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1、汽车动力性计算汽车动力性计算第1页，本讲稿共31页汽车行驶时所需要的功率取决于行驶阻力：当匀速 加速2-1 汽车行驶需要的功率和能量 一、汽车的行驶阻力1车辆阻力 2空气阻力 3上坡（度）阻力 4加速阻力1车轮阻力车轮阻力 组成：1）滚动阻力 2）路面阻力 3）轮胎侧偏阻力1）滚动阻力 a.变形阻力 b.摩擦力 第2页，本讲稿共31页1）滚动阻力 a.变形阻力b.摩擦力a.变形阻力轮胎在滚动时，有两种变形：径向变形周向变形轮胎滚动时的滞后损失。弹性轮胎在硬路面上的滚动实质，如下图 第3页，本讲稿共31页滚动阻力：令，即滚动阻力系数.第4页，本讲稿共31页b.摩擦力a)胎面与路面的摩擦b)轮胎变
2、形使外胎与内胎，内胎与垫之间c)汽车振动时，钢板间及各活动悬架之间2）路面阻力a.柔软路面 b.积水路面3)轮胎侧偏阻力 当Va=40km/h时变形阻力：9095%摩擦阻力：210%影响滚动阻力的因素：1）车重：转动轮胎变形f2）路面：路面塑性变形大f 3）轮胎结构：子干胎比普通胎 f 刚度好变形小 4）轮胎气压：气压 变形 f 但坏路f 5）车速：当Va50km/h fc 当Va100 f Va150200 当Va，振动Hz，轮胎周向，侧向扭曲变形第5页，本讲稿共31页2空气阻力空气阻力 定义定义：汽车在直线行驶时，空气作用力在行驶方向上的分力。1）组成组成：空气阻力由表面阻力和压力阻力组成
3、。表面阻力：空气有粘度压力阻力：车外形状诱导阻力：空气升力在水平方向投影内部阻力：流经散热器，发动机，车箱的阻力干扰阻力：表面突起物，车门把手，后视镜底盘其中，压差和诱导阻力：5090%（干扰在内）内部阻力：211%表面阻力：330%2）计算方法：计算方法：空气对物体的阻力与下列因素有关。流速 U：对汽车来说，相对速度V=VaVf 密度 ：空气密度，在一定条件下是常数 迎风面积 A：与车形有关 式中 为无因次的空气阻力系数。第6页，本讲稿共31页在一般动力计算中，认为空气阻力作用在风帆中心，式中：CD空气阻力系数，实验得出；A迎面面积，汽车在行驶方向的投影，m2；V相对速度，km/h。例：A
4、典型轿车 1.42.6 0.40.6货 车 37 0.81.0大 客 车 47 0.60.73）影响空气阻力因素 （1）车速：与 V2成正比关系，而功率则与V3成正比关系 （2）A：车型，H为好 （3）表面：突出物及光洁程度 （4）：车身形状（流线型好）第7页，本讲稿共31页 式中：坡道角度 对公路来说：i 很小 9%故 由于坡道阻力及滚动阻力与道路有关，所以通常以道路阻力代表两者之和。4加速阻力 定义：汽车加速时，需要克服其质量加速时的惯性力。汽车质量：平移质量 旋转质量 3坡度阻力：汽车重力沿坡道的分力。第8页，本讲稿共31页为了便于计算：把旋转质量惯性力转化为平移质量惯性力，以系数作为计
5、入旋转质量后的“汽车质量换算系数”。即（N）其中：汽车旋转质量换算系数（1）；G 汽车质量，Kg；行驶加速度，m/s2。主要与飞轮的转动惯量 车轮的转动惯量 传动系转动惯量 有关第9页，本讲稿共31页忽略传动系：当进行动力性初步计算时，若不知道准确，可按下列经验公式估算：第10页，本讲稿共31页二、汽车行驶方程式根据上述分析，可得出汽车行驶方程式或 1.式中表明了各物理量之间的数量关系，可方便地进行动力分析。2.式中某量并不表示汽车外力：质心的 （总效应）3.结论是正确的。所需要的功率：第11页，本讲稿共31页三、循环行驶三、循环行驶 1几种典型的行驶循环例1：日本1975年排气规定:10人以
6、下的轿车，25人以下的轻型车,按10工况热循环试验：模拟起步、停车多的市中心行驶条件，=17.7km/h。n工况冷循环试验：发动机起动后还未走热，汽车已起程，例如从郊区向市内行驶，km/h。2循环行驶的能量平路无风条件下：其中，滚动阻力部分消耗:风阻部分消耗：加速阻力部分消耗：以上就是循环行驶中功率和能量的关系。第12页，本讲稿共31页2-2 汽车的驱动系统汽车的驱动系统 一、汽车动力装置的评价与选择一、汽车动力装置的评价与选择 1使用性能：特性曲线、操纵性、起动性 2经济性：燃料消耗、泵位功率的成本 3对环境的影响：排气、噪声、振动二、活塞式内燃机特性二、活塞式内燃机特性发动机特性曲线：发动
7、机功率、转矩、油耗与发动机转速之间的函数关系曲线。当节流阀全开：发动机外特性曲线当节流阀部分开：发动机负荷特性曲线转矩、功率和转速之间的关系式：kw式中：发动机转矩，N.m；发动机转速，r/min。第13页，本讲稿共31页注意：1发动机制造厂提供的特性曲线：在试验台上无空滤、水泵、风扇、消声、发电机等件，若全带上则称为“使用特性曲线”。2台架试验是在稳定转速下测定P、M。实际上，发动机热工况，混合气浓度与台架不同。例如加速时，M比稳定工况下降58%。但是1变工况的研究不多见 2数值相差不大所以，动力性估算中，仍用台架使用外特性。所以，动力性估算中，仍用台架使用外特性。第14页，本讲稿共31页三
8、、离合器和液力偶合器特性三、离合器和液力偶合器特性 特点：，效率：滑转率：功率损失：第15页，本讲稿共31页 1机械式离合器机械式离合器主动片：外特性一点、从动片：，当时，（接合完毕）2液力偶合器液力偶合器（主动）泵轮：其中：是随涡轮与泵轮转速比变化的系数。当 一个工作点当 接合完毕当 为减少损失 尽量接近 ，一般 第16页，本讲稿共31页四、变速器和液力变扭器特性变速器和液力变扭器特性驱动轮上理想的扭矩、功率特性。在整个转速范围内都能使用最大功率。特点：1）功率曲线平行于轴2）扭矩曲线是双曲线效率：功率损失：第17页，本讲稿共31页1机械式变速器机械式变速器固定速比：（）例如：4档变速器与理
9、想扭矩特性有空隙a合理选速比 b多设档位最高档速比最高车速最低档速比最大驱动扭矩，汽车最低稳定车速中间速比发动机工作稳定性第18页，本讲稿共31页 即在扭矩曲线 点右边工作 发动机稳定工况条件 换档时：相邻两档中，高档在立即换入低档：低档应在设计时，高档略高于 低档略低于第19页，本讲稿共31页实际换档，不考虑车速下降即 令 如上所述 速比分配方法：速比分配方法：1等比级数分配等比级数分配 车速与档位关系：速比等比级数分配图如右：第20页，本讲稿共31页例题例题已知：CA10B 一档四档求：按等比级数分配的、解：故2）渐近式速比分配渐近式速比分配现代轿车使用车速范围大，多采用渐进式速比分配。以
10、4档变速为例：；高速间速比值小于低挡间速比比值。第21页，本讲稿共31页从下图中可看出在高档特性场中空隙低档比高档大 2液力变矩器液力变矩器“自学”第22页，本讲稿共31页2-3 动力性分析动力性分析一、驱动力一、驱动力行驶阻力平衡图、动力特性图、功率平衡图行驶阻力平衡图、动力特性图、功率平衡图 *汽车行驶方程式：a）车速 km/h 式中：车轮滚动半径，m；发动机转速，r/min。b）半径 自由半径轮胎自由状态下的半径。滚动半径=滚动圆周/动态半径：受扭矩时的 m 式中：轮辋直径，in；轮胎宽度，in；径向变形系数：0.10.16。第23页，本讲稿共31页c）传动效率 功率损失：机械损失 液力
11、损失 由实验得到1驱动力车速图：各档驱动力与车速的关系。驱动力行驶阻力图：在上图上再画上行驶阻力曲线。2动力特性图：动力因数车速关系曲线物理意义物理意义：单位车重所具有的后备驱动力，标志着汽车克服 、能力，可用于比较不同重量、不同空气阻力的汽车。第24页，本讲稿共31页3功率平衡图：驱动功率、行驶阻力功率与车速的关系。kw二、分析驱动平衡图可方便、形象地确定汽车最高车速、二、分析驱动平衡图可方便、形象地确定汽车最高车速、加速性能和爬坡能力加速性能和爬坡能力 1最高车速最高车速 驱动力曲线与总阻力曲线的交点第25页，本讲稿共31页2汽车的爬坡能力汽车的爬坡能力 汽车爬坡能力指在良好路面上，克服之
12、后，剩余驱动力全部用来爬坡所能爬上的坡度。3汽车的加速能力汽车的加速能力当 可知，可求出 ，作出 图。由于 需用仪器测定，一般常用加速时间评价汽车加速性能。例如：最高档加速性能 15km/h 0.8 当从但 与 的关系式不易确定，所以一般用图解法.第26页，本讲稿共31页一、汽车行驶的驱动一、汽车行驶的驱动附着条件附着条件 才能加速行驶 1、驱动条件第一条件 2、附着条件第二条件 附着力地面对轮胎切向反作用力极限值。在硬路面上 其中 为附着系数。对于后轮驱动的汽车：又 （附着条件）综合上述，汽车驱动附着条件：2-4 行驶附着条件行驶附着条件第27页，本讲稿共31页二、车轮法向反作用力二、车轮法
13、向反作用力汽车的附着力取决于法向反作用力和附着系数，其中附着系数在第四章介绍这里仅介绍车轮法向反作用力。1.静态法向反力前轴：后轴：2惯性力引起的法向反力前轴：后轴：第28页，本讲稿共31页3空气阻力引起的法向反力 前轴：后轴：4升力引起的法向反力 前轴：后轴：其中 、为前后轴升力。综合上述，汽车行驶前后轴的反力 分别为：第29页，本讲稿共31页三、附着条件限制的加速能力三、附着条件限制的加速能力条件：低速档加速能力（最大）1 及 忽略2 忽略旋转惯性力矩前驱动其中 极限值 故 同理，后驱动：全驱动：第30页，本讲稿共31页四、附着条件限制的上坡能力四、附着条件限制的上坡能力 前驱动：相当于 相当于 后驱动：全驱动：五、驱动系统布置和行驶附着条件五、驱动系统布置和行驶附着条件 从公式中 与 、有关 前驱动 牵引系数：第31页，本讲稿共31页