2013汽车理论内部培训-NEW.ppt

北京现代技术中心 试制试验部整车道路试验科 2013. 02. 28,内部培训-汽车理论,目录 第一章 汽车动力性 第二章 汽车燃油经济性 第三章 汽车制动性 第四章 汽车操纵稳定性 第五章 汽车操纵平顺性 第六章 汽车通过性,动力性,燃油经济性,制动性,操纵稳定性,平顺性,通过性,汽车使用性能主要包括,研究方法： 1.通过建立有关的汽车动力学模型，研究汽车的各项使用性能； 2.分析各项使用性能的评价指标和评价方法；3.讨论汽车及其部件的结构参数对使用性能的影响。,概述,意义:理论-指导实践 -了解汽车性能，指导正确的使用汽车 -指导汽车研发、设计出更好的产品,评价指标 最大车速uamax 加速时间t 最大爬坡度imax,定义 在平直良好路面上行驶时所能达到的平均行驶速度。,主要研究内容: 分析受力; 建立行驶方程式; 以图、表(或编程)形式，按照评价指标，确定汽车的动力性。,1.最高车速umax,5,中高级轿车 凯迪拉克赛威 2.8 201km/h 奥迪a6l 2.8 235km/h 宝马530i 250km/h 奔驰e 280 250km/h,中级轿车 桑塔纳3000 1.8 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 2.4 219km/h 奥迪a4 1.8t 220km/h, 1-1汽车动力性评价指标,1-1汽车动力性评价指标,2.加速时间 t,（1）原地起步加速时间,a） 0100km/h的加速时间,b）静止到400m或静止到1km的冲刺时间（该指标不常用）,（2）超车加速时间,法拉利 575m maranello 4.2s 宝时捷911 3.9s 兰博基尼 gallardo 4.2s,宝来1.8 m（手动挡）/a（自动挡） 11.1s/12.7s 宝来1.8t m （手动挡）/a（自动挡） 9.0s/10.5s,奥迪a6 1.8t 静止到400m冲刺时间7.9s 静止到1km冲刺时间33.4s,60100km/h （4挡/5挡） 10.8s / 13.7s 80120km/h （4挡/5挡） 10.6 s/ 14.1s,宝马520i,低挡的超车加速能力更强, 1-1汽车动力性评价指标,3.最大爬坡度imax,7,坡度的概念,以满载、良好路面上的imax来表示。 商用车30或16.5； 越野汽车60或31； 轿车最高车速较大， 且通常在良好的市区道路行驶，可爬坡度很大。 有的国家要求汽车在常遇坡道上汽车必须保持的速度表明其加速能力。,爬坡能力,坡度,美国对轿车的爬坡能力有如下规定： 能以104km/h（65mile/h）通过6的坡道； 满载时不低于80km/h； 在6的坡道上，096km/h（60mile/h）加速时间不应大于20s。,1-2 汽车驱动力和行驶阻力,8,1-2 汽车驱动力和行驶阻力,9,ft 与发动机转矩ttq、变速器传动比 ig、主减速器传动比 i0、 传动系的机械效率t 和车轮半径 r 等因素有关。,ff,ff+fw,uamax,发动机以部分负荷工作即可,说明车速对空气阻力影响明显,1-2 汽车驱动力和行驶阻力,11,驱动轮受力图,tt,f0,ft,r,ua,驱动力ft：发动机产生的转矩经传动系传到驱动轮，产生驱动力矩tt，驱动轮在tt的作用下给地面作用一圆周力f0，地面对驱动轮的反作用力ft即为驱动力。,1-2 汽车驱动力和行驶阻力,1-3 汽车功率平衡（图）,外特性曲线：节气门(油门)全开时，转矩或功率等与转速的关系,1-4 发动机转速特性,外特性曲线：节气门(油门)全开时，转矩或功率等与转速的关系,1-4 发动机转速特性,低速高扭 -提速快、节油,1-5汽车行驶附着条件与附着率,15,1.附着力,地面对轮胎切向反作用力的极限值（最大值）即为附着力。,fz地面作用在车轮上的法向反力；,附着力：摩擦力的极限值,附着系数，与路面、轮胎等有关。,后驱动轮受力图,胎面的四道沟槽减小了车轮和地面间的有效接地面积，使车轮的附着力下降，汽车的车速得以控制。,常见路面的平均附着系数,同等条件下，增加有效接地面积，可以提高附着力,1-5汽车行驶附着条件与附着率,1-5汽车行驶附着条件与附着率,2.附着条件,3.附着率,常选取单位行程的燃料消耗量l/100km 等速行驶百公里燃油消耗量是常用的一种评价指标，指汽车在一定载荷(我国标准规定轿车为半载、货车为满载)下，以最高档在水平良好路面上等速行驶100km的燃油消耗量。 常测出每隔30km/h或20km/h速度间隔的等速百公里燃油消耗量，然后在图上连成曲线，称为等速百公里燃油消耗量曲线，用它来评价汽车的燃油经济性，如图2-1所示。 等速工况并没有全面反映汽车的实际运行情况，持别是在市区行驶中频繁出现的加速、减速、怠速停车等工况。,2-1汽车经济性的评价指标,汽车燃料经济性是指汽车以最少的燃料消耗完成单位运输工作量的能力。它是汽车的主要使用性能之一。,汽车燃料经济性也可用单位量燃料消耗汽车所经过的行程，km/l作为评价指标，称为汽车燃料经济性因数。美国采用每加仑燃料能行驶的英里数mpg。其数值越大，汽车燃料经济性越好,19,循环工况规定了车速时间行驶规范，例如，何时换挡、何时制动以及行车的速度和加速度等数值。 因此，它在路上试验比较困难，一般多规定在室内汽车底盘测功机(转鼓试验台)上进行测试；而规定在路上进行试验的循环工况均很简单。,2-1汽车经济性的评价指标,20,主要研究内容: 汽车制动性能评价指标 车轮制动受力学分析 汽车制动效能及其恒定性 汽车制动行驶方向稳定性 前后制动器制动力分配,制动性定义： 汽车在行驶时能在短距离停车且维持行驶方向稳定性的能力，在下长坡时能维持一定车速的能力，也包括在一定坡道上能够长时间停放的能力。,21,3-1汽车制动性的评价指标,22,3-1汽车制动性的评价指标,23,3-1汽车制动性的评价指标,常见车型100km/h 0的制动距离,3-1汽车制动性的评价指标,2019/11/2,25,3-2车轮制动时受力分析,25,车轮在制动时的受力情况，见右图。 取决于制动器内制动摩擦片与制动鼓（制动盘）间的摩擦力。 取决于轮胎与地面间的附着力。,26,3-2车轮制动时受力分析,26,3-3汽车制动效能及abs原理,车轮制动过程中的三种运动状态,28,3-3汽车制动效能及abs原理,滑动率,29,3-3汽车制动效能及abs原理,30,3-3汽车制动效能及abs原理,31,3-4制动时汽车的方向稳定性,32,3-4制动时汽车的方向稳定性,33,3-4制动时汽车的方向稳定性,34,为防止制动时后轮先制动，研制了专门检测后轮制动情况的系统ebd。,ebd是abs附加的软件功能，无需添加任何硬件,3-5前后制动器制动力分配,采用abs,35,35,汽车的操纵稳定性是指在驾驶者不感到过分紧张、疲劳的情况下，汽车能遵循驾驶者通过转向系统及转向车轮给定的方向行驶，且当遭遇外界干扰时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。 汽车的操纵稳定性是汽车主动安全性的重要评价指标。,操纵稳定性概述,36,操纵稳定性概述,主要研究内容:,研究过程,37,37,4-1车辆坐标系,38,38,38,汽车直线行驶时，急速转动转向盘至某一转角时，停止转动转向盘并维持此转角不变，即给汽车以转向盘角阶跃输入。,时间 t,转向盘转角,1.稳态响应特性,转向盘角阶跃输入经短暂时间后，汽车进入等速圆周行驶，称为转向盘角阶跃输入下进入的稳态响应。,4-2转向盘角阶跃输入下的时域响应,39,39,稳态响应特性有三种类型,不足转向 ；中性转向 不变； 过多转向 。,4-2转向盘角阶跃输入下的时域响应,40,40,转向盘角阶跃输入前后，直线行驶与等速圆周行驶这两个稳态运动之间的过渡过程是一种瞬态，相应的瞬态运动响应称为转向盘角阶跃输入下的瞬态响应。,2.瞬态响应特性,1）时间上的滞后,2）执行上的误差（r1/r0）100 称为超调量,3）横摆角速度的波动 波动的 2/t , 取决于汽车的结构参数,4）进入稳态所经历的时间,4-2转向盘角阶跃输入下的时域响应,41,41,4-3轮胎基本参数和侧偏现象,1.轮胎基本参数,42,42,1）在刚性轮上作用侧向力,2）在弹性轮上作用侧向力,2.侧偏现象,43,43,当车轮有侧向弹性时，即使fy没有达到侧向附着极限，车轮行驶方向也将偏离车轮平面的方向。,44,44,44,两轮摩托车线性轮胎，前轮转角输入，汽车前进（纵轴）速度不变，只有沿y轴的侧向速度和绕z轴的横摆运动(ay0.4g),4-4线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应,两轮摩托车线性轮胎，前轮转角输入，汽车前进（纵轴）速度不变，只有沿y轴的侧向速度和绕z轴的横摆运动(ay0.4g),1做假设,2建数学模型(略),2结果分析,45,45,45,过渡转向特性的问题,4-4线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应,46,46,4-5操纵稳定性的电子控制系统,为了提高汽车操纵稳定性，现代汽车应用了很多电子稳定装置，常见如下图,47,47,车身稳定系统esp/vsc,4-5操纵稳定性的电子控制系统,主要内容: 概述; 人体对振动的响应; 平顺性的评价方法 路面统计特性 汽车振动系统及其简化,什么是汽车平顺性？ 保持汽车在行驶过程中乘员所处的振动环境：具有一定舒适度和保持货物完好性能。,为什么要研究汽车的平顺性？ 振动会影响人的舒适性、身体健康，影响货物的完整性以及零部件的性能和寿命。平顺性研究的 目的是有效控制汽车振动系统的特性，控制振动，保证乘坐舒适度和货物完整性。,输入x(t),输出y(t),评价指标,路面不平度q(i) 车速,弹性元件 阻尼元件 车身、车轮质量,系统特性 h(w),车身传至人体的加速度 悬架弹簧的动挠度 车轮与路面间的动载荷,加权加速度均方根值 撞击悬架限位的概率 行驶安全性,路面不平度统计特性,汽车振动系统特性分析,平顺性的评价方法,5-1 概述,50,50,50,人体对振动的反应,垂直方向412.5hz 水平方向0.52hz 人体最敏感,传至人体的振动加速度,人体对水平方向的振动比垂直方向更敏感,强度,作用方向,频率,5-2人体对振动的反应,人对座椅传给人体的振动最敏感,5-2人体对振动的反应,(一)基本的评价方法 用基本的评价方法来评价时，先计算各轴向加权加速度均方根值。具体有两种计算方法,（1）计算各轴向加权加速度均方根值aw,1）滤波网络法,将测得的 通过相应的频率加权函数 的滤波网络，得到加权加速度时间历程 。,2）频谱分析法,对 进行频谱分析，得到功率谱密度函数 。,5-3平顺性的评价方法,54,当峰值系数 9时，iso 2631-1：1997（e）标准规定用加权加速度4次方根值评价。它能更好地估计偶尔遇到过大的脉冲引起的高峰值系数振动对人体的影响。此时采用辅助评价方法 振动剂量值。,(二)辅助评价法,在测量不平度时，可以用水准仪或专门的路面计来得到路面纵断面上的不平度值。 测量得到的大量路面不平度随机数据，通常在计算机上进行处理，得到路面不平度的功率谱密度gq(n)或方差d2q等统计特性参数。 作为车辆振动输入的路面不平度，主要采用路面功率谱密度描述其统计特性。,把汽车近似作为线性系统处理时，掌握了输人的路面不平度功率谱以及车辆系统的频响函数，就可以求出各响应物理量的功率谱，用来分析振动系统参数对各响应物理量的影响和评价平顺性。 路面不平度的功率谱密度 通常把路面相对基准平面的高度q，沿道路走向长度i的变化q(i)，称为路面纵断面曲线或不平度函数，如图6-4所示。,5-4路面不平度的统计特性,1984年国际标准化组织在文件isotcl08sc2n67中提出的“路面不平度表示方法草案” 国内由长春汽车研究所起草制定的gb7031车辆振动输入路面平度表示标准,上述两个文件还提出了按路面功率谱密度把路面的不平程度分为8级。 表6-3规定了各级路面不平度系数gq(n0)的几何平均值，分级路面谱的频率指数w2。 表上还同时列出了0.011m-1n2.83m-1范围路面不平度相应的均方根值qrms(dq)的几何平均值。,5-4路面不平度的统计特性,当 ，并忽略轮胎阻尼后，汽车立体模型可简化为平面模型。,5-5汽车振动系统及其简化,汽车立体模型振动系统简化为平面模型,5-5汽车振动系统及其简化,在 =1 的情况下，前、后轴上方车身部分的集中质量m2f 、 m2r在垂