汽车原理及构造-6-汽车原理_汽车动力性_驱动力与行驶阻力.ppt

1,第一章汽车动力性,本节重点计算并分析汽车行驶过程中的驱动力和行驶阻力。,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,返回目录,2,Tt,F0,Ft,r,ua,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,一、驱动力Ft,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。,3,Tt,F0,Ft,r,ua,Tt驱动力矩；,Ttq发动机转矩；,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,一、驱动力Ft,ig变速器传动比；,i0主减速器传动比；,T传动系的机械效率。,4,能否解释为什么汽车低挡的加速能力好于高挡？,思考,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。,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,由可知,5,发动机的转速特性，即Pe、Ttq、b=f（n）关系曲线。,节气门开启程度的不同,外特性曲线,部分负荷特性曲线,思考,计算汽车动力性指标时，需要用什么特性曲线？,1.发动机的转速特性,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,6,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,7,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,带上全部附件设备时的发动机特性曲线，称为使用外特性曲线。一般，使用外特性与外特性相比：汽油机的最大功率约小15%；货车柴油机的最大功率约小5%；轿车与轻型货车柴油机的最大功率约小10%。,8,等速行驶时,PT传动系损失的功率。,Pin输入传动系的功率；,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,2.传动系的机械效率T,9,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,表1-1传动系各部件的传动效率,10,自由半径：车轮处于无载时的半径。静力半径rs：汽车静止时，车轮中心至轮胎与道路接触面间的距离。滚动半径rr：车轮几何中心到速度瞬心的距离。,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,3.车轮半径,11,做出的Ft-ua关系图，即驱动力图。,依据下面两式,以及发动机外特性曲线,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,4.汽车的驱动力图,12,奥迪A4轿车驱动力图,13,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,14,滚动阻力Ff,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,二、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,15,软路面上,硬路面上,产生滚动阻力的主要原因,轮胎变形,轮胎变形和路面变形,轮胎变形为什么会产生滚动阻力？,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。,1.滚动阻力Ff,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,思考,16,ua,加载变形区,卸载变形区,思考,由轮胎的迟滞损失图看，在轮胎径向变形相同的情况下，地面作用在加载变形区与卸载变形区的法向反力是否相等？,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,17,1）从动轮受力分析,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,FZd,FZd,18,f滚动阻力系数,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,令,19,即路面作用于驱动轮的切向力FX2比Ft要小。,2）驱动轮受力分析,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,20,ua高f大,货车f=0.0076+0.000056ua,3）影响Ff的因素,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,轿车,（1）车速ua,21,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,22,轮胎的两个最重要参数：极限速度和承载量。,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,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。,23,驻波现象（图像）,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,24,子午线轮胎比斜交轮胎的滚动阻力小20%30；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。,（2）轮胎结构,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,25,（3）气压,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,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。,26,（4）驱动力,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,27,为什么驱动力系数很大时，气压越低f越小？,Ft胎面滑移Ff,pa接地面积胎面滑移滑移引起的Ff,思考,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,28,上高速公路时，轮胎气压应该适当高一些。,在松软路面、泥泞路面、雪地行驶时，可适当降低轮胎气压。,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,在高速公路上，轮胎变形产生的滚动阻力大还是滑移产生的滚动阻力大？,胎压高轮胎变形小迟滞损失少Ff小,胎压低滑移小Ff小,上高速公路前要检查胎压，在给定的胎压范围内，胎压适当高一些好还是低一些好？,思考,思考,29,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,由轮胎与土壤之间的粘着性所致,（5）路面条件,表1-2滚动阻力系数f的数值,30,离心力前、后轮产生侧偏力侧偏力沿行驶方向产生分力滚动阻力增加,（6）转向,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,31,（1）压力阻力（占91）,汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向的分力称为空气阻力。,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。,2.空气阻力FW,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,32,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,33,取决于车身主体形状。,1）形状阻力,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,34,后视镜,车身表面的凸起物引起的阻力。,2）干扰阻力,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,35,后视镜,后视镜设计也要注重流线形,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,36,后视镜,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,后视镜,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,38,门把手,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,39,悬架导向杆和传动轴,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,40,满足冷却、通风等需要，使空气流经车体内部时构成的阻力。,4）诱导阻力,空气升力在水平方向的投影。,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,3）内循环阻力,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。,41,思考,夏季在高速公路上开空调省油还是开窗通风省油？,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,打开天窗换气和打开侧窗换气有何不同？,打开天窗换气时，天窗上方的压力低于车内的压力。,（2）摩擦阻力（9）,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。,42,CD空气阻力系数；A迎风面积；ur相对速度；空气密度。,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,（3）空气阻力FW的计算,43,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,发动机盖应向前下倾,（4）减小CD值要遵循的要点,1）车身前部,44,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,面与面交接处的棱角应为圆柱状。,45,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,面与面交接处的棱角应为圆柱状。,46,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,风窗玻璃应尽可能“躺平”，且与车顶圆滑过渡。,47,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,越野车很难做到,风窗玻璃应尽可能“躺平”，且与车顶圆滑过渡。,48,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,尽量减少灯、后视镜和门把手等凸出物。,49,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,上掀式前照灯（视频）,50,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,在保险杠下面，应安装合适的扰流板。,51,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,车轮盖应与轮胎相平。,52,思考：F1方程式赛车为什么不用车轮盖？,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,53,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,整个车身应向前倾12。,2）整车,54,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,水平投影应为腰鼓形。,55,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,后端稍稍收缩，前端呈半圆形。,56,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,最好采用舱背式或直背式。,3）汽车后部,57,应安装后扰流板。,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,58,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,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。,应安装后扰流板。,59,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,应安装后扰流板。,60,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,应安装后扰流板。,61,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,应安装后扰流板。,62,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,若用折背式，则行李箱盖板至地面距离应高些，长度要短些。,63,后面应采用鸭尾式结构。,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,64,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,后面应采用鸭尾式结构。,65,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,所有零件应在车身下平面内且较平整，最好有平滑的盖板盖住底部。,4）车身底部,66,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,底部比较凌乱,67,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,底部比较凌乱,68,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,仔细选择进风口与出风口的位置，精心设计内部风道。,5）发动机冷却通风系统,69,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,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,70,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,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,71,什么是超级跑车？,限量生产、价格高昂、动力强劲（3.5L以上、8缸以上）、起步快（0100km/h时间在5s以内）、技术超群、车身自重轻（采用碳纤维或轻质合金材料）、外观超前等。,形象的描述：外观鲜亮，让人爱得要死；加速时令人皮肤绷紧、汗毛直竖，让人吓得要死；数量奇少，价格奇高，让人想得要死。,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,思考：对于轿车和超级跑车，哪种车型的空气阻力系数更大？为什么？,72,三种超级跑车,兰博基尼,法拉利,保时捷,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,73,答案由于尾翼的影响、发动机和制动器通风冷却的需要，超级跑车的空气阻力系数一般会大于普通轿车。,兰博基尼跑车在冷却通风口关闭且扰流板摆平时，CD值为0.33；展开时，CD值为0.36。,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,思考：对于轿车和超级跑车，哪种车型的空气阻力系数更大？为什么？,74,减小CD值要遵循的要点总结如下：,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,75,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,未来轿车的外形,76,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,6）货车和半挂车的空气阻力也很重要，不少货车驾驶室上已装用导流板等装置，以减小空气阻力、节省燃油。,77,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,78,一些常见车型的空气阻力系数,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,79,汽车重力沿坡道的分力。,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,3.坡度阻力Fi,80,一般道路的坡度均较小。,一些常见路面的坡度,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,81,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,82,道路阻力,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,滚动阻力和坡度阻力之和。,一般道路较小，1，i,令f+i=，为道路阻力系数,83,平移质量的惯性力旋转质量的惯性力偶矩,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,汽车加速行驶时，克服其质量加速运动时的惯性力。,旋转质量换算系数,IW车轮转动惯量；,If飞轮转动惯量。,4.加速阻力,84,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,挡位不同，值不同,85,总质量越小的车，旋转质量换算系数值越大。,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,总质量不同，值不同,86,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,三、汽车行驶方程式,旋转质量惯性力（力矩）,1)飞轮的惯性力矩,e飞轮旋转角速度w车轮旋转角速度)u车速r车轮半径If飞轮转动惯量,将飞轮的惯性力矩Tf传到驱动车轮Tfw,2)Tj(车轮的惯性力矩),Iw车轮转动惯量,3)Fj2(旋转质量惯性力),加速阻力（惯性力，包含平移质量和旋转质量）Fj设回转质量换算系数So,从动轮加速行驶时的受力分析,用受力分析法推导汽车行驶方程式,1）从动轮模型:（加速）,Return,驱动轮加速行驶时的受力分析,2）驱动轮模型:（加速）,Return,整车加速上坡时的受力分析,3）整车模型：（加速上坡）,要点,Fjw2包含两部分:1）传递到驱动轮的飞轮旋转质量惯性力；2）驱动车轮自身的旋转质量惯性力。对于整车模型,Fp和Tt等都是内力，在整车受力分析中不应出现。Ft和Ff是假设出来为了计算方便的，在受力图中不应出现。,97,汽车受到外力的功率为P,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,用功率方程推导和汽车行驶方程式,汽车以车速u行驶时的动能为E,发动机功率为Pe,传动系摩擦阻力的负功率为Pr,Fr传动系摩擦力转换到车轮轮缘的阻力。,98,加速时飞轮和车轮的受力图,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,99,无级变速时,如果只考虑飞轮的转动惯量，加速时作用于驱动轮的转矩,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,设传动系无任何摩擦阻力，作用于驱动轮的转矩为,100,传动系各处摩擦转换到驱动轮处的摩擦阻力转矩为Tr,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,传动系摩擦损耗的功率为Pr,传动系各处摩擦转换到车轮周缘的总摩擦阻力为Fr,101,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,由汽车整体动能对时间的变化率等