汽车性能评价与选购 鲍远通 2_第二章 汽车动力性能的评价新

1、汽车发动机性能评价 第二章汽车动力性能的评价 第一节汽车动力性能分析的基本理论知识 第二节汽车动力性能的分析 第三节汽车动力性能的评价方法 第一节汽车动力性能分析的基本理论知识 一、汽车的驱动力 1.汽车驱动力的概念 图2-1汽车的驱动力 第一节汽车动力性能分析的基本理论知识 2.汽车驱动力图 1)从发动机使用外特性曲线的转矩曲线上取若干点(n，Ttq)。 2)根据选定的不同档位传动比，按式(2-1)计算出驱动力Ft的值。 3)根据转速n、变速器传动比ig及主减速比i0，由下式计算与所求Ft对 应的速度： 4)建立Ft-ua坐标，选好比例尺，对每个档位，将计算出的值(ua，Ft) 分别描点并连

2、成曲线，即得驱动力图(见图2-3)。 3.传动系统的机械效率T 图2-2汽油机使用外特性曲线中的功率及转矩曲线 第一节汽车动力性能分析的基本理论知识 图2-3货车NKR552/555的驱动力图 第一节汽车动力性能分析的基本理论知识 图2-4解放牌4t载货CA10B汽车在变速器、档的传动效率 11200r/min21600r/min31900r/min42000r/min 第一节汽车动力性能分析的基本理论知识 4.驱动轮的半径r (1)自由半径车轮无载荷情况下的半径，以r0表示，通常指标准充 气压力下的半径。 (2)静力半径汽车静止时，车轮只承受法向载荷，轮胎产生径向变 形。 (3)滚动半径汽车

3、运动时，滚动的车轮除承受法向载荷外，还受转 矩作用，轮胎产生径向和切向变形。 二、汽车的行驶阻力 汽车在水平道路上等速行驶时，必须克服来自地面的滚动阻力Ff和 来自空气的空气阻力Fw；当汽车在坡道上上坡行驶时，还必须克服 重力沿坡道的分力，即坡度阻力Fi；另外，汽车加速行驶时还需要 克服加速阻力Fj。 第一节汽车动力性能分析的基本理论知识 1.滚动阻力 图2-59.00-20轮胎的径向变形曲线 第一节汽车动力性能分析的基本理论知识 (1)滚动阻力损失的组成车轮滚动的能量损失由三部分组成，即消 耗于轮胎变形和路面变形的能量损失以及轮胎与路面间的摩擦损失。 (2)轮胎滚动时的弹性迟滞损失图2-5所

4、示为弹性轮胎在坚硬路面上 受径向载荷时的变形曲线。 (3)轮胎的弹性迟滞损失表现为阻碍车轮滚动的阻力偶当车轮静止 时，地面对车轮的法向反作用力的分布是前后对称的，合力通过车 轮中心(见图2-6a)；当车轮滚动时，在法线n-n前后相对应点d和d变 形相同(见图2-6b)，但是由于弹性迟滞损失现象，处于压缩过程的前 部d点的地面法向反作用力就会大于处于恢复过程的后部d点的地面 法向反作用力，这可以从图2-6c中看出。 第一节汽车动力性能分析的基本理论知识 图2-6弹性车轮在硬路面上的滚动 第一节汽车动力性能分析的基本理论知识 图2-7从动轮在硬路面上滚动时的受力情况 (4)滚动阻力系数与滚动阻力的

5、计算图2-7a是从动轮在硬路面上 第一节汽车动力性能分析的基本理论知识 滚动时的受力情况。 图2-8驱动轮在坚硬路面上等 速滚动时的受力情况 第一节汽车动力性能分析的基本理论知识 (5)滚动阻力系数的影响因素滚动阻力系数的数值由试验测定，其 数值与道路路面的种类与状况、轮胎的结构、材料和胎压以及行驶 速度等有关。 1)路面种类及其状态对滚动阻力系数的影响。 表2-1滚动阻力系数f的值 2)轮胎的结构和材质对滚动阻力系数的影响。 第一节汽车动力性能分析的基本理论知识 图2-9轿车轮胎的滚动阻力、滚动阻力系数与轮胎结构、胎压、车速的关系 3)轮胎气压对滚动阻力系数的影响。 第一节汽车动力性能分析的

6、基本理论知识 4)汽车行驶速度对滚动阻力系数影响很大，图2-9a说明，当车速在10 0km/h以下时，滚动阻力系数逐渐增大但变化不大；当车速在140km/ h以上时，滚动阻力系数随车速的提高而增大较快；当车速高到一定 数值(如200km/h左右)时，滚动阻力显著增加，此时轮胎发生驻波现 象，轮胎周缘不是圆形，出现明显的波浪状。 2.空气阻力 (1)空气阻力的组成空气阻力可分为压力阻力和摩擦阻力两部分。 (2)空气阻力的计算 (3)空气阻力系数CD从1950年开始到20世纪70年代初，轿车CD=0. 40.6；1990年后，轿车的CD=0.250.40，概念车的CD甚至已经达 到0.2。 第一节

7、汽车动力性能分析的基本理论知识 表2-2部分汽车的空气阻力系数和迎风面积 第一节汽车动力性能分析的基本理论知识 图2-10低值轿车车身的特点 1)车身前部：发动机盖应向前下倾；面与面交接处的棱角应为圆柱 状；风窗玻璃应尽可能“躺平”，且与车顶圆滑过渡；尽量减少灯、 后视镜和门把手等凸出物；在保险杠下面，应安装合适的扰流板； 车轮盖应与轮胎相平。 第一节汽车动力性能分析的基本理论知识 2)整车：整个车身应向前倾12；水平投影应为腰鼓形；后端 稍稍收缩，前端呈半圆形。 3)汽车后部：最好采用舱背式或直背式；应有后扰流板；若用折背 式，则行李箱盖板至地面的距离应高些，长度要短些，后面应有鸭 尾式结构

8、。 4)车身底部：所有零部件都应在车身下平面内且较平整，最好有平 滑的盖板盖住底部，盖板从车身中部或由后轮以后向上稍稍升高。 5)发动机冷却进风系统：仔细选择进风口与出风口的位置，应有高 效率的散热器、精心设计的内部风道。 第一节汽车动力性能分析的基本理论知识 图2-11汽车的坡度阻力 3.坡度阻力 第一节汽车动力性能分析的基本理论知识 表2-3我国各级公路的纵坡标准 4.加速阻力 三、汽车行驶方程式 表示汽车驱动力与行驶阻力之间关系的表达式称为汽车的行驶方程 式，即 四、汽车行驶的驱动与附着条件 1.汽车行驶的驱动条件 第一节汽车动力性能分析的基本理论知识 2.汽车行驶的附着条件 3.汽车的

9、附着力 (1)影响附着系数的因素附着系数与路面的种类和状况、轮胎的胎 压和花纹有关，行驶车速对附着系数也有影响。 表2-4不同轮胎在各种路面上测试的附着系数 (2)驱动轮的地面法向反作用力驱动轮的地面法向反作用力与汽 第一节汽车动力性能分析的基本理论知识 车的总体布置、车身形状、行驶状况以及道路的坡度有关。 图2-12汽车加速上坡时的受力分析示意图 第二节汽车动力性能的分析 一、汽车的动力性指标 比较直观地衡量汽车动力性的指标主要有三方面：汽车的最高车速、 汽车的加速时间和汽车的上坡能力。 1.汽车的最高车速 2.汽车的加速时间 图2-13某些轿车的原地起步加速过程曲线 第二节汽车动力性能的分

10、析 3.汽车的最大爬坡度 二、汽车的驱动力行驶阻力平衡图 汽车的行驶方程 1.汽车的驱动力行驶阻力平衡图的含义 1)Ffua曲线的形状取决于滚动阻力系数随车速的变换。 2)Fwua曲线可以利用公式Fw=A/2115计算出对应的Fw值。 3)在驱动力图上，将Fwua叠加在Ffua曲线的上方，得到等速行驶 阻力-ua曲线，构成了驱动力行驶阻力平衡图。 图2-14五档变速器汽车的驱 动力行驶阻力平衡图 第二节汽车动力性能的分析 2.汽车动力性指标的图解分析 (1)最高车速uamax根据汽车行驶方程Ff+Fw+Fi+Fj，按照最高车速的 定义，此时，Fi=0，Fj=0，则Ft=Ff+Fw，汽车处于稳定

11、的平衡状态。 (2)加速时间t 图2-15汽车的行驶加速度曲线 第二节汽车动力性能的分析 1)首先根据aua曲线作1/aua曲线，如图2-16所示。 2)作加速时间曲线。 图2-16汽车的加速度倒数曲线 第二节汽车动力性能的分析 图2-17某一档位的加速度倒数曲线 第二节汽车动力性能的分析 图2-18计算所得到的轻型货车 BJ130的加速时间曲线 第二节汽车动力性能的分析 (3)爬坡能力 图2-19汽车在各档位下的爬坡度 与车速的关系曲线 第二节汽车动力性能的分析 三、汽车动力特性图 利用汽车驱动力行驶阻力平衡图可以确定汽车的动力性指标，因 此可以评价同一类型汽车的动力性，但不能用来直接评价不

12、同种类 汽车的动力性。 1.动力因数D和动力特性图 图2-20汽车的动力特性图 第二节汽车动力性能的分析 2.利用动力特性图分析汽车的动力性 (1)最高车速当汽车以最高车速行驶时，du/dt=0，i=0，根据D=f+i +/gdu/dt可得 D=f。 (2)加速能力 (3)最大爬坡度在各档位以最大坡度爬坡时，加速度du/dt=0，得 D =f+i，因此，D曲线与f曲线之间的距离就是汽车各档位的爬坡能力。 四、汽车的功率平衡 汽车行驶时，不仅存在驱动力与行驶阻力的平衡关系，而且也存在 发动机功率和汽车行驶的阻力功率间的平衡关系。 1.功率平衡方程式 2.功率平衡图 第二节汽车动力性能的分析 图2

13、-21汽车的功率平衡图 3.利用功率平衡图分析汽车动力性 第二节汽车动力性能的分析 (1)最高车速 (2)加速时间 (3)最大爬坡度 五、影响汽车动力性的主要因素 1.发动机性能参数的影响 (1)发动机最大功率的影响发动机功率越大，汽车的动力性越好。 (2)发动机最大转矩发动机的最大转矩大，则在i0、ig一定时，最大 动力因数较大，汽车的加速和上坡能力也较强。 (3)发动机外特性曲线的形状两台发动机的外特性曲线形状不同， 但其最大功率和相对应的转速可能相等。 2.主减速器传动比i0的影响 第二节汽车动力性能的分析 图2-22不同主减速器传动比时 的功率平衡图 123 第二节汽车动力性能的分析

14、1)当i0为i02时，阻力功率曲线正好与发动机功率曲线2相交在其最大 功率点处。 2)主减速器的传动比i0不同，汽车的后备功率也不同。 3.最大传动比的影响 (1)保证足够的最大爬坡度 (2)满足附着条件 (3)保证最低稳定车速uamin，则最低传动比满足 4.传动系统档位数的影响 图2-23档位数对动力性的影响 第二节汽车动力性能的分析 图2-24装有不同变速器的汽车功率平衡图 a)MTb)CVT 第二节汽车动力性能的分析 5.各档传动比比例关系的影响 图2-25换档过程中车速和发动机转速的关系 第二节汽车动力性能的分析 (1)换档平顺，操作方便在发动机的外特性Pen曲线图上，根据公 式ua

15、=0.377分别画出各档车速和发动机转速的关系，如图2-25所示。 (2)能充分利用发动机提供的功率，提高汽车的动力性当汽车需要 更大功率时(如全力加速或上坡)，若换档选择恰当，具有按等比级 数分配传动比的变速器，则能使发动机经常在接近外特性最大功率P emax处的大功率范围内运转，从而增加了汽车的后备功率，提高了汽 车的加速和上坡能力。 6.汽车外形的影响 7.汽车质量的影响 8.轮胎尺寸与类型的影响 9.汽车运行条件的影响 第三节汽车动力性能的评价方法 一、最高车速、加速能力、爬坡能力 汽车动力性直接影响汽车平均行驶速度，它代表了汽车行驶可发挥 的极限能力，其好坏通常以汽车加速性能、最高车

16、速及最大爬坡度 作为评价指标。 1.不同工况选择同一评价标准 (1)良好路面对于主要在良好路面(路面质量为三级以上，坡度等符 合高速公路条件要求)上行驶的各类车辆(包括轿车、货车、越野车 及客车)，对汽车的最高车速和加速时间有一定的要求，因而通过最 高车速和加速时间的测定，能反映出汽车的动力性。 第三节汽车动力性能的评价方法 (2)丘陵及山丘行驶对于实际使用工况主要是在丘陵及山区地带行 驶的各类车辆(包括货车、农用汽车、越野车等)，由于汽车行驶的 路面坡度比较大，因此，发动机的后备功率主要用来克服坡度阻力 功率。 (3)无路地区行驶对于主要行驶在坏路、无路地区(如沙漠、泥泞沼 泽地、矿区等)的

17、车辆(包括越野车、矿用车等)，由于路面的附着系 数较小，因此不要求车辆有很高的速度，在评价汽车动力性时，爬 坡度和加速时间所占的比重应该比较大。 (4)市区路面对于主要在城市内行驶的车辆(如公交车、各类公用车 辆等)，由于行车密度及城市交通的种种限制，汽车多以低速档行驶， 此时，最高车速在评价汽车动力性时并没有多大意义，应加重加速 时间的比重，以更好地评价汽车的实际使用动力性。 第三节汽车动力性能的评价方法 2.不同用途汽车使用同一评价指标 (1)客车大客车动力性的好坏主要通过汽车在良好路面上能够达到 的最高车速、加速时间和满载时的最大爬坡度3个指标进行综合评价， 但这3个指标相互独立，并没有

18、综合的评价指标。 (2)货车货车的主要功能是运输，提高车速能提高运输数量，所以 其动力性也应满足最高车速的原则，不同吨位的货车使用不同的发 动机，其动力性用3个指标来评价不能说明汽车的动力性，因而可以 用比功率等检测参数进行评价。 (3)轿车最高车速和加速时间是评价轿车动力性最常用的两个评价 指标，虽然最高车速越高，加速时间越快，能在一定程度上说明轿 车的爬坡度越好。 第三节汽车动力性能的评价方法 (4)越野汽车越野汽车主要采用四轮驱动形式，主要在无路等路面 行驶，因此对动力性的要求较高。 二、发动机功率 众所周知，汽车运动的动力来自于发动机，汽车整车动力性取决于 该车发动机的输出功率。 表2

19、-5某发动机的动力性能指标 三、汽车动力性评价的试验方法 汽车动力性试验包括动力性评价指标（最高车速、加速时间、最大 爬坡度）、驱动力、行驶阻力及附着力的测量。 1.道路试验 第三节汽车动力性能的评价方法 1)气候条件：晴天或阴天，风速小于3m/s ，气温为040，相对湿 度小于95。 2)道路条件：平直、干燥、清洁的沥青或水泥路面，路面宽不小于8 m，纵坡不大于，试验路段长23km。 3)试验仪器：所用仪器设备须经计量鉴定，符合试验要求的精度。 第三节汽车动力性能的评价方法 4)试验对象：汽车的装备及调整状况应符合该车技术条件的规定； 试验用的燃料和润滑油的牌号、规格应符合该车技术条件的规定

20、； 轮胎规格和轮胎气压应符合该车技术条件的规定，轮胎气压的误差 不超过10kPa；汽车各总成的热状态在试验时应符合该车技术条件的 规定，如果技术条件无规定时，应符合下列条件：发动机冷却液温 度为8090，发动机润滑油温度为5090，变速器、驱动桥润 滑油的温度不低于50，必要时可在试验前进行2030min较高车速 的预热行驶，为达到上述热状况，允许采取保温措施，汽车试验时 的装载质量应保持该车的额定装载质量，且分布均匀。 (1) 最高车速测试(参看GB/T 125441990汽车最高车速试验方 法) 第三节汽车动力性能的评价方法 1) 试验应在符合汽车道路试验通用条件下进行。 2)在确定的试验

21、道路上选定中间一段200m或500m为测速路段，其两 端各设100m的准备路段，用以提示试验人员准备测试。 3)根据汽车加速性能的优劣，选定充足的加速区间，使汽车进入测 速路段前已具有最高的稳定车速。 4)整理试验结果，根据测速距离及每次通过测速路段(L=200m)的时 间的平均值(t，单位为s)，算出最高车速uamax，即 (2)加速性能测定(参看GB/T 1)试验应在符合汽车道路试验通用条件下进行。 2)在确定的试验道路上选定1.5km作为加速试验路段，两端各设100 m为测速路段。 第三节汽车动力性能的评价方法 3)直接档加速性能测试应以稍高于直接档的最小稳定车速为初速度 (选5的整数倍，初速度偏差