第三章汽车的主要性能.ppt

第三章汽车的主要性能,第一节汽车动力性定义：汽车在良好水平路面上直线行驶时所能达到的平均行驶速度。一、汽车动力性的评价指标一、汽车的最高车速二、汽车的加速能力三、汽车的爬坡能力,（一）汽车的最高车速vmax,最高车速是指在良好的水平路面（混凝土或沥青）上汽车能达到的最高行驶车速。轿车：vmax=130200km/h；客车：vmax=90130km/h；货车：vmax=80110km/h。在使用中，将加速踏板踩到底，变速器挂入最高档位。,（二）汽车的加速能力,加速能力可用汽车以最大加速强度加速行驶时的加速度、加速时间或加速行程来表示。在实际中评价汽车的加速能力最常用的指标是加速时间。分类：.原地起步加速时间：由低档（I或II档）起步，以最大的加速强度（包括选择恰当的换档时机）逐步换至最高档位后达到某一预定距离或车速所需的时间。一般用0400m或0100km/h的时间表示原地起步加速能力。.超车加速时间:用最高档或次高档由某一较低车速全力加速到某一高速所需的时间。有时也采用加速过程曲线表示加速能力。,2.加速时间t,飞度1.5L12.0s红旗CA746010.5s捍马H210.0s宝马523Li9.6s奥迪A87.0s宝马7506.6s奔驰S6006.5s,宝来1.8M（手动挡）/A（自动挡）11.1s/12.7s宝来1.8TM（手动挡）/A（自动挡）9.0s/10.5s手动挡汽车的加速时间更短,法拉利575MMaranello4.2s宝时捷9113.9s兰博基尼Gallardo4.2s,第一节汽车的动力性指标,（1）原地起步加速时间,1）0100km/h的加速时间,2）静止到400m或静止到1km的冲刺时间,60100km/h（4挡/5挡）10.8s/13.7s80120km/h（4挡/5挡）10.6s/14.1s,思考：从这组数据可得到什么信息？,第一节汽车的动力性指标,奥迪A61.8T静止到400m冲刺时间7.9s静止到1km冲刺时间33.4s在一般的技术参数中往往不给此项数据,（2）超车加速时间,宝马520i,低挡的超车加速能力更强。,（三)汽车的爬坡能力,汽车的爬坡能力：用满载时汽车在良好路面上的最大爬坡度（档的最大爬坡度）表示。不同的车辆对爬坡能力的要求：轿车:最高车速大，加速时间短，经常在较好的道路上行驶，一般不强调它的爬坡能力。货车:在各种道路上行驶，要求它具备足够的爬坡能力。一般30即16.7；越野车：在坏路或无路条件下行驶。60或31。为了维持道路上各种车辆能畅通行驶，要求各种车辆在常见的坡道上行驶速度相差不能太悬殊，所以，也可用汽车在常遇的坡道上必须达到的车速来表明汽车的爬坡能力。,二、汽车的驱动力和行驶阻力,确定汽车的动力性，需要掌握沿汽车行驶方向作用于汽车的各种外力，即驱动力与行驶阻力。据这些力的平衡关系，建立汽车行驶方程式，可估算最高车速、加速能力和上坡能力。汽车行驶时，其驱动力一定要克服行驶阻力，其方程式为：Ft=F式中：Ft驱动力（N）;F-行驶阻力之和（N）,（一）汽车的驱动力,1、驱动力的产生汽车发动机的转矩经传动系传至驱动轮，驱动轮便产生一个作用于路面的圆周力F0,路面则对驱动轮产生一个反作用力Ft(F0与Ft大小相等，方向相反)即是驱动汽车的外力，称为汽车的驱动力（如图3-1），其数值为Ft=F0=Mt/r式中：Mt发动机的有效转矩（N.m）r车轮半径（m）作用于驱动轮上的转矩Mt是由发动机产生并经,传动系传至驱动轮上的，由传动过程可知,式中：Me发动机的有效转矩（N.m）,ig变速器传动比i0主减速器传动比t传动系的机械效率将（3-2）代人（3-1）得Ft=Meigi0t/r由上式可知，汽车的驱动力与发动机的转矩、传动系各挡的传动比及传动系机械效率成正比，与车轮半径成反比。因为Me=9550Peigi0t/n式中Pe是发动机在转速为n时的功率（kw）。故Ft=9550Peigi0t/nr,2、传动系的机械效率,发动机输出的功率Pe经传动系传至驱动轮的过程中，部分功率用于克服传动系各部件中的摩擦，因而消耗了一部分功率。驱动轮得到的功率仅为（Pe-Pt）,Pt表示传动系中损失的功率。那么传动系的机械效率为,传动系的功率损失包括变速器、传动轴万向节、主减速器等部件产生的功率损失。其中变速器和主减速器产生的功率损失所占的比例最大。传动系功率损失的分类：机械损失功率：与啮合齿轮对数、传递的扭矩有关。液力损失功率：搅动和磨擦。它与润滑油品质、温度、油面高度、转速等有关。虽然T受到多种因素影响，但对汽车进行初步的动力分析时常把它取为常数。一般轿车取0.90.92，单级主传动货车0.9，双级主传动取0.85,4x4汽车取0.85,6x6汽车取0.8.,（二）汽车的行驶阻力,汽车在水平道路上匀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。当在坡道上上坡行驶时，还必须克服重力沿坡道的分力Fi，称为上上坡阻力。汽车加速行驶时还需要克服其惯性力Fj，称加速阻力。因此，汽车行驶的总阻力为F=Ff+Fw+Fi+Fj1、滚动阻力Ff,车轮在滚动时，由于车轮与地面的变形以及,两者之间的相互作用所产生的能量损失称为滚动阻力。滚动阻力产生的原因有：（1）道路塑性变形损失车辆滚动时会推移土壤，轮胎与路面之间产生摩擦，土壤受挤压产生塑性变形等都要消耗一定的能量。（2）轮胎弹性迟滞损失汽车行驶时，轮胎在径向、切向及侧向都会产生变形，并处于变形、恢复的循环中，其中有一部分能量要消耗在轮胎组织的内摩擦上，称为,弹性迟滞损失，使轮胎发热，并向大气散热。,（3）其他损失汽车行驶时，还包括从动轮轴承、油封处的损失，悬架零件之间的摩擦和减震器内的损失等。滚动阻力的大小一般用公式计算Ff=Gf式中：G-汽车重力（N）f-滚动阻力系数滚动阻力系数f表示单位车重的滚动阻力。汽车在不同路面或不同的运行条件下行驶时滚动阻力系数是不一样的。由实验定。影响因素有：(1)路面的类型、平整度、坚硬程度和干燥状况,表3-1是车速在50Km/h以下时，不同路面上,的滚动阻力系数f的数值。（2）轮胎的结构保证轮胎有足够的强度和寿命的前提下，减少帘布层数，可使胎体减薄而减小滚动阻力系数；子午线轮胎比普通轮胎的滚动阻力小，而且车速的变化对它影响较小；胎面花纹磨损的轮胎，比新轮胎的滚动阻力系数小。（3）轮胎的气压气压低时，在硬路面上轮胎变形大，滚动阻力系数增大；气压高，在软路面上行驶时，路面产生很大的塑型变形，并留下轮辙，也使滚动阻力系数增大；,滚动阻力系数,影响因素：与路面的种类、车速以及轮胎的结构、材料、胎压等有关。同一轮胎在不同的路面上的滚动阻力系数见表3-1。,（4）行车速度车速50Km/h以下时，,滚动阻力系数变化不大。在100Km/h以上时增长较快。车速达某一高速，如150200Km/h左右时，滚动阻力系数迅速增长，因为这时轮胎会出现驻波现象，即轮胎周缘不再是圆形而呈明显的波浪形状。这时车辆的滚动阻力会显著增加。此外，前轮定为失准及车轮受到侧向力作用时，地面会对轮胎产生侧向反作用力，引起轮胎的侧向变形，例如在转弯行驶时，滚动阻力系数将大幅度增加。,驻波现象（图像）,第二节汽车的驱动力与行驶阻力,2、空气阻力,1.定义:汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力。2.分类:摩擦阻力和压力阻力。3.空气阻力的计算：CD可通过道路试验、风洞试验等方法测得。A指汽车在其纵轴的垂直平面上的投影面积；也常用轮距与汽车高度乘积表示。汽车的CD和A的数值如表7-2所示。,（1）摩擦阻力是由于空气的粘性在车身表,面产生的切向力的合力在行驶方向的分力。摩擦阻力与车身表面粗糙度及表面积有关，约占空气阻力的810%。(2)压力阻力是作用在汽车外形表面上的法向压力的合力在行驶方向上的分力。它主要包括：形状阻力：与汽车的主体形状有很大关系。占58。干扰阻力：车身表面突起部位引起的阻力,如后视镜、门把手、导水槽、驱动轴、悬架导向杆等）。占14。,内循环阻力：发动机冷却系统、车身通风等需要的空气流经车体内部时形成的阻力。占12诱导阻力：空气升力在行驶方向的分力。占7。F=CDAva2/21.15式中：CD空气阻力系数，是单位动压在每平方米迎风面积上产生的空气阻力。A汽车的迎风面积va汽车与空气的相对速度（km/h）,3、坡度阻力,1.定义：当汽车上坡行驶时，汽车重力沿坡道方向的分力。2.计算式：Fi=Gsin3.道路坡度：一般道路坡角较小，sintan=i，所以坡度阻力为Fi=Gi,坡度阻力,4.道路阻力F：由于坡度阻力与滚动阻力都是与道路有关的阻力，且都与汽车重力成正比，所以把两种阻力合在一起称为道路阻力。F=Ff+Fi=fGcosa+Gsina当坡角a较小时，cosa1，sinai，那么：F=Gf+Gi=G（f+i）令=f+i，称为道路阻力系数。则F=G,4、加速阻力,1.定义:汽车加速行驶时，需要克服其质量加速运动时产生的惯性力，称为加速阻力Fj。汽车的质量包括平移质量和旋转质量两部分，加速时平移质量产生惯性力，旋转质量产生惯性力偶距。2.计算式：式中：-汽车旋转质量换算系数。,三、汽车行驶的驱动条件和附着条件：,（一）、汽车行驶的驱动条件：汽车行驶过程中，受到各种行驶阻力的作用。为保证汽车的正常行驶，必须有一定的驱动轮，以克服各种行驶阻力。表示汽车驱动力与行驶阻力间的等式，称为汽车行驶的驱动力平衡方程，即Ft=Ff+Fw+Fi+Fj,上式说明了汽车行驶中驱动力与个行驶阻力,的平衡关系，其平衡关系不同，则汽车的运动状态不同。若Fj=Ft-（Ff+Fw+Fi+Fj）0，即FtFf+Fw+Fi+Fj时，汽车将加速行驶若Fj=Ft-（Ff+Fw+Fi+Fj）=0，即Ft=Ff+Fw+Fi+Fj时，汽车将等速行驶若，Fj=Ft-（Ff+Fw+Fi+Fj）0，即Fti02。i0增大，功率曲线左移，在一定车速下，后备功率增加。,当主传动比为i02时，最高车速vmax最高。,当主传动比增大(i03)或减小(i01)时，最高车速vmax降低。i03i02时，发动机功率曲线右移，最高车速降低，后备功率减少，故汽车的动力性较差，在保证最高车速的前提下，尽可能选择较大的主减速器传动比。,i02,i01,i03,2.变速器参数对动力性影响：1）档位数:如图7-18。档位数越多，特性越接近等功率发动机。采用无级变速器后，发动机就可能总是在最大功率下工作，动力性提高。2）各档传动比：I档传动比越大，汽车最大爬坡度和驱动力越大。但要考虑附着条件的限制（否则驱动轮产生滑转）。其余各档传动比要适当，使发动机经常处于或接近最大功率或最大扭矩的转速范围内工作。选择变速器传动比时，先根据最大爬坡能力要求和附着条件确定I档传动比，其余各档传动比按等比级数进行分配。,变速器档数对汽车动力性的影响,（五）汽车流线性的影响,（六）轮胎尺寸与形式的影响汽车的驱动力与驱动轮的半径成反比，而车速与驱动轮的半径成正比。因此，轮胎半径对动力性有关的驱动力和车速是矛盾的。在良好路面上行驶的汽车，由于附着力较大，允许用较小直径的轮胎，可得到较大的驱动力。车速的提高可以用减小主减速器传动比来解决。轮胎尺寸和主减速器传动比的减小，使汽车质心高度降低，提高了汽车行驶的稳定性，有利于汽车的,高速行驶。软路面上行驶的汽车，车速不高，要求,轮胎半径大些，主要是为了增加附着系数。（七）使用因素的影响1、发动机技术状况发动机技术状况不良，其功率、转矩下降，汽车动力性下降。2、汽车底盘技术状况汽车传动系各传动元件的松紧度与润滑，前轮定位的调整、轮胎气压、制动性能的好坏、离合器的调整，传动系的润滑油质量等直接影响汽车的动力性。3、驾驶技术熟练的驾驶操作，适时迅速地换挡以及正确地选择档位，对发挥和利用汽车动力性均有很大影响。,4、汽车运行条件的影响气候温度过高或,过低，容易造成发动机过热和过冷，使发动机功率下降；当汽车在高原地区行驶时由于空气稀薄使发动机的充气量和压缩压力降低，导致发动机功率下降：汽车在使用过程中，道路条件的不断变化，如遇泥泞土路和冰雪路面等，车轮的滚动阻力增加，附着系数减小，因而也使发动机的功率大大降低。,第二节汽车的燃油经济性,在保证动力性的前提下，汽车以尽量少的燃油消耗量经济行驶的能力，称为汽车的燃油经济性。,返回目录,第二章汽车的燃油经济性,一、汽车燃油经济性的评价指标,本节将介绍中国、欧洲及美国燃油经济性的评价指标。,返回目录,美国燃油经济性评价指标：一定运行工况下一定量燃油行驶的里程，单位为mile/USgal。,中国及欧洲燃油经济性评价指标：一定运行工况下百公里燃油消耗量，单位为L/100km。,思考：为什么要在一定运行工况下评价汽车的燃油经济性？,燃油经济性的评价指标,等速行驶百公里燃油消耗量是常用的一种平,价指标，是指汽车在一定载荷（我国标准规定轿车为半载、货车为满载）下，以最高档在水平良好路面上等速行驶100km的燃油消耗量。通常是测出每隔10km/h或20km/h速度间隔的等速百公里燃油消耗量，然后在图上连成曲线，作为等速百公里燃油消耗量曲线，并用它来评价汽车的燃油经济性，如图3-4.,第一节汽车燃油经济性的评价指标,等速工况,宝来轿车等速油耗1.8L6.4M/7.0A/90km/h8.5M/9.2A/120km/h1.8T6.1M/7.0A/90km/h8.7M/9.2A/120km/h,注：M代表手动挡汽车；A代表自动挡汽车。,但是，等速行驶工况并没有全面反映汽车的,实际运行情况，特别是在市区行驶中频繁出现加速、减速、停车等行驶工况。因此，在对实际行驶车辆进行跟踪测试统计的基础上，各国都制定了一些典型循环工况来模拟实际汽车运行状况，并以其百公里燃油消耗量来评定相应行驶工况的燃油消耗量。,以L/100km计的1/3混合油耗为,第一节汽车燃油经济性的评价指标,2.循环行驶试验工况,1）欧洲经济委员会（ECE）,二、影响汽车燃油经济性的因素,（一）汽车结构因素的影响1、发动机方面的影响发动机方面影响燃油经济性的主要因素有：发动机的种类、压缩比、发动机功率利用率等。（1）发动机种类的影响柴油机的热效率高，有效燃油消耗率比汽油机低30%40%，故汽车发动机采用柴油机逐渐增多。（2）压缩比的影响提高压缩比是提高汽油机燃料经济性的主要措施。（3）发动机的功率利用率的影响功率利用率对,发动机燃料经济性影响很大，一般汽车发动机在中,等转速较高负荷率下工作时，其经济性最好。（4）发动机燃料燃烧过程的影响改进燃料供给系和燃烧室的形状及进、排气系统的结构，使燃料得到良好的气化和雾化，并且与空气混合均匀，就能改善燃烧过程，从而提高燃油经济性。电喷发动机及稀薄燃烧技术一般节油5%20%。2、传动系方面的影响传动系的效率越高，则损失与传动系的能量愈少，故经济性越好。当发动机功率一定时，传动系的传动比越小，则汽车的燃油经济性越好。所以采用超速档和减小主传动比，,均可减少燃料消耗。但传动比不可太小，否则在汽,车行驶中遇到阻力稍大时，便会感到驱动转矩不足，因而经常要换用变速器的中间档，反而增加了燃料消耗，使汽车的燃料径向变坏。3、空气阻力的影响空气阻力与迎风面积、空气阻力系数、行驶速度的平方成正比。车速越高，阻力越大。汽车的燃油经济性越差。4、汽车质量的影响汽车总质量增加时，单位行程的燃油消耗量增加，但二者增加量不成正比。随着载质量的增加，发动机的功率利用率将提高，因而会使发动机的有效燃油效率有所降低，汽车单,位运输工作量的燃油消耗量减少，所以减轻汽车的,自身质量和增大汽车的载质量，都能改善汽车的燃油经济性。（二）使用方面的影响1、汽车的技术状况必须正确执行汽车的维护制度、正确维护和调整，特别是燃料供给系和点火系，要经常保持在良好状态。底盘方面，首先要保持正常的润滑，一减少传动系和行驶中的摩擦阻力。另外，还要保证前轮定位的正确性和正常的气压，一减少对燃料消耗。特别是油的质量。2、驾驶员的操作技术水平良好的驾驶技术可以大大降低燃料的消耗。不同技术水平的人在相,同使用条件下驾驶同一类汽车，其燃料消耗量可相,差20%40%。降低燃料的消耗除了合理起动、预热保温、平稳起步、缓慢加速，安全、合理地使用制动外，对档位的选择也有一定的要求。即：使汽车接近于格挡的经济车速行驶，在条件允许的情况下，尽量采用高速挡行驶。3、运行条件的影响,汽车行驶时能在短距离内停车且维持行驶方向稳定性和在下长坡时能维持一定车速的能力，称为汽车的制动性。制动性是汽车主动安全性的重要评价指标。,第三节汽车的制动性,返回目录,一、汽车制动时车轮受力分析,要使行驶中的汽车降低速度或停车，必须使汽车受到与行驶方向相反的外力。这种外力只能由地面和空气提供。一般情况下空气阻力相对较小，故实际上外力主要是由地面提供的，这种力称为地面制动力。地面制动力越大，制动减速度越大，制动距离越短，所以地面制动力对汽车制动性具有决定性影响。,Tu是车轮制动器中摩擦片与制动鼓或盘相对滑转时的摩擦力矩。单位N.m；Fxb是地面制动力，单位为N；W为车轮垂直载荷；Tp为车轴对车轮的推力；Fz为地面对车轮的法向反作用力单位为N。显然，从力矩平衡得到Fxb=Tu/r式中：r车轮半径（m）,第二节制动时车轮的受力,（一）、地面制动力,地面制动力Fxb是使汽车制动而减速行驶的外,力，其大小取决于两个摩擦副的摩擦力：一个是制动器内制动摩擦片与制动鼓（或制动盘）间的摩擦力：另一个是轮胎与地面间的摩擦力（即附着力）。（二）、制动器制动力F测得方法：将汽车架离地面，并踩住制动踏板，在轮胎周缘沿切线方向推动车轮直至它能转动所需的力。,（二）、制动器制动力F,在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩所需的切向力。,与附着力无关,F取决于制动器的类型、结构尺寸、制动器摩擦副的摩擦因数及车轮半径，并与踏板力成正比。,第二节制动时车轮的受力,（三）地面制动力、制动器制动力与附着,力之间的关系在制动时，当制动踏板力较小时，制动器摩擦力矩T不大，地面制动力Fxb足以克服制动器摩擦力矩而使车轮滚动。车轮滚动时的地面制动力就等于制动器制动力，并随踏板力的增长呈正比的增长（图3-6），此时Fxb=F=T/r但由于地面制动力是滑动摩擦的约束反力，其值不能超过附着力，即FxbF=Tz,三、FXb、F与的关系,FXb=F,F,第二节制动时车轮的受力,二、汽车制动性的评价指标,制动性能的优劣主要从汽车的制动效能、制动效能的恒定性和制动时的方向稳定性三个方面来评价。（一）汽车的制动效能是指汽车迅速降低车速直至停车的能力。一般用制动距离和制动减速度来评价。1、制动距离汽车速度为v0时，从脚踏制动踏板开始到汽车停止行驶为止所经过的距离。它与汽车行驶安全有直接的关系。,制动距离与制动踏板力、车辆载荷、制动器起,作用的时间、路面附着条件、制动的起始车速、发动机是否结合等许多因素有关。在制动过程中实际测得的制动踏板力与制动减速度及制动时间可用如图3-7的汽车制动过程曲线图表示。2、制动减速度是检验制动效能的基本的指标之一，其大小直接影响制动距离的长短。制动减速度的大小反映了地面制动力的大小，因此它与制动器制动力（车轮滚动时）及地面制动力（车轮抱死拖滑）有关。,上述是制动器起始温度在100C以下的制动,效能。汽车在高速制动、或下长坡连续制动时，制动器的温度常在300C以上，有时高达600700C，此时制动器摩擦系数下降，摩擦力矩显著减小，从而使制动效能显著下降，这现象称为制动器的热衰退。制动效能的恒定性主要指的是行车制动系统抗热衰退的性能。被试车辆以一定的车速连续制动15次，每次制动强度为-3m/s,制动效能应不低于冷制动效能的60%。,方向稳定性主要是指制动跑偏后轴侧滑前轮失去转向能力,（三）制动时汽车的方向稳定性是指汽车在制动过程中维持直线行驶的能力，或按预定弯道行驶的能力。,返回目录,跑偏,侧滑,第四节制动时汽车的方向稳定性,1、制动跑偏是指制动时原期望汽车按直线,方向减速停车，但有时汽车却自动向左或向右偏驶的现象。2、制动侧滑指汽车制动时某一轴的车轮或者两轴的车轮发生横向滑动的现象。制动跑偏和制动侧滑区别在于，制动跑偏时虽然行驶方向出现了偏离，但车轮与地面没有产生相对滑移现象；严重的跑偏有时会引起后轴侧滑，易于发生侧滑的汽车也有加剧跑偏的趋势。3、制动时失去转向能力是指制动时不能按预定弯道行驶和转向，而沿切线方向,驶出，或直线行驶制动时转向盘不能改变方,