纵向动力学性能分析

1、1 汽 车 系 统 动 力 学 马 天 飞 第第 五五 章章 纵纵 向向 动动 力力 学学 性性 能能 分分 析析 2 第一节 动力的需求与供应 n 车辆对动力的需求 n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 汽 车 系 统 动 力 学 马 天 飞 d tw d a r , a rr M F 3 n 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。 汽 车 系 统 动 力 学 马 天 飞 )( Tice 2 g 2 0dr 2 0wi iii 车辆对动力的需求 4

2、 n 旋转质量换算系数 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 mc是装载质量 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。（表5-1） 戴姆勒-奔驰1632K：1档10.12；2档3.18； 8档1.08 汽 车 系 统 动 力 学 马 天 飞 1 2 dv i i rm 车辆对动力的需求 xcvia )(ammF 5 n 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。 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 马 天

3、 飞 车辆对动力的需求 2 a DcvRGxcviDem 2 )()(uACgmmfiammF 6 n 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 汽 车 系 统 动 力 学 马 天 飞 dt0gedHx /riiMrMF 2 a DcvRGxcvi d 0gte 2 )()(uACgmmfiamm r iiM 7 第二节 动力性 n 概述 车辆动力性由加速能力、爬坡能力和最高车速来衡量。 n驱动力平衡图 根据发动机外特性曲线计算 得到。 表示某工况的动力供求关系。 PNmax为汽车能产生的最大功率 特性曲线。 汽 车 系

4、统 动 力 学 马 天 飞 8 n 驱动功率平衡图 将某车速下的驱动力和行驶阻 力值与车速相乘得到的 传递至轮毂的功率PH 行驶时需克服的功率PDem 即功率供应和功率需求 汽 车 系 统 动 力 学 马 天 飞 概述 9 n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。 汽 车 系 统 动 力 学 马 天 飞 n 爬坡能力 10 n 爬坡能力 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 汽 车 系 统 动 力 学 马 天 飞 gmm F )( sin cv exx, max,G 11 n 加速能力

5、 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。 重型货车低速档i较大，对 加速能力的影响也很大。 汽 车 系 统 动 力 学 马 天 飞 maxcviexx, )(ammF 12 n 后备功率 汽 车 系 统 动 力 学 马 天 飞 uammuFP maxcviexx,ex )( 13 n 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。 不同坡度下的驱动力（功率）平衡图 一档能爬上40%的坡度 汽 车 系 统 动 力 学 马 天 飞

6、 14 n 换档策略 为实现车辆的最大加速能力，换档的最佳时机应为 发动机达到最高转速； 相邻高档能够提供比当前档位更高的加速度。 各档后备驱动力曲线的交点即代表了相邻两档间的最 佳换档时机。 汽 车 系 统 动 力 学 马 天 飞 传动系统设计方案的影响 15 n 下长坡时的行驶稳定性分析 由于坡度阻力与汽车行驶方向相同，导致阻力曲线处于横 轴以下； 为增大阻力，需采用缓速装置 电涡流缓速器能维持更高的稳定车速； 在低速范围内，发动机制动的效果更好。 汽 车 系 统 动 力 学 马 天 飞 16 第三节 燃油经济性 n 燃油消耗量的计算 单位里程燃油消耗量Btr和单位时间燃油消耗量Btp 根

7、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 马 天 飞 17 n 该工况燃油消耗率的确定 车辆行驶所需发动机转矩 ML为转矩损失。 所需发动机缸内平均有效压力 Vs为发动机排量，i为每缸每转点火次数。 发动机转速 根据pme和ne确定该工况的燃油消耗率be （g/(kw.h)） 汽 车 系 统 动 力 学 马 天 飞 燃油消耗量的计算 L 0g dDem Dem M ii rF M iV M p s Dem me 2 )/(2 d0ge riuin 18 n 计算燃油消耗量 单位时间的燃油消耗量 单位里程的燃油消耗量 对于循环行驶工况，须将过程划分成若干段稳定工况，分别

8、 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。 汽 车 系 统 动 力 学 马 天 飞 燃油消耗量的计算 feetp /PbB atptr /uBB 19 n 减少油耗的途径 车辆燃油消耗量 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。 汽 车 系 统 动 力 学 马 天 飞 )/( tfDemetr FbB 20 n 水平路面匀速行驶的燃油消耗曲线 汽 车 系 统 动 力 学 马 天 飞 减少油耗的途径 考虑变速器的增矩作用和传动系的功率损失

9、，将随车速 变化的滚动阻力曲线转换到发动机万有特性图上。 21 n 有级变速器车辆的油耗状况 相同车速下，高速档的燃油消耗量少； 常用档位的燃油消耗量曲线应当尽量靠近最省油的工 作点。 汽 车 系 统 动 力 学 马 天 飞 减少油耗的途径 22 n 不同动力总成匹配方案的工作特性 汽 车 系 统 动 力 学 马 天 飞 减少油耗的途径 CVT系统可以根据所需功率控制传动比，在发动机特性图 上任意选择工作点，使发动机总是工作在最省油的工况。 23 n 车辆燃油消耗量的影响因素 轿车车辆参数变化对燃油消耗量的影响 对于货车，整车质量对滚动阻力和耗油量起决定作用。 常以最高车速行驶，调整空气动力学

10、参数更为重要。 汽 车 系 统 动 力 学 马 天 飞 减少油耗的途径 24 第四节 驱动与附着极限和驱动效率 一、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。 汽 车 系 统 动 力 学 马 天 飞 25 二、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 马 天 飞 )sincos( sin )( 2 GGRx 2 d r xG 2 w a D Rrra,ta,GDxf L h L b mgfa r mamguuAC

11、FFFFFF 26 三、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。 p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。 p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，教材表5-4。 汽 车 系 统 动 力 学 马 天 飞 zr xr r zf xf f , F F f F F f 27 四、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。（表5-5） 前轮驱动汽车在水平路面的起

12、步加速能力 汽 车 系 统 动 力 学 马 天 飞 g )hf(L fab a R , f ,max 28 五、驱动效率 1、定义：驱动轴静载与整车重量的比值 2、驱动效率决定着车辆的驱动能力和附着极限 3、驱动效率与车辆质心位置相关 汽 车 系 统 动 力 学 马 天 飞 WF / zs 主要取决于发动机 位置和装载情况； 与动态载荷的转移 和上坡时轴荷转移有 关。 29 第五节 制动性 一、制动性的评价 1、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

13、马 天 飞 30 2、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。 将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 马 天 飞 制动性的评价 ga/z xb zrbrrzfbff /,/FFfFFf brzrrrbfzfff /,/FzFfzEFzFfzE 31 二、直线制动动力学分析 忽略坡度和空气对轴荷的影响，有 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。

14、理想制动强度与前轴制动力的关系 汽 车 系 统 动 力 学 马 天 飞 zFmaF zsxbb gaz/ maxxb,max h L F F h b h b z z bf 2 22 32 n 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。 汽 车 系 统 动 力 学 马 天 飞 直线制动动力学分析 z bf z bf 2 z br 22F F h L F F h b h b F F 33 三、制动稳定性分析 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。 汽 车 系 统 动 力 学 马 天 飞 34 四、转弯制动动力学分析 车辆在转弯制动时，轮胎必须提供足够的纵向力和侧向力。 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，制动减速度（制动效率）将减小。 汽 车 系 统 动 力 学 马 天 飞 35 n 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。 汽 车 系 统 动 力 学 马 天 飞 转弯制动动力学分析 36 n 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