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汽车动力学 第一章汽车动力性 汽车的动力性 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 基本概念 动力性的评价指标汽车的驱动力与各种行驶阻力汽车行驶的驱动 附着条件重点内容 驱动力 行驶阻力平衡图分析汽车动力性的方法动力特性图 图解法 功率平衡图 第1节汽车动力性指标 从获取尽可能高的平均速度考虑 动力性指标有 最高车速加速时间最大爬坡度1 最高车速uamax在水平良好的路面上汽车能达到的最高行驶速度 km h 2 加速时间t表示汽车的加速能力 常用 原地起步加速时间 汽车以1档或2档起步 并以最大加速强度换至最高档后达到某一距离 0402 5m或0400m 或车速 096 6km h或0100km h 所需要的时间 s 超车加速时间 用最高档或次高档由某一较低车速 30km h或40km h 全力加速至某一高速所需时间 s 如 部分轿车的原地起步加速过程曲线 3 最大爬坡度imax汽车的上坡能力 以1档满载时汽车在良好路面上的最大爬坡度表示 是极限爬坡能力 轿车 一般不强调货车 imax 30 约16 5 越野汽车 imax 60 有时也以汽车在一定坡道上必须达到的车速来表示爬坡能力 如 美国对轿车爬坡要求 能以104km h车速通过6 的坡道 第2节汽车的驱动力与行驶阻力 根据沿行驶方向作用于汽车的各种外力 可以计算汽车的最高车速 加速度 最大爬坡度 由力平衡关系得 Ft FFt 驱动力 F 行驶阻力之和汽车行驶方程 一 驱动力 1 定义发动机产生的转矩 经传动系至驱动轮 转矩Tt对地面产生圆周力Fo 地面对驱动轮的反作用力Ft即为驱动力 2 表达式Ft Tt rr 车轮半径驱动轮转矩Tt与发动机转矩Ttq的关系为 故 3 表达式涉及的几项具体内容1 发动机转速特性发动机的功率Pe 转矩Tqt及燃油消耗率b与曲轴转速n之间的函数关系 用试验曲线或拟合多项式表达 发动机外特性曲线 发动机节气门置于全开位置发动机部分负荷特性曲线 发动机节气门置于部分开启位置台架试验特性曲线 发动机台架试验时所获得的曲线 使用外特性曲线 带上全部附件时的外特性 与台架试验特性相差5 15 2 传动系机械效率传动系各部件 变速器 万向节 主减速器 的摩擦导致的功率损失 由试验测得 汽车各部件的传动效率机械变速器的轿车 T 0 9 0 92货车 客车 T 0 82 0 85 3 车轮半径三个半径自由半径车轮处于无载荷时的半径 静力半径rs汽车静止时 车轮中心至轮胎与地面接触面间的距离 用作动力学分析 滚动半径rr通过车轮转动圈数与实际车轮滚动距离之间的关系换算所得得半径 用作运动学分析 一般可不计差别 rs rr r 4 汽车的驱动力图发动机外特性确定的是发动机输出转矩和转速关系 经传动系到达车轮后 可表示为驱动力与车速间的关系 由式 1 得各档位的Ft值 发动机转速n与汽车行驶速度ua间的关系单位ua km hn r minr m 二 汽车的行驶阻力 汽车行驶时的各种阻力 滚动阻力 以符号Ff表示 空气阻力 以符号Fw表示 坡度阻力 以符号Fi表示 加速阻力 以符号Fj表示 因此汽车行驶的总阻力为 F Ff Fw Fi Fj 一 滚动阻力1 组成轮胎与路面接触区域产生的法向 切向相互作用力 轮胎和支承路面的变形轮胎在硬路面上滚动时 主要是轮胎变形 轮胎在硬支承路面上受径向力时的加载和减载曲线不重合 其面积之差为能量损失 由轮胎内摩擦产生弹性迟滞损失 迟滞损失表现为阻碍车轮滚动的阻力偶 2 滚动阻力偶分析车轮不滚动 地面对车轮的法向反作用力对称 车轮滚动 处于前部d点的地面法向反力 CF 大于处于恢复的后部d 点地面反力 DF 合力Fz前移距离a 与法向载荷W不重合 滚动阻力偶矩Tf Fza从动轮 欲使从动轮在硬路面上等速滚动 必须在车轮中心加一推力Fp1 根据力矩平衡 若令f a r 可将Fp1值写作Fp1 Wf或f Fp1 W f称为滚动阻力系数 可见滚动阻力系数是车轮在一定条件下滚动时所需之推力与车轮负荷之比 即单位汽车重力所需之推力 Ff Wf Tf r 驱动轮 由驱动轮的力矩平衡得 FX2r Tt Tf故FX2 Ft Ff其中 FX2为驱动力矩所引起得道路对车轮的切向反作用力 即实际作用在驱动轮上的切向力为驱动力减滚动阻力 滚动阻力系数由试验确定 滚动阻力系数与路面的种类 行驶车速以及轮胎的构造 材料 气压等有关 二 空气阻力汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力称为空气阻力 空气阻力分为压力阻力 一般轿车占91 与摩擦阻力 9 两部分 压力阻力又分为四部分 形状阻力 58 干扰阻力 14 内循环阻力 12 和诱导阻力 7 空气阻力 或其中 ua 汽车车速 km h A 迎风面积 m CD 空气阻力系数 故降低CD值是降低空气阻力的主要手段 措施有 1 车身前部 发动机盖下倾 圆柱状棱角 减少凸出物 2 整车 车身前倾1 2 前端半圆 后收 鼓腰 3 汽车后部 舱背式或直背式好 加扰流板 如为折背式 用鸭尾式结构 4 车身底部 下平面尽量平整 5 发动机冷却进风系统 仔细选择进出风口位置 三 坡度阻力当汽车上坡行驶时 爬坡演示汽车重力沿坡道的分力表现为汽车坡度阻力Fi Fi Gsin 其中 G 作用于汽车上的重力 N G mg m为汽车质量 kg g为重力加速度 一般路面上坡度较小 此时Fi Gsin Gtg Gi由于坡度阻力与滚动阻力均属于与道路有关的阻力 且均与汽车重力成正比 故可把这两种阻力合在一起称作道路阻力 以F 表示 即F Ff Fi fGcos Gsin 当 不大时 cos 1 sin i F Gf Gi G f i 令f i 称为道路阻力系数F