比。

最小传动比itmin最大传动比itmax传动系的挡数中间各挡的传动比<=1.7~1.8变速器传动比确定方法中间各挡的传动比渐近式速比分配等比级数分配3、自动变速器自动变速器的组成

1）液力自动变速器液力变矩器特性综合式液力变矩器的输出特性液力变矩器特性综合式液力变矩器汽车驱动力图带锁止离合器的液力变矩器输出特性2）机械无级变速器

机械无级变速器（CVT）是指通过机械传动无级控制速比变化的自动变速器。现代汽车采用的电控CVT，可以实现动力传动系统的综合控制，充分发挥汽车的动力性。

CVT的组成及原理1-液压泵2a-主动固定带轮

2-主动可动带轮3-主动带轮液压缸4-起步装置5-发动机飞轮6-从动可动带轮6a-从动固定带轮7-中间减速器8-主减速器与差速器9-金属传动带10-从动带轮液压缸3）双离合器变速器

双离合器变速器（DCT）是指在手动变速器基础上发展而来的，利用两个离合器实现自动换档而不间断动力传递的变速器。双离合器变速器主要由双离合器、机械变速器、自动换档机构和电控液压控制系统组成。在DCT中，双离合器由电子控制及液压推动，一个离合器控制奇数档（如：1、3、5和倒档），一个离合器控制偶数档（如：2、4、6档）。装用AMT与DCT汽车的换挡性能比较

与AT相比，DCT属于机械传动变速器，其传动效率相对较高4、空气阻力系数影响空气阻力因素车速：与u2成正比关系，而功率则与u3成正比关系。A：与车型有关，H↓为好。表面：突出物及光洁程度。车身形状（流线型好）。减少空气阻力系数CD的措施发动机盖应向前下倾1）车身前部降低空气阻力系数的措施

面与面交接处的棱角应为圆柱状。

风窗玻璃应尽可能“躺平”，且与车顶圆滑过渡。

尽量减少灯、后视镜和门把手等凸出物。

车轮盖应与轮胎相平。

整个车