《汽车的行驶阻力》PPT课件.ppt

,1.2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？,汽车行驶总阻力,胎面与路面接触部位的相对滑移引起的摩擦阻力，以及悬架弹簧变形时，悬架机构各零件之间的摩擦阻力都要消耗能量。,1.2.1滚动阻力Ff,滚动阻力损失：车轮在路面上滚动时，由轮胎与路面间的相互作用力及其引起的相应变形所引起的能量损失的总称。,1.滚动阻力损失的组成,2.轮胎的迟滞损失轮胎在加载变形时所消耗的能量在卸载恢复时不能完全收回，一部分能量消耗在轮胎内部摩擦损失上，产生热量，这种损失称为轮胎的迟滞损失。,弹性轮胎在硬路面上滚动，轮胎在径向和周向均有变形。假设：刚性路面,轮胎的变形简化：无数微小弹性体依次被压缩和恢复松驰。,以径向变形讨论滚动阻力,va,加载变形区,卸载变形区,OCABO所做的功与ADEBA放出的功之差即为轮胎变形过程的能量损失，称为轮胎的弹性迟滞损失。能量消耗于轮胎各组成部分相互间的摩擦及橡胶帘线寺物质内分子间的摩擦，最后转化为热能消失于气中。,2,3,4,2,3,4,3.从动轮受力分析,Ff1,Ff1,Ff1,f滚动阻力系数,滚动阻力系数及滚动阻力的计算,从动轮的平衡条件,为克服滚动阻力偶矩Mf1，应加之推力为,令,为滚动阻力系数,则,或,因,滚动阻力的计算式为,即车轮滚动时的滚动阻力等于阻力系数与车轮负荷的乘积,W2驱动轮的垂直载荷X2地面切向反作力，由驱动力矩Mt的作用产生T2驱动轴对车轮的作用力Z2法向反作力（由于轮胎的弹性迟滞损失向前移一个距离a2）Mf2滚动阻力偶矩r车轮半径,4.驱动轮受力分析,根据驱动轮的平衡条件，得,真正驱动汽车行驶的力是地面切向反作用力X2,它的数值应为驱动力Ft减去驱动轮的滚动阻力Ff2,整车的滚动阻力，也可引用上面推导出的公式（1-8）将汽车在水平面路上直线行驶时的滚动阻力写成下面公式：,G汽车重力f滚动阻力系数,式中包含了汽车行驶时轮胎的侧向变形、切向变形、道路变形及悬架零件的摩擦所引起的损失。,滚动阻力系数的数值由试验确定。其数值与轮胎（结构、材料、气压）、道路（路面的种类与状况）及使用条件（行驶速度与受情况）有关。,5.影响Ff的因素,子午线轮胎比斜交轮胎的滚动阻力小20%30；而且随车速的变化小。滚动阻力与轮胎的帘线（棉、人造丝、尼龙、钢丝）和橡胶品质有关。在保证轮胎有足够强度和寿命的前提下，减少帘布层数，可以使胎体减薄而减小滚动阻力系数。采用合成纤维或钢丝帘线可以减少帘布层数。,（1）轮胎结构,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,（2）气压,气压越高，轮胎变形及由其产生的迟滞损失就越小，滚动阻力也越小。,气压过低，在硬路面上轮胎变形大，滚动阻力系数增大；气压过高，在软路面上行驶时，路面产生很大的塑性变形，将留下轮辙，使滚动阻力系数增大。,由轮胎与土壤之间的粘着性所致,（3）路面条件,滚动阻力系数f的数值,在坚硬、平整且干燥的路面上，滚动阻力系数最小。路面不平时，滚动阻力系数将成倍增长。因为路面不平引起的轮胎和悬挂机件的附加变形及减振器内产生的阻力要成倍地消耗能量。在松软路面上，由于塑性变形最大，使滚动阻力系数增加很多。,ua高f大车速在50km/h以下时，滚动阻力系数变化不大。车速在100km/h以上时，滚动阻力系数增长较快。车速达到某一高速时，如150200km/h左右，滚动阻力系数迅速增长。,（4）车速ua,轮胎的两个最重要参数：极限速度和承载量。,临界车速（最高车速）当汽车车速超过临界车速时，轮胎会出现驻波现象，其周缘呈明显的波浪状，且轮胎温度快速增加。后果是大量发热导致轮胎破损或爆胎。,驻波现象：在高速行驶时，轮胎离开地面后因变形所产生的扭曲并不立即恢复，其残余变形形成了一种波，这就是驻波。此时轮胎周缘不再是圆形，而呈明显的波浪形。轮胎刚离开地面时波的振幅最大，它按指数规律沿轮胎圆周衰减。,货车（轮胎气压高，行驶速度低f=0.0076+0.000056ua,轿车,在进行汽车动力性分析时，一般取良好硬路面上的滚动阻力系数值。,当va50km/h时，f值可按下式估算,（1）压力阻力（占90）,汽车相对于空气运动时，空气作用在汽车前部的压力称为空气阻力。,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,1.2.2.空气阻力FW,（2）摩擦阻力（810）,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。（与车身表面质量及表面积有关）,1.空气阻力的组成,由汽车前后部压力差所引起的阻力称为形状阻力。汽车行驶时，空气流经车身，在汽车前方，空气相对被压缩，压力升高；在车身尾部和圆角处，空气稀薄，形成涡流，引起负压。形状阻力与车身主体形状有关，约点空气阻力的55%60%。车头、车尾的形状及挡风玻璃的倾角等是影响形状阻力的主要因素。,1）形状阻力,压力阻力包括4个部分,后视镜,突出于车身表面的部分所引起的空气阻力，称为干扰阻力。,2）干扰阻力,后视镜设计也要注重流线形,门把手,悬架导向杆和传动轴,3）诱导阻力,汽车上下部压力差（即升力）在水平方向上的分力，约占空气阻力的5%8%,由于流经车顶的气流速度大于流经车底的气流速度，使得车底的空气压力大于车顶，从而空气作用在车身上的垂直方向的压力形成压差，这就是空气升力,发动机冷却系、车身内通风等所需空气流经车体内部时形成的阻力。约占空气阻力的10%15%,4）内循环阻力,CD空气阻力系数，无因次系数，主要取决于车身形状,2.空气阻力FW的计算,A迎风面积，m2空气密度vr汽车与空气的相对速度，m/s,物理意义：单位动压力在每平方米迎风面积上产生的空气阻力。,无风时，汽车行驶速度以va(km/h)计,空气阻力与空气阻力系数CD及迎风面积A成正比。从结构上降低空气阻力主要应从降低空气阻力系数CD入手。空气阻力与速度的平方成正比，行驶速度愈高，空气阻力愈大，空气阻力相对于滚动阻力的比率就会显著增加。,发动机罩向前下方倾斜，面与面的交接处为大圆弧的圆柱面。,3.汽车阻力系数CD,1）车身前部,CD值的大小和汽车外形关系极大，要降低CD值就要求汽车外形的流线型好。可以通过风洞试验测定。,课下自查，什么是风洞试验？,面与面交接处的棱角应为圆柱状,面与面交接处的棱角应为圆柱状,挡风玻璃为圆弧状，尽可能躺平且与中部拱起的车顶盖圆滑过渡。前窗与水平线夹角为30左右时，CD值最低。前后玻璃支柱应圆滑，窗框高出玻璃面的高度应尽可能小。,用埋入式大灯、小灯、雨刷和门把，灯的玻璃罩与车头、车尾组成圆滑的整体。后视镜等突出物体的形状应接近流线型。,拱形保险杠之下的杠与车头连成连续圆滑的整体。在保险杠之下的车头处，安装适当长度的向前方或前下方伸出的阻流板，虽然它本身会产生一定的阻力，但它能抑制车头处较大的涡流产生，使整车的气流状态得以改善。,车轮盖应与轮胎相平,在侧视图上，汽车应前低后高，使车身呈12的负迎角。可以减少流入车底的空气量，使CD值下降，并可减少升力。,2）整车,在俯视图上，车身两侧应为腰鼓形，前端呈半圆形，后端有此收缩。,在汽车侧视图上，后窗玻璃与水平线呈25以下的称为快（直）背式车身；呈2550的称为舱背式车身。最好采用舱背式或快（直）背式,3）汽车后部,舱背式Hatchback,Fiat1271hsst,直背式Fastback,2006-Mercedes-Benz-CLS55-AMG-1,直背式Fastback,Porsche356,直背式Fastback,在汽车后端安装凸起的扰流板。具有阻滞作用，使流过车身上表面的气充速度降低，从而降低垂直于后窗表面的负压力的绝对值，使空气阻力减小。,当车速超过120km/h，尾翼会自动升高160mm，为车身增加30的下压力；在车速低于80km/h，尾翼又会自动降低,安装后扰流板,应安装后扰流板,在外观上有行李箱的称为折背式车身，它的后窗玻璃与不平线应尽可能呈30角，并采用短而高的行李箱。,折背式notchback,后面应采用鸭尾式结构,后面应采用鸭尾式结构,所有零件在车身底部应尽量齐平，最好有平滑的底板盖住底部。盖板从车身中部或从车轮以后上翘约6角，这样可以顺利地引导车身下的气流流向尾部，减少在汽车尾部形成的涡流，使CD值下降。,4）车身底部,底部比较凌乱,恰当选择进出风口的位置、尺寸和形状，很好地设计通风道，在保证冷却效果的前提下，尽量减小空气内循环阻力。,5）发动机冷却通风系统,冷却前制动器,冷却前制动器,冷却发动机和制动器,冷却后制动器和润滑系统,冷却发动机和前制动器,冷却后制动器,为发动机提供充足的空气,减小CD值要遵循的要点总结：,汽车的CD值在不断地降低，如奥迪100-型轿车在奥迪100-的基础上采用优化措施，使CD值由原来的0.42降至0.30。预计未来，实际使用的轿车在CD值可达0.2。,试验表明，空气阻力系数每降低10%，燃油节省7%左右。,货车和半挂车的空气阻力也很重要，货车的外形设计也采用了减小CD值的方法。驾驶室顶盖、挡风玻璃及前脸在侧视图上具有大的圆弧，特别是整个驾驶室呈楔形的设计，可大幅度减小CD值。,迎风面积：指汽车行驶时受迎面空气流直接冲击的面积，即汽车在垂直于行驶方向的平面上的投影面积。,4.汽车的迎风面积,估算公式,载货汽车,载货汽车,B轮距B1车宽H车高各类汽车的空气阻力系数CD和迎风面积A的数值见表1-6,一些常见车型的空气阻力系数,汽车重力在平行