纵向动力学性能分析ppt.ppt

汽车系统动力学,第五章纵向动力学性能分析,1,第一节动力的需求与供应,车辆对动力的需求车辆行驶阻力车辆行驶阻力包括车轮滚动阻力、空气阻力、坡度阻力、加速阻力（平动分量和转动分量）。加速阻力转动分量,汽车系统动力学,2,图5-1加速上坡时车辆受到的行驶阻力示意图,等效转动惯量,等效转动惯量必须考虑所有传动部件的转动惯量，包括所有车轮。等效的原则是保持动能一致。,汽车系统动力学,车辆对动力的需求,3,图5-2非匀速工况下需考虑的旋转质量的转动惯量,旋转质量换算系数,定义由车辆参数描述的旋转质量换算系数mv是整车整备质量车辆的总加速阻力mc是装载质量若i大于2，表明用来加速旋转质量的动力需求高于平动加速。（表5-1）戴姆勒-奔驰1632K：1档10.12；2档3.18；8档1.08,汽车系统动力学,车辆对动力的需求,4,车辆行驶阻力曲线,车辆总行驶阻力反映了不同驱动工况下车辆所需的驱动力矩，也称动力需求特性曲线。对于高速行驶的乘用车，空气阻力起主导作用。除空气阻力外，其它阻力分量均与车重成正比。,汽车系统动力学,车辆对动力的需求,5,图5-3车辆上坡时的行驶阻力,车辆的动力供应,驱动力定义为地面作用于驱动轮胎接地印迹内纵向作用力的的合力。车辆沿前进方向的动力供求平衡方程,汽车系统动力学,6,第二节动力性,概述车辆动力性由加速能力、爬坡能力和最高车速来衡量。驱动力平衡图根据发动机外特性曲线计算得到。表示某工况的动力供求关系。PNmax为汽车能产生的最大功率特性曲线。,汽车系统动力学,7,图5-4驱动力平衡图（水平路面行驶工况）,驱动功率平衡图,将某车速下的驱动力和行驶阻力值与车速相乘得到的传递至轮毂的功率PH行驶时需克服的功率PDem即功率供应和功率需求,汽车系统动力学,概述,8,图5-5驱动功率平衡图（水平路面行驶工况）,后备驱动力Fx,ex车辆行驶时实际需要的驱动力FDem与车辆所能提供的最大驱动力Fx的差值。,汽车系统动力学,爬坡能力,9,图5-6后备驱动力与爬坡能力关系的驱动力平衡图,爬坡能力,假设车辆匀速行驶，全部后备驱动力都用于克服坡度阻力，可以得到特定档位车速下的最大爬坡角,汽车系统动力学,10,图5-7后备驱动力与爬坡能力关系的驱动力平衡图,加速能力,车辆加速能力用可达到的最大加速度来表示。车辆要想达到最大加速度，后备驱动力需全部用来克服加速阻力若不考虑旋转质量的影响，i=1，加速能力曲线与后备驱动力曲线一致。重型货车低速档i较大，对加速能力的影响也很大。,汽车系统动力学,11,图5-8重型货车旋转质量系数对加速能力的影响,后备功率,汽车系统动力学,12,图5-9加速能力与后备功率关系的功率平衡图,传动系统设计方案的影响,在设计传动系统时，必须校核每个档位的加速能力和爬坡能力。不同坡度下的驱动力（功率）平衡图一档能爬上40%的坡度,汽车系统动力学,13,图5-10不同坡度情况下的驱动力和驱动功率平衡图,换档策略,为实现车辆的最大加速能力，换档的最佳时机应为发动机达到最高转速；相邻高档能够提供比当前档位更高的加速度。各档后备驱动力曲线的交点即代表了相邻两档间的最佳换档时机。,汽车系统动力学,传动系统设计方案的影响,14,图5-11旋转质量换算系数对加速工况下最佳换挡时机的影响,下长坡时的行驶稳定性分析,由于坡度阻力与汽车行驶方向相同，导致阻力曲线处于横轴以下；为增大阻力，需采用缓速装置电涡流缓速器能维持更高的稳定车速；在低速范围内，发动机制动的效果更好。,汽车系统动力学,15,图5-12采用发动机制动和电涡流缓速器的车辆下坡行驶稳定性分析,第三节燃油经济性,燃油消耗量的计算单位里程燃油消耗量Btr和单位时间燃油消耗量Btp根据发动机万有特性图可得到燃油消耗率曲线,汽车系统动力学,16,图5-13发动机万有特性图,该工况燃油消耗率的确定,车辆行驶所需发动机转矩ML为转矩损失。所需发动机缸内平均有效压力Vs为发动机排量，i为每缸每转点火次数。发动机转速根据pme和ne确定该工况的燃油消耗率be（g/(kw.h)）,汽车系统动力学,燃油消耗量的计算,17,计算燃油消耗量,单位时间的燃油消耗量单位里程的燃油消耗量对于循环行驶工况，须将过程划分成若干段稳定工况，分别计算燃油消耗量，再求和。若发动机处于不稳定工况，则只能求近似解。,汽车系统动力学,燃油消耗量的计算,18,减少油耗的途径,车辆燃油消耗量减少燃油消耗量的途径发动机的工作状况传动系统效率车辆行驶阻力MT车辆变速器传动比和主减速比的设计及换档时机的选择，AT车辆的换档控制策略对燃油消耗率有很大的影响。,汽车系统动力学,19,水平路面匀速行驶的燃油消耗曲线,汽车系统动力学,减少油耗的途径,考虑变速器的增矩作用和传动系的功率损失，将随车速变化的滚动阻力曲线转换到发动机万有特性图上。,20,图5-14发动机特性曲线与功率需求曲线,有级变速器车辆的油耗状况,相同车速下，高速档的燃油消耗量少；常用档位的燃油消耗量曲线应当尽量靠近最省油的工作点。,汽车系统动力学,减少油耗的途径,21,图5-15匀速工况下某货车不同档位下的燃油消耗量,不同动力总成匹配方案的工作特性,汽车系统动力学,减少油耗的途径,CVT系统可以根据所需功率控制传动比，在发动机特性图上任意选择工作点，使发动机总是工作在最省油的工况。,22,图5-16发动机特性曲线与功率需求曲线,车辆燃油消耗量的影响因素,轿车车辆参数变化对燃油消耗量的影响对于货车，整车质量对滚动阻力和耗油量起决定作用。常以最高车速行驶，调整空气动力学参数更为重要。,汽车系统动力学,减少油耗的途径,23,图5-17各参数的变化对轿车燃油消耗量的影响,第四节驱动与附着极限和驱动效率,一、车辆所受的垂向力车辆所受的垂向载荷Fz由静载Fzs、动载Fzd、坡道分量Fzg和空气动力学分量FL组成。,汽车系统动力学,24,图5-18车辆加速上坡的受力情况,二、车辆所受的纵向驱动力,前轮驱动车辆所需的驱动力换算到驱动轮上的当量转动惯量，应包括车轮、制动盘等所有相关旋转部件的转动惯量。,汽车系统动力学,25,三、前后轴的附着率,驱动附着率f定义为纵向驱动力与法向力的比值。附着率与附着系数不同，是车辆所需驱动力与法向载荷的比值，是附着系数中已经利用了的部分。附着系数是车辆能得到的最大驱动力与法向载荷的比值。不同行驶工况，附着率是不同的；驱动轮才有附着率，教材表5-4。,汽车系统动力学,26,四、由路面附着限制的加速或爬坡能力,若潜在的附着力全部用于克服加速或上坡阻力，则可列出平衡方程。计算出车辆在不同驱动形式和行驶工况下的各项性能表达式。（表5-5）前轮驱动汽车在水平路面的起步加速能力,汽车系统动力学,27,五、驱动效率,1、定义：驱动轴静载与整车重量的比值2、驱动效率决定着车辆的驱动能力和附着极限3、驱动效率与车辆质心位置相关,汽车系统动力学,主要取决于发动机位置和装载情况；与动态载荷的转移和上坡时轴荷转移有关。,28,图5-19不同驱动方式下车辆的驱动效率与装载情况的关系,第五节制动性,一、制动性的评价1、车辆制动性能的评价制动效能制动距离和制动减速度制动效能的稳定性连续制动时保持一定制动效能的能力制动时的方向稳定性不跑偏、不侧滑、不失去转向能力,汽车系统动力学,29,2、制动强度与制动效率,制动强度定义为车辆制动减速度与重力加速度的比值，是制动效能的评价指标。制动时，前、后轴的制动附着率分别定义为其制动力与相应轴荷的比值。将车轮将要抱死时的制动强度与附着率之比定义为制动效率。,汽车系统动力学,制动性的评价,30,二、直线制动动力学分析,忽略坡度和空气对轴荷的影响，有车辆制动时能得到的最大制动强度等于路面附着系数为了在不同附着系数的路面上得到最好的制动效果，需合理的分配前后轴制动力。理想制动强度与前轴制动力的关系,汽车系统动力学,31,理想的前后制动力分配关系,图5-20理想的制动力分配曲线曲线形状取决于车辆质心位置和车辆装载情况。,汽车系统动力学,直线制动动力学分析,32,三、制动稳定性分析,后轮抱死时，在侧向干扰力的作用下，前轮侧向力将产生不稳定力矩，使车辆侧偏角增加。,汽车系统动力学,33,图5-21前轮和后轮先抱死时的运动车辆情况分析,四、转弯制动动力学分析,车辆在转弯制动时，轮胎必须提供足够的纵向力和侧向力。直线制动时的最佳制动效能，转弯时不一定能达到。当转弯加剧时，制动减速度（制动效率）将减小。,汽车系统动力学,34,图5-22后轴制动效率与车速和转弯半径的关系,车辆转弯制动时的受力状况,转弯制动时，车辆的纵向减速度、侧向加速度和车身侧倾都会使各个轮胎的垂向载荷发生变化。,汽车系统动力学,转弯制动动力学分析,35,图5-23车辆转弯制动的受力分析,转弯制动工况下各轮制动效率的计算,根据车辆制动力分配特性求出制动管路压力，计算每个车轮的制动力，进而求出总制动力Fb；求出车辆制动减速度ax=Fb/m；对于给定侧向加速度，计算每个车轮的法向载荷；计算各车轮的侧向力；计算各个车轮不发生抱死时的附着率；根据ax和各车轮附着率f，计算各车轮的制动效率。,汽车系统动力学,转弯制动动力学分析,36,FIAT124车转弯制动工况下的制动效率,图5-24转弯制动工况下各轮的制动效率各车轮依次抱死。,汽车系统动力学,转弯制动动力学分析,37,汽车系统动力学,38,谢谢观赏,汽车系统动力学,39,问题：1.汽车的阻力通常包括哪些？常见的阻力有哪些？答：(1)汽车在水平道路上等速行驶时，必须克服来自地面的滚动阻力和来自空气的空气阻力，当汽车在坡道上上坡行驶时，还必须克服重力沿坡道的分力坡度阻力，汽车加速行驶时还需要克服加速阻力，因此，汽车的阻力通常包括车轮滚动阻力、空气阻力、加速阻力和坡度阻力。(2)在以上阻力中，滚动阻力和空气阻力是在任何行驶条件下均存在的，坡度阻力和加速阻力仅在一定行驶条件下存在，因此，常见的阻力有车轮滚动阻力、空气阻力和加速阻力。,汽车系统动力学,40,2.什么是后备功率？为什么一档爬坡能力强？答：(1)后备功率反映的是汽车爬坡和加速性能，指汽车在某一档位下能发出的最大功率和该档位下需要的功率之差。此差值随着汽车运行状况的不同会时刻发生改变，因为路况，载荷等相关因素会随着汽车的运行而变化,在一般情况下维持汽车等速行驶所需的发动机功率并不大，发动机节气门开度较小，当需要爬坡或加速时，驾驶员加大节气门开度，汽车的全部或部分后备功率发挥作用。因此，汽车的后备功率越大，汽车的动力性越好。利用后备功率可以具体地确定汽车的爬坡度或加速度。(2)一档的牵引力是最大的，因为经过变速箱和减速器的减速作用，达到减速增矩，此时的转速增加，功率增大，从而达到平衡点，故爬坡能力最强。,汽车系统动力学,41,3.燃油消耗率的单位是什么？答：燃油消耗率的单位是g/(kmh)。4.汽车制动性什么时候最好？当汽车处于直线行驶时，前轮抱死好还是