汽车动力性概述.ppt

1、,第一章,汽车动力性,Vehicle Tractive Performace,第一章 汽车动力性,1.0 引言 1.1 汽车动力性评价指标 1.2 汽车驱动力和行驶阻力 1.3 汽车行驶驱动力附着条件以及汽车附着力 1.4 汽车驱动力行驶阻力平衡图 1.5 汽车功率平衡,主要研究内容： 分析受力; 建立行驶方程式; 以图、表（或编程）的形式，按汽车动力性评价指标，确定汽车的动力性。,汽车动力性 定义 在良好、平直的路面上行驶时所能达到的平均行驶速度。,引言,1.1 汽车动力性评价指标,最大车速umax 加速时间t 最大爬坡度imax,Evaluation Criteria of Vehicle

2、 Performance,Maximum Speed Acceleration Time Maximum Gradability,加速时间评价方法,超车加速时间 以最高档或次高档，以amax加速至某一高速所用的时间。,原地起步加速时间 由I或II档起步，以amax，并考虑换档时间，一般用0400m或者0100km/h的时间表示原地起步的加速时间。,Acceleration time,最高车速,最高车速，是指汽车在平直的、良好道路（混凝土或柏油）上所能达到的平均最高行驶车速。,Max. Speed,汽车加速过程曲线,爬坡能力的评价,以满载、良好路面上的imax来表示。 商用车30或16.5； 越

3、野汽车60或31； 轿车最高车速较大， 且通常在良好的市区道路行驶，可爬坡度很大。 有的国家要求汽车在常遇坡道上汽车必须保持的速度表明其加速能力。,Maximum Gradability,1.2 汽车驱动力和行驶阻力,汽车动力传递路线：发动机离合器变速器副变速器传动轴主减速器差速器半轴轮边减速器车轮,图1-2 汽车驱动力,Tractive Force,部分负荷特性：节气门部分开启时，转矩或功率等与转速的关系 使用特性曲线：即带有附件时的负荷特性，通常汽油机小15，而柴油机小10,外特性曲线：节气门(油门)全开时，转矩或功率等与转速的关系,发动机的速度特性,图1-3 汽油发动机外特性,Braki

4、ng Torque Braking Horsepower,发动机过渡工况的速度特性,在过渡工况，功率和转矩下降约5%6%。,外特性使用或制作方法,表格法（辅助插值） 曲线族方法 数学模型法,外特性及负荷特性数学描述,图1-4 汽油发动机外特性及部分负荷特性,发动机负荷特性经验公式,传动系机械效率T,主要损失部件 变速器和主减速器(含差速器) 主要损失形式 液力损失和机械摩擦损失。 液力损失,如搅动和磨擦。它与润滑油品种、温度、转速、油面高度等有关。,汽车传动系总成机械效率 46档变速器T =0.96 68档变速器T =0.95 传动轴T = 0.98 主减速器T = 0.96 (单级) T =

5、 0.92(双级) 汽车传动系机械效率 轿车T=0.900.92 商用车T=0.820.85 越野车T=0.800.85,典型的传动系效率值,某汽车变速器的机械效率,车轮半径 r,自由半径 r 静力半径 rs 滚动半径 rr= rs = r=s/(2n) S行驶距离，n转动圈数 欧洲车轮委员会 rr= Fd/(2) 其中:子午线轮胎 F=3.05 斜交轮胎 F=2.99,定义： 用Ft-ua曲线图来全面地描述汽车的驱动力。若已知外特性曲线、传动系速比、传动系机械效率就可求计算驱动力。,汽车的驱动力图,汽车行驶阻力,滚动阻力Ff : 轮胎内部摩擦产生的迟滞损失。这种迟滞损失表现为阻碍车轮运动的阻

6、力偶。,图1-9 轮胎径向变形曲线,图111,滚动阻力系数,轮胎内部摩擦产生迟滞损失，这种损失表现为阻碍车轮运动的阻力偶。,滚动阻力系数 车轮在一定条件下，滚动所需要推力Fp1与负荷W1之比，即单位重力的推力：,滚动阻力系数,阻力偶用滚动阻力描述,滚动阻力无法在受力图上画出，它是一个数值，在受力图上它是切向反力。,在实际计算时，可不必考虑阻力偶，而用滚动阻力替代,滚动阻力系数的试验确定法牵引法、滑行法和转鼓法,1. 速度ua对 f 的影响,对 f 的影响因素,2. 轮胎的结构、材料、帘线对f 的影响也很大。子午线轮胎 f 小，天然橡胶 f 低。,f 的经验公式,图112,驱动轮受力图,真正驱动

7、车轮前进的力是地面切向反力Fx2。其在数值上等于汽车驱动力Ft与滚动阻力Ff之差。,驱动力与地面纵向（切向）力,定义：汽车直线行驶时受到的空气阻力在汽车行驶方向上的分力。 分类：压力阻力和摩擦阻力 压力阻力主要受形状、扰动和诱导阻力组成。 形状阻力主要与汽车的形状有关，约占58。,空气阻力, 干扰阻力：汽车突出部件，如后视镜、门把手、导水槽、驱动轴、悬架导向杆等，约占14。 内循环阻力：发动机冷却系、车身通风等气流流过汽车内部，占12。 诱导阻力：空气升力在水平方向的分力，占7。 摩擦阻力：9。 空气阻力Fw正比于气流相对运动的动压力：,影响 Fw 的因素：CD 和 A 由于乘坐空间的制约A变

8、化不大 但CD变化较大，195070年 CD =0.40.6 1990年CD =0.250.40 概念车CD =0.2 CD大小对轿车（高速）汽车的性能影响极大 帕萨特 (Passat ) CD= 0.28,前部低， 过渡平滑， 后部加扰流板， 掠背式， 底部导流，平整化，向后应逐步升高， 整车俯视形状为腰鼓式， 改进通风进口、出口位置， 商用车顶部安装导流罩系统。,降低的要点,CD,汽车降低空气阻力的基本思路,坡道阻力,汽车行驶方程式,从动轮受力分析,从动轮受力分析（续）,驱动轮受力分析,驱动轮受力分析（续）,车体受力分析,车体受力分析（续）,转动质量换算系数,转动质量换算系数(续),小结,

9、 汽车行驶方程仅表示各个物理量之间的数量关系 汽车行驶方程有些项并不是外力 Ft不是作用于车轮的地面（切向）反作用力，仅为了计算方便才将其定义为驱动力 滚动阻力也不是作用于汽车上的阻力，而是以滚动阻力偶矩的形式作用于车轮上 作用在汽车上的惯性力是mdu/dt而不是mdu/dt 飞轮的惯性力矩作用在汽车的横截面上，而不作用于车轮上 Fj只是代表惯性力和惯性力矩的总效应,返回,1.3 汽车行驶驱动力、附着条件以及汽车附着力,1. 汽车行驶的驱动附着条件,Adhensive force,后驱动汽车,2. 汽车附着力,路面 混凝土（干）混凝土（湿） 附着系数 0.70.8 0.50.6 路面 碎石 土

10、路（干） 土路（湿） 附着系数 0.60.7 0.50.6 0.20.4,前轮驱动和后轮驱动时地面反力,前轮驱动和后轮驱动时地面法向反力,对后轮取矩，得到,对前轮取矩，得到,附着利用率,1.4 汽车驱动力-行驶阻力平衡图,便可分析汽车在附着条件良好路面上的行驶能力。即在油门全开时，汽车可能达到最高车速、加速能力和爬坡能力。,行驶方程式反映了汽车行驶时，驱动力和外界阻力之间的普遍情况。当已知条件：,驱动力与行驶阻力平衡图定义 为了清晰地描述汽车行驶时受力情况及其平衡关系，通常将平衡方程式用图解方式进行描述，即将驱动力Ft和常见行驶阻力Fw和Ff 绘在同一张图上。,图125 汽车驱动力行驶阻力平衡

11、图,驱动力Ft,1. 最大速度和部分负荷时的力平衡 以及 uamax 和部分负荷时的等速 2. 加速能力 3. 最大爬坡度,2. 加速能力 它用aj,但aj不方便评价。通常用加速时间或加速距离来评价。,图1-25 汽车加速度速度图,加速度aj,图127 加速度倒数曲线,由驱动力、滚动阻力和空气阻力，就可按行驶方程式计算加速度及其倒数，从而求得加速时间或者加速距离。,手工计算时,一般忽略原地起步过程的离合器打滑过程.即假设在最初时刻，汽车已具备起步换档所需的最低车速。 换档时刻的确定：若I-II加速度曲线相交，则规定在交点处换档；若I-II的加速度曲线不相交，则规定在发动机最高转速处换档；换档时

12、间一般忽略不计（正态分布t=0.20.4s)。 计算加速时间的用途：确定汽车加速能力；传动系最佳匹配；合理选择发动机的排量。,注意,其前提条件是路面良好，克服 Fw+Ff 后的全部力都用于克服坡道阻力，即,3. 利用驱动力-行驶阻力平衡图 确定汽车的爬坡能力,动力特性图评价汽车动力性,动力因数,1.5 汽车的功率平衡,功率平衡图 用纵坐标表示功率，横坐标表示车速，将发动机功率与经常遇到的阻力功率对车速的关系绘制在直角坐标图上，就得到功率平衡图。, 汽车在行驶时驱动力与行驶阻力平衡 发动机输出功率也与行驶阻力功率平衡,档位不同时车速的范围不同，但是功率的大小不变，只是各档的功率曲线对应的车速位置

13、不同。低档时车速低，速度变化区域窄；高档时车速高，所占速度变化区域大。 滚动阻力功率在低速时近似为直线，而在高速时是二次曲线（低速、货车！） 空气阻力功率曲线为三次函数 在低速时以滚动阻力功率为主，而在高速时以空气阻力功率为主。, 汽车后备功率越大，汽车的动力性越好。 利用后备功率也可确定汽车的爬坡度和加速度。 功率平衡也可描述汽车行驶时的发动机负荷率，有利于分析汽车燃油经济性。,后备功率,离合器打滑过程分析,在汽车起步离合器接合过程中，离合器从动盘上的扭矩是随离合器同步时间和接合时转速的变化而变化的。离合器的实际接合过程如右图所示。对离合器的接合过程我们最感兴趣的是离合器从动轴扭矩的增长过程

14、，它是时间t的函数。,返回,发动机转速,离合器从动轴扭矩,离合器从动轴转速,换档规律,汽车在实际行驶时，货车高档位使用率90%以上。为了合理利用有限的档位，使汽车具有良好动力性和燃料经济性，将传动比间隔由低档到高档逐渐减小的偏等比级数分配各档传动比，使变速器在不同档位工作时发动机的转速范围不同。低档时转速范围宽，而高档时窄，使高档两档之间的重合区域增大。当汽车高速行驶变速器在高档之间换档时，发动机功率下降较小，在发动机工作区内平均功率较大。 就燃料经济性，高档之间的传动比间隔减小，增加了发动机在经济区工作的可能性，可降低燃料消耗量。,换档时刻选择,为了保证汽车的动力性，应使汽车在较低的档位行驶。 换档点的选择问题，应该在两档车速驱动力曲线相交时刻换档。 在保证动力性的换档程序中，以驱动轮上驱动力的大小来判断相邻两个档位之间是否有交叉点。,动力性换档规律,换档时刻选择,汽车在一定的道路条件下按一定的工况行驶时，某时刻所需驱动功率一定，传动效率变化很小。汽车行驶的燃油消耗量与发动机的比油耗成正比。在经济性换档程序中，以发动机的比油耗作为换档判别依据，保证汽车总是以使发动机比油耗最小的档位行驶。在汽车运行工况中，速度是时间的连