汽车系统动力学-纵向动力学性能分析

汽车系统动力学,1,主讲：胡爱军,汽车系统动力学,汽车系统动力学,2,第五章纵向动力学性能分析,5.1动力的需求与供应,5.2动力性,5.3燃油经济性,5.4驱动与附着极限和驱动效率,5.5制动性,汽车系统动力学,3,1.车辆对动力的需求,5.1动力的需求与供应,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,坡度阻力,加速阻力平动分量,汽车系统动力学,4,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。,5.1动力的需求与供应,汽车系统动力学,5,旋转质量换算系数,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。戴姆勒-奔驰1632K：1档10.12；2档3.18；8档1.08,5.1动力的需求与供应,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,总的车辆加速阻力,汽车系统动力学,6,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。,5.1动力的需求与供应,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,7,2.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,5.1动力的需求与供应,汽车系统动力学,8,1.概述,5.2动力性,PNmax为汽车能产生的最大功率特性曲线。,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,表示某工况的动力供求关系。,汽车系统动力学,9,将某车速下的驱动力和行驶阻力值与车速相乘得到的，即传递至轮毂的功率PH与行驶时需克服的PDem，即将功率供应和功率需求绘于同一图中。,5.2动力性,驱动功率平衡图,汽车系统动力学,10,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。,2.爬坡能力,5.2动力性,汽车系统动力学,11,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。,2.爬坡能力,5.2动力性,汽车系统动力学,12,3.加速能力,重型货车低速档i较大，对加速能力的影响也很大。,5.2动力性,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。,汽车系统动力学,13,后备功率,3.加速能力,5.2动力性,汽车系统动力学,14,4.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。,5.2动力性,不同坡度下的驱动力（功率）平衡图,汽车系统动力学,15,单位里程燃油消耗量Btr和单位时间燃油消耗量Btp,5.3燃油经济性,1.燃油消耗量的计算,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,燃油消耗率的确定,5.3燃油经济性,1.燃油消耗量的计算,ML为转矩损失,Vs为发动机排量，i为每缸每转点火次数。,根据pme和ne确定该工况的燃油消耗率be(g/(kw.h),车辆匀速行驶所需发动机转矩,所需发动机缸内平均有效压力,发动机转速,汽车系统动力学,17,5.3燃油经济性,1.燃油消耗量的计算,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。,单位时间的燃油消耗量,单位里程的燃油消耗量,根据所需功率及燃油密度得：,汽车系统动力学,18,2.减少油耗的途径,5.3燃油经济性,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。,车辆燃油消耗量,汽车系统动力学,19,5.4驱动与附着极限和驱动效率,1.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。,动载,汽车系统动力学,20,5.4驱动与附着极限和驱动效率,2.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,21,5.4驱动与附着极限和驱动效率,2.车辆所受的纵向驱动力,后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,22,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。,5.4驱动与附着极限和驱动效率,3.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。,汽车系统动力学,23,5.4驱动与附着极限和驱动效率,4.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。,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,24,5.4驱动与附着极限和驱动效率,5.驱动效率,驱动效率决定着车辆的驱动能力和附着极限,驱动效率与车辆质心位置相关,主要取决于发动机位置和装载情况；,定义：驱动轴静载与整车重量的比值,与动态载荷的转移和上坡时轴荷转移有关。,汽车系统动力学,25,5.5制动性,1.制动性的评价,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,26,5.5制动性,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。,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,27,5.5制动性,2.直线制动动力学分析,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,忽略坡度和空气对轴荷的影响，有,汽车系统动力学,28,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。,5.5制动性,2.直线制动动力学分析,汽车系统动力学,29,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。,5.5制动性,3.制动稳定性分析,前轮先于后轮抱死时，在侧向干扰力的作用下，后轮侧向力能产生一个使车辆回正的稳定力矩，使车辆侧偏角减小。但车辆失去转向能力。,汽车系统动力学,30,车辆在转弯制动时，轮胎必须提供足够的纵向力和侧向力。,5.5制动性,4.转弯制动动力学分析,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，无车轮抱死的制动减速度（制动效率）将减小。,汽车系统动力学,31,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。,5.5制动性,4.转弯制动动力学分析,汽车系统动力学,32,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；,5.5制动性,4.