第三章　汽车动力性

10BW2,主编,第三章汽车动力性第四章汽车的燃油经济性,第三章汽车动力性,第三章汽车动力性,第一节汽车的动力性指标第二节汽车行驶方程式第三节汽车动力性分析第四节附着条件决定的汽车动力性第五节汽车驱动系统参数对汽车动力性的影响第六节汽车动力性试验,第一节汽车的动力性指标,第一节汽车的动力性指标,1.汽车的最高车速2.汽车的加速能力,图3-1汽车加速曲线,第一节汽车的动力性指标,3.汽车的爬坡能力,第二节汽车行驶方程式,第二节汽车行驶方程式,一、汽车的驱动力,图3-2汽车的驱动力,第二节汽车行驶方程式,图3-3发动机特性曲线,第二节汽车行驶方程式,1.发动机有效转矩Te,图3-4发动机部分负荷特性曲线中的功率与转矩曲线,第二节汽车行驶方程式,2.传动系的机械效率,表3-1传动系各总成的传动效率,3.车轮半径r4.汽车的驱动力图,第二节汽车行驶方程式,图3-5装有五档变速器的某型汽车的驱动力图,第二节汽车行驶方程式,二、汽车的行驶阻力,图3-6弹簧轮模型,第二节汽车行驶方程式,1.滚动阻力,图3-7某轮胎的径向变形曲线,第二节汽车行驶方程式,图3-8弹性轮胎在硬路面上滚动时的受力情况a)前移b)产生滚动阻力偶矩,第二节汽车行驶方程式,图3-9驱动轮在硬路面等速滚动时的受力,第二节汽车行驶方程式,表3-2不同路面的滚动阻力系数,第二节汽车行驶方程式,图3-10车速和轮胎类型对滚动阻力系数的影响,第二节汽车行驶方程式,图3-11气压对滚动阻力系数的影响,第二节汽车行驶方程式,图3-12滚动阻力系数与驱动力系数的关系,第二节汽车行驶方程式,图3-13汽车转弯行驶时的滚动阻力,第二节汽车行驶方程式,2.坡度阻力和道路阻力,图3-14汽车坡度阻力,第二节汽车行驶方程式,3.空气阻力(1)空气阻力的形成汽车直线行驶时，受到的空气作用力在行驶方向上的分力称为空气阻力。,图3-15压力阻力的形成,第二节汽车行驶方程式,图3-16不同形式轿车的涡流区,第二节汽车行驶方程式,图3-17车辆的内部气流,(2)空气阻力的计算,第二节汽车行驶方程式,图3-18大众集团汽车空气阻力系数的逐年变化情况,第二节汽车行驶方程式,表3-3汽车空气阻力系数和迎风面积的变化范围,(3)降低空气阻力系数的措施采取以下措施可以降低汽车的空气阻力系数。4.加速阻力,第二节汽车行驶方程式,图3-19汽车的旋转部件简图,第二节汽车行驶方程式,图3-20汽车旋转质量换算系数a)轿车旋转质量换算系数与传动系总传动比的关系b)货车旋转质量换算系数与传动系总传动比的关系,第二节汽车行驶方程式,三、汽车行驶方程式,第三节汽车动力性分析,第三节汽车动力性分析,一、汽车的驱动条件二、驱动力行驶阻力平衡图、动力特性图和功率平衡图1.驱动力行驶阻力平衡图,图3-21汽车驱动力行驶阻力平衡图,第三节汽车动力性分析,2.动力特性图3.功率平衡图,图3-22汽车的功率平衡图,第三节汽车动力性分析,三、汽车动力性分析1.汽车的最高车速amax(1)利用驱动力行驶阻力平衡图分析汽车的最高车速Vamax(km/h)指汽车在水平良好的路面上所能达到的最高行驶速度。(2)利用动力特性图分析(3)利用功率平衡图分析如图3-22所示，汽车以最高档在平直道路上稳定行驶时，其发动机功率曲线Pe与需克服的阻力功率曲线的交点所对应的车速，即为汽车的最高车速。2.汽车的加速能力,第三节汽车动力性分析,(1)利用驱动力行驶阻力平衡图分析汽车驱动力与滚动阻力和空气阻力之差Ft(Ff+Fw)，称为汽车的后备驱动力。,图3-23汽车动力特性图及动力性分析,第三节汽车动力性分析,图3-24汽车的加速度曲线,第三节汽车动力性分析,图3-25加速度倒数曲线,第三节汽车动力性分析,(2)利用动力特性图分析称动力因数与滚动阻力系数之差Df为后备动力因数。,图3-26后备功率曲线图,第三节汽车动力性分析,(3)利用功率平衡图分析利用汽车的功率平衡图也可确定汽车的加速能力。3.汽车的爬坡能力(1)利用驱动力行驶阻力平衡图分析若后备驱动力Ft(Ff+Fw)全部用来爬坡，则Fj=0，根据行驶方程式得到：,图3-27汽车爬坡度图,第三节汽车动力性分析,(2)利用动力特性图分析(3)利用功率平衡图分析,第四节附着条件决定的汽车动力性,第四节附着条件决定的汽车动力性,一、附着力和附着条件二、汽车的附着力1.附着系数2.驱动轮上的法向反作用力,图3-28汽车加速上坡时的受力图G汽车重力道路坡度角汽车质心高度风压中心高区、作用在前后车轮上的滚动阻力偶矩、作用在前后车轮上的惯性阻力偶矩、作用在前后车轮上的法向反作用力、作用在前后车轮上的地面切向反作用力L汽车轴距、汽车质心到前后轴的距离,第四节附着条件决定的汽车动力性,3.汽车的附着力三、附着条件限制下汽车的动力性1.附着条件限制的加速能力,图3-29前轮驱动汽车加速行驶时受力图,第四节附着条件决定的汽车动力性,2.附着条件限制的爬坡能力,图3-30前轮驱动汽车上坡时受力图,第五节汽车驱动系统参数对汽车动力性的影响,第五节汽车驱动系统参数对汽车动力性的影响,一、发动机功率二、汽车传动系的传动比1.传动系最小传动比的确定(1)Vamax设计最高车速(即阻力功率曲线与驱动功率曲线的交点所对应的车速)对应于发动机最大功率点的转速ne(Pemax)。(2)高速设计最高车速对应的发动机转速高于发动机最大功率点的转速ne(Pemax)，其优点是有较大的后备功率，缺点是达不到理论最高车速；而且，当以Vamax行驶时，发动机转速过高，因而噪声、磨损和油耗都过高。,第五节汽车驱动系统参数对汽车动力性的影响,(3)低速设计最高车速对应的发动机转速低于发动机最大功率点的转速ne(Pemax)，其优点是汽车以Vamax行驶时，发动机转速较低；同时，发动机负荷率较高，油耗下降。,图3-31最小传动比的确定方法,第五节汽车驱动系统参数对汽车动力性的影响,2.传动系最大传动比的确定3.传动系档数与各档传动比的确定(1)传动系的档数因为使用条件不同，汽车功率不同，且对整车性能要求不同，因而不同类型汽车的传动系应具有不同的档位数。(2)各档传动比的确定确定了汽车的最小传动比itmin、最大传动比itmax及变速器的档位数后，应当确定中间各档的传动比。1)等比级数分配。,第五节汽车驱动系统参数对汽车动力性的影响,图3-32换档过程中车速与发动机转速的关系,第五节汽车驱动系统参数对汽车动力性的影响,2)渐进式速比分配。三、轮胎尺寸与形式对汽车动力性的影响,第六节汽车动力性试验,第六节汽车动力性试验,一、汽车动力性道路试验1.试验条件1)试验汽车的装载质量为厂定的最大装载质量，且装载物均匀分布，固定牢靠，不因潮湿等条件变化而改变其质量。2)轮胎气压应符合该试验车技术条件的规定，误差不超过10kPa。3)试验车使用的燃料、润滑油(脂)、制动液的牌号和规格均应符合该车技术条件和现行国家标准的规定，同一次试验必须使用同一批燃料和润滑油。,第六节汽车动力性试验,)试验必须在无雨无雾的天气中，相对湿度小于95%，气温040，风速不大于3m/s。)试验道路应是清洁、干燥、平坦的混凝土或沥青铺成的平直路面，长度不小于8m，纵向坡度在0.1%以内。)试验用仪器、设备必须经过检查，符合精度要求。2.试验仪器,图3-33五轮仪a)非接触式b)接触式c)主机,第六节汽车动力性试验,3.试验项目(1)最高车速Vamax汽车发动机节气门全开，汽车变速器挂最高档，待达到最高稳定车速后，测定其驶过1000m所用的时间，经计算可求得最高车速。(2)汽车加速性能测定1)超车加速能力试验。2)起步加速能力试验。(3)上坡能力试验上坡能力应在一组坡度不同的坡道上试验，坡道长度应大于车长的23倍。(4)滚动阻力测定用滑行试验法可测定汽车低速行驶时的滚动阻力。,第六节汽车动力性试验,二、汽车动力性室内试验1.汽车动力性试验原理,图3-34汽车底盘测功机试验原理,第六节汽车动力性试验,2.汽车传动系统传动效率试验,图3-35传动系效率试验台1液力缸2传动轴3齿轮箱4变速器5转矩传感器,3.车轮滚动阻力试验,第六节汽车动力性试验,图3-36轮胎试验台,第六节汽车动力性试验,4.汽车空气阻力系数的风洞试验,图3-37回流式整车风洞(功率：625kW；最大风速：145km/h),第四章汽车的燃油经济性,第四章汽车的燃油经济性,第一节汽车燃油经济性的评价指标第二节汽车燃油经济性的计算方法第三节汽车燃油经济性的试验方法第四节汽车燃油消耗量标准第五节影响汽车燃油经济性的结构因素,第一节汽车燃油经济性的评价指标,第一节汽车燃油经济性的评价指标,第二节汽车燃油经济性的计算方法,第二节汽车燃油经济性的计算方法,一、汽车燃油消耗方程式二、汽车等速百公里燃油消耗量计算,图4-1发动机负荷特性曲线,第二节汽车燃油经济性的计算方法,图4-2用功率平衡和负荷特性计算汽车等速百公里油耗,第二节汽车燃油经济性的计算方法,图4-3等速百公里燃油消耗量曲线,第二节汽车燃油经济性的计算方法,图4-4不同道路阻力的等速百公里油耗曲线,第二节汽车燃油经济性的计算方法,三、汽车循环工况百公里燃油消耗量计算,图4-5不同档位的等速百公里油耗曲线,第二节汽车燃油经济性的计算方法,1.汽车匀速行驶工况燃油消耗量,2.加速行驶工况燃油消耗量(1)等加速行驶工况燃油消耗量,第二节汽车燃油经济性的计算方法,图4-6等加速过程的燃油消耗量计算,第二节汽车燃油经济性的计算方法,(2)不等加速行驶工况燃油消耗量汽车在不等加速行驶工况的燃油消耗量计算方法与等加速时类似。3.怠速停车时的燃油消耗量4.减速行驶工况的燃油消耗量5.整个循环工况的燃油消耗量四、汽车运行燃油消耗量的计算,第二节汽车燃油经济性的计算方法,第二节汽车燃油经济性的计算方法,表4-1道路分级和修正系数,表4-2海拔高度(气压)修正系数,表4-3气温区间及修正系数,第三节汽车燃油经济性的试验方法,第三节汽车燃油经济性的试验方法,表4-4影响汽车燃料经济性的使用因素,一、不控制的道路试验二、控制的道路试验三、道路循环试验1.基本试验条件(1)汽车1)汽车必须清洁，关闭车窗和驾驶室通风口，由恒温器控制的空气流必须处于正常调整状态。,第三节汽车燃油经济性的试验方法,2)试验时，汽车必须进行预热行驶，使发动机、传动系及其他部分预热到规定的温度状态。3)轮胎充气压力应符合该车技术条件的规定，误差不超过10kPa。(2)装载质量1)乘用车试验质量为整备质量加上180kg，当车辆的50%载质量大于180kg时，则车辆的试验质量为整备质量加上50%载质量。2)商用车试验质量为：M1、M2类城市客车为装载质量的65%；其他车辆为满载。,第三节汽车燃油经济性的试验方法,)装载质量应均匀分布且固定牢靠，试验过程中不得晃动和颠簸。(3)道路条件试验道路应为清洁、干燥、平坦的，用沥青或混凝土铺成的直线道路。(4)气候条件试验应在无雨无雾、相对湿度小于95%、气温035、气压740770mmHg(1mmHg=133.32Pa)、风速不大于3m/s的天气条件下进行。(5)测试仪器精度车速测定仪器和油耗计的精度为0.1%，计时器最小读数为0.1s。2.等速行驶百公里燃油消耗量试验3.循环工况百公里燃油消耗量试验,第三节汽车燃油经济性的试验方法,(1)试验循环我国针对载货汽车、城市公共汽车和乘用车提出了相应的燃油经济性试验规范。1)六工况循环试验GB/T12545.22001商用车燃料消耗量试验方法规定：商用车燃油消耗量试验采用六工况法循环试验，并规定了六工况循环中每个工况的行程、持续时间、车速、加速度等试验参数，见表4-5和图4-7，其整个循环共需96.2s，累计行程1350m。,第三节汽车燃油经济性的试验方法,表4-5六工况循环试验参数表,第三节汽车燃油经济性的试验方法,图4-7载货汽车六工况试验循环规范,第三节汽车燃油经济性的试验方法,2)四工况循环试验。,表4-6城市客车和双层客车四工况循环试验参数,2.括号内数字适用于铰接式客车及双层客车。,第三节汽车燃油经济性的试验方法,图4-8城市客车四工况试验循环规范,3)十五工况循环试验。,第三节汽车燃油经济性的试验方法,图4-9乘用车十五工况循环试验规范K离合器分离、离合器分离，变速器结合1档或2档、变速器1档、2档、3档PM空档R怠速(图中阴影表示换档),第三节汽车燃油经济性的试验方法,表4-7乘用车十五工况循环试验参数,10等速11减速13怠速14怠速,第三节汽车燃油经济性的试验方法,15换档16加速18加速19等速20等速21等速22换档23减速25怠速2.K1(或K2)指变速器挂1档(或2档)，离合器脱开。,第三节汽车燃油经济性的试验方法,3.如车辆装备自动变速器，驾驶员可根据工况自行选择合适的档位。(2)试验方法和要求载货汽车、城市客车的试验过程是用仪器记录行速时间曲线，检查试验参数。四、室内台架循环试验1)能控制试验条件，不受外界气候条件的限制，周围环境影响的修正系数可以减到最少；若能控制室温，则可对不同气温条件的汽车工况进行模拟试验。,第三节汽车燃油经济性的试验方法,2)便于控制行驶状况，故能采用更为符合实际的复杂循环；可以同时进行燃料经济性与排气污染试验；能采用多种测量油耗的方法，如质量法、体积法与碳平衡法等。3)重复性好。1)不易准确模拟道路滚动阻力和空气阻力。2)室内冷却风扇产生的冷却气流与道路行驶的实际情况有差异。3)难以给出准确的惯性阻力。,第四节汽车燃油消耗量标准,第四节汽车燃油消耗量标准,表4-8乘用车燃料消耗量限值(一),2.对于在生产车，第一阶段的执行日期为2006年7月1日，第二阶段的执行日期为2009年1月1日。,第四节汽车燃油消耗量标准,表4-9乘用车燃料消耗量限值(二),装有自动变速器。具有三排或三排以上座椅。符合GB/T150892001机动车辆和挂车分类中规定条件的MIG类汽车，即包括驾驶员在内，座位数不超过9座的越野汽车。,第五节影响汽车燃油经济性的结构因素,第五节影响汽车燃油经济性的结构因素,一、影响汽车燃油经济性的发动机结构因素1.发动机种类2.发动机的压缩比3.改善发动机燃烧过程4.改善进、排气系统5.选择合理的配气相位6.负荷率二、影响汽车燃料经济性的底盘结构因素1.传动系的影响,第五节影响汽车燃油经济性的结构因素,(1)变速器档位数在水平良好道路上，使用最高档行驶，可以使发动机处于中等转速、较高负荷工况下工作，有利于降低燃油消耗。(2)超速档的应用为改善汽车在水平良好道路上行驶时的燃油经济性，在不改变主减速器传动比的情况下，在变速器中增设传动比小于1的超速档，可以提高发动机的负荷率，降低百公里油耗量。(3)主减速器传动比的影响选择较小的主减速器传动比，在相同的车速和道路条件下，可以提高汽车的负荷率，有利于降