05_纵向动力学性能分析.ppt

1 汽车系统动力学马天飞 第五章纵向动力学性能分析 2 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 汽车系统动力学马天飞 3 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 汽车系统动力学马天飞 车辆对动力的需求 4 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 汽车系统动力学马天飞 车辆对动力的需求 5 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 汽车系统动力学马天飞 车辆对动力的需求 6 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 汽车系统动力学马天飞 7 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 汽车系统动力学马天飞 8 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 汽车系统动力学马天飞 概述 9 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 汽车系统动力学马天飞 爬坡能力 10 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 汽车系统动力学马天飞 11 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 汽车系统动力学马天飞 12 后备功率 汽车系统动力学马天飞 13 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 汽车系统动力学马天飞 14 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 汽车系统动力学马天飞 传动系统设计方案的影响 15 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 汽车系统动力学马天飞 16 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 汽车系统动力学马天飞 17 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 汽车系统动力学马天飞 燃油消耗量的计算 18 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 汽车系统动力学马天飞 燃油消耗量的计算 19 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 汽车系统动力学马天飞 20 水平路面匀速行驶的燃油消耗曲线 汽车系统动力学马天飞 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 21 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 汽车系统动力学马天飞 减少油耗的途径 22 不同动力总成匹配方案的工作特性 汽车系统动力学马天飞 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 23 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 汽车系统动力学马天飞 减少油耗的途径 24 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 汽车系统动力学马天飞 25 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 汽车系统动力学马天飞 26 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 汽车系统动力学马天飞 27 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 汽车系统动力学马天飞 28 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 汽车系统动力学马天飞 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 29 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 汽车系统动力学马天飞 30 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 汽车系统动力学马天飞 制动性的评价 31 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 汽车系统动力学马天飞 32 理想的前后制动力分配关系 曲线形状取决于车辆质心位置和车辆装载情况 汽车系统动力学马天飞 直线制动动力学分析 33 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 汽车系统动力学马天飞 34 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 汽车系统动力学马天飞 35 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 汽车系统动力学马天飞 转弯制动动力学分析 36 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