汽车性能与使用技术 第2章 汽车动力性.ppt

第2章汽车动力性 主讲教师 刁立福 第一节汽车动力性评价指标 汽车动力性是指汽车在良好路面上直线行驶时 由汽车受到的纵向外力所决定的 汽车所能达到的平均行驶速度 汽车的平均行驶车速越高 单位时间内完成的运输量越多 即汽车的运输生产率越高 汽车动力性在很大程度上决定着汽车作为一种高效运输工具的运输效率 汽车只有具备良好的动力性 才有可能提高汽车的平均行驶速度 达到高的运输生产率 因此 汽车动力性是汽车各种性能中最基本 最重要的性能 从汽车能够达到尽可能高的平均行驶速度的角度考虑 汽车动力性主要有以下三方面的评价指标 2 1 1汽车的最高车速汽车的最高车速是指汽车在水平良好的路面 沥青或混凝土 上 满载 高挡行驶时所能达到的最高行驶速度 2 1 2汽车的加速时间汽车的加速时间表示汽车的加速能力 它对汽车的平均行驶速度有很大的影响 常用原地起步加速时间与超车加速时间来表明汽车的加速能力 原地起步加速时间是指汽车由 挡或 挡起步 以最大的加速度 包括选择适当的换挡时机 逐步换至高挡 并达到某一预定的距离或车速所需的时间 超车加速时间是指汽车用最高挡或者次高挡由某一较低车速全力加速至某一较高车速所需的时间 汽车超车时 汽车与被超车辆并行 容易发生交通事故 所以超车加速时间越短 两车并行行程就越短 行驶安全性就越高 2 1 3汽车的最大爬坡度通常 汽车的最大爬坡度imax是指 挡的最大爬坡度 表示汽车的最大爬坡 上坡 能力 轿车最高车速高 加速时间短 经常在较好的路面上行驶 因此一般不强调它的爬坡能力 而且它的 挡加速能力大 故爬坡能力也强 货车经常在各种路况下行驶 要求它具有足够的爬坡能力 一般imax在30 或16 5 左右 越野汽车在坏路或无路条件下行驶 因而对其爬坡能力有更高要求 它的最大爬坡度可达60 或30 第二节驱动力 主讲教师 刁立福 2 2 1汽车驱动力的产生在汽车行驶中 某瞬时发动机的转速为n r min 转矩为Ttq N m 变速器所用挡位的传动比为ig 主减速器的传动比为io 传动系的机械效率为 T 则驱动轮得到的转矩为Tt Ttqigio T 若驱动轮在路面上无滑转现象 驱动轮施加给路面的力为Fo Tt r 方向与汽车行驶方向相反 r是驱动轮的滚动半径 m 按作用力与反作用力定律 路面将给驱动轮一个反作用力Ft Fo 如图2 1所示 Ft的作用使汽车前进 被称为汽车驱动力 1 发动机扭矩Ttq 发动机特性数据皆指使用特性数据 2 传动系机械效率 T 3 车轮半径r 2 2 2汽车驱动力图 在各个挡位上 以各种不同的速度行驶 汽车可能产生的驱动力所连成的曲线 即各挡的Ft v曲线 称为汽车驱动力图 它直观地显示变速器处于各挡位时 驱动力随车速变化的规律 每一个挡位对应有一条驱动力曲线 挡位低 因传动比大 相应的车速低而驱动力大 驱动力曲线表示在该挡上 以不同车速等速行驶时 汽车可能产生的驱动力 当发动机油门部分开度时 驱动力会相应减小 因此驱动力曲线之下的广泛范围内的点 都可能是汽车行驶的实际工作点 第三节汽车行驶阻力 汽车行驶阻力包括滚动阻力 空气阻力 上坡阻力和加速阻力 其中 汽车在任何行驶状态下均存在滚动阻力和空气阻力 汽车上坡阻力在有坡道的路面上行驶时才存在 汽车加速阻力在汽车行驶车速变化时才存在 汽车在水平路面上等速行驶时就不存在上坡阻力和加速阻力 克服滚动阻力和空气阻力所消耗的能量是不能回收利用的 而克服上坡阻力和加速阻力所消耗的能量可分别在下坡和滑行时重新利用 1 滚动阻力Ff 影响滚动阻力的因素 1 车重 轮胎变形 f 2 路面 路面塑性变形大 f 3 轮胎结构 子午胎比普通胎刚度好变形小 f 4 轮胎气压 气压 变形 f 坏路 f 5 车速 当Va 50km h f c当Va 100 f 当Va 150 200 当Va 振动Hz 轮胎周向 侧向扭曲变形 f 2 空气阻力定义 汽车直线行驶时 空气作用力在行驶方向上的分力 1 组成 压差阻力 车外形状 形状阻力诱导阻力 空气升力在水平方向投影表面阻力 空气有粘度内部阻力 流经散热器 发动机 车箱的阻力干扰阻力 表面突起物 车门把手 后视镜底盘其中 压差和诱导阻力 50 90 内部阻力 2 11 表面阻力 3 30 为了发动机冷却和乘坐舱内换气而引起空气气流通过车身内部所产生的阻力 内循环阻力 2 计算方法 在一般动力计算中 认为空气阻力作用在风压中心 式中 CD 空气阻力系数 实验得出 A 迎面面积 汽车在行驶方向的投影 m2 V 相对速度 km h 3 影响空气阻力因素 1 车速 与V2成正比关系 而功率则与V3成正比关系 2 表面 突出物及光洁 3 A 车型 H 为好 4 CD 车身形状 流线型好 由于乘坐空间的制约A变化不大 但CD变化较大 1950 70年CD 0 4 0 61990年CD 0 25 0 40概念车CD 0 2帕萨特 Passat CD 0 28CD大小对轿车 高速 汽车的性能影响极大 3 坡度阻力Fi 汽车重力沿坡道的分力 车辆在坡道上受力情况如图所示 坡度阻力FiFi Gsin Gtan Gi式中 G 汽车重力 坡度角i 坡度 4 加速阻力Fj在车速变化时 除了上述各项阻力外还出现了惯性力 也包括旋转质量引起的惯性力矩 1 平移质量的加速与减速车辆加速时 出现了平移加速阻力式中 一汽车加速度 加速时 0 减速时 0 2 旋转质量的加速与减速车辆加速时 车上旋转质量的转速也相应增加 引起了旋转质量的加速阻力式中 I 折算到驱动轮上的全部旋转部件的转动惯量和车轮的转动惯量 一车轮的角加速度 rd一车轮动态半径 各旋转部件转动惯量折算到车轮上的转动惯量以及车轮转动惯量的总和按下式计算 式中 Im 发动机 离合器和变速器转动惯量 Ic 传动轴 差速器等转动惯量 IR 全部车轮转动惯量总和 ig 变速器速比 i0 主减速器速比 汽车旋转质量系数 思考题 1 简述滚动阻力的组成2 简述空气阻力的组成3 简述加速阻力的组成4 简述汽车旋转质量系数影响因素 第四节行驶附着条件 主讲教师 刁立福 2 4 1汽车行驶的驱动条件 2 4 2汽车行驶的附着条件 式中 路面给车轮的法向反力 N 车轮与路面间的附着系数 汽车附着力的大小取决于地面作用于驱动轮的法向反作用力和附着系数 而驱动轮的法向反作用力与汽车的总体布置 行驶状况及道路条件有关 一般 汽车前轴的轴荷分配系数m1 0 8 1 4 汽车后轴的轴荷分配系数m2 1 2 0 7 汽车加速行驶 上坡行驶时 前轴轴荷减小 后轴轴荷增加 附着系数主要取决于路面性质与状况 轮胎气压与花纹等 2 4 3汽车行驶的驱动附着条件 要使汽车正常行驶 除了动力装置要能产生足够大的驱动力外 还要有良好的路面附着条件作保证 如果驱动力太小 不足以克服汽车的行驶阻力 汽车不能正常行驶 如果路面的附着力太小 不足以使所需的驱动力发挥出来 汽车也不能正常行驶 出现驱动轮滑转 进而还会影响汽车操纵稳定性 第五节汽车动力性分析 主讲教师 刁立福 汽车动力性分析常用到三大平衡 即驱动力平衡 动力平衡 功率平衡 通常采用图解分析法 应用汽车的驱动力行驶阻力平衡图 动力平衡图和功率平衡图三种方法求解汽车动力性的评价指标 为评价汽车的动力性提供科学的依据 2 5 1汽车驱动力平衡 驱动力行驶阻力平衡图的应用 1 确定汽车的最高车速汽车的最高车速是指汽车满载 用高速挡 在平直良好的水泥或沥青路面上 可以达到的最高稳定车速 2 确定汽车的加速能力汽车的加速能力直接影响汽车平均行驶速度和汽车的行驶安全 通常用加速时间来表示汽车的加速能力 加速时间有原地起步加速时间和超车加速时间 3 确定汽车的爬坡能力汽车的爬坡能力指汽车满载 在良好的水泥或沥青路面上 各挡所能爬过的最大坡度或最大坡度角 2 5 2汽车动力平衡 1 动力因数D 2 动力特性图 2 5 3汽车功率平衡 思考题 1 简述汽车动力性三大平衡图的组成2 如何运用三大平衡图 计算汽车动力性指标3 判断题 a 汽车1挡传动比最大 可能产生加速度一定最大 b 在对汽车动力性三大平衡图的分析中 不难看出 汽车各挡加速度的最大值总是对应于相应挡位的后备驱动力 后备动力因数或后备功率的最大值 c 汽车最高车速一定出现在最高挡 第六节汽车动力性的影响因素 主讲教师 刁立福 为了改善汽车的动力性 使汽车具有合理的动力性参数 必须对影响汽车动力性的各种因素进行分析 以便更好地找到改善汽车动力性的措施 影响汽车动力性的主要因素有 发动机性能参数 汽车结构参数及使用因素 2 6 1发动机性能参数 1 发动机最大功率 最大扭矩在道路附着条件允许的情况下 发动机功率和扭矩越大 汽车的动力性就越好 这是因为发动机功率越大 中速行驶时的后备功率也越大 加速和爬坡性能力必然较好 而发动机扭矩越大 在传动系传动比一定时 最大动力因数越大 也就相应提高了汽车的加速和爬坡能力 2 发动机外特性曲线形状 2 变速器挡位数和传动比3 空气阻力4 轮胎5 汽车总质量 2 6 2汽车结构参数 1 主减速器传动比 2 6 3汽车使用因素使用因素对汽车动力性有重要影响 一辆动力性能良好的汽车 如果长期使用 维护与调整不当 就可能降低发动机功率和传动效率 从而使汽车的动力性变坏 1 发动机技术状况发动机技术状况不良 其功率 扭矩下降 汽车动力性下降 需要正确维护和调整的有 混合气浓度 点火时间 冷却液温度 润滑油更换等 只有保持发动机应有的输出功率和扭矩 才能保证汽车的动力性不下降 2 汽车底盘技术状况汽车底盘技术状况直接影响传动系的机械效率 传动系各传动部件的松紧与润滑 车轮定位的调整 轮胎气压 制动性能的好坏 离合器的调整 润滑油的品质等 都会直接影响汽车的动力性 3 使用条件使用条件主要是指气候条件 道路条件和运输条件 当汽车长时间在高温条件下工作 由于气温高 发动机冷却系散热不良 容易过热而降低发动