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文档简介

1、v1.0可编辑可修改各种汽车加速度性能的对比研究武汉一中,高一(1)班研究性学习物理组成员:舒旷卢寅玺牛心妍桂靖恒 汤菁荟程果胡峻国 顾欣徐鹏飞4、课题背景在街道上,我们可以看到:许多车辆在等红灯,可在信号灯变绿 后,为什么在同一条线上等待的车,有的首先冲到了前面,而有些车 却被落在后面,除了司机精力是否集中外,主要是因为不同的车加速 性能有所不同。衡量一辆汽车的好坏标准中,加速性能是其中一个重 要因素,更是跑车好坏的最重要因素。如何评价汽车的加速性能,每 一位车主、准车主都很关心。实际上,汽车技术性能指标上的加速性 能只是一个参考值。很多人都知道力、质量与加速度加速之间的关系, 但汽车的加速

2、性能与很多因素有关。汽车性能参数中有许多和性能有 关的数据,如功率,扭矩,100km/h加速时间等等。可是加速度是如何计算出来的呢这不禁使我产生疑惑。二、课题目的了解影响汽车加速性能的主要因素有哪些,在得到相关知识的同 时,能够开发我们的创新思维,提高观察能力和动手能力。三、课题研究方法1. 查找资料:上网查找,翻阅书报,收集资料。2. 实地调查:对行人、司机的采访。3. 总结整理:整理资料,分析内容。四、课题研究过程(一)资料收集据网上资料,影响加速度性能的因素有如下几个:1 、汽车的重量2 、发动机的扭矩3 、发动机的转速4 、空气阻力与地面的摩擦力等阻力 扭矩上止虫中腺"就是力

3、臂閑为昨 扭矩的大小和曲柄的长AM美 而曲辅仪短虫活畫冲程决定扭矩是使物体发生转 动的力。发动机的扭矩就是 指发动机从曲轴端输出的 力矩。在功率固定的条件下 它与发动机转速成反比关 系,转速越快扭矩越小,反之越大,它反映了汽车在一定范围内的负载能力。启动时或在山区行 驶时,扭矩越高汽车运行的反应便越好。以同类型发动机轿车做比较, 扭矩输出愈大承载量愈大,加速性能愈好,爬坡力愈强,换挡次数愈 少,对汽车的磨损也会相对减少。尤其在轿车零速启动时,更显示出 扭矩高者提升速度快的优越性。在活塞发动机中,活塞做往复运动,曲轴做旋转运动,他们之间 由连杆相连。在做工冲程我们可以发现,其实可以把连杆和曲轴的

4、连 接轴中心到曲轴旋转中心的距离看做是力臂,气缸做工向下运动就是 力,力经过连杆施加到曲轴上,驱动曲轴旋转,也就成了我们所说的 扭矩。 功率功率是指物体在单位时间内所做的功。功率越大转速越高,汽车的最高速度也越高,常用最大功率来描述汽车的动力性能。最大功率一 般用公制马力(PS)或千瓦(kW)来表示,1PS等于。 .功率密度即比功率(比功率是衡量汽车动力性能的一个综合指标, 具体是指汽车发动机最大功率与汽车总质量比)(二)相关数据0- 100km/h加速时间表车型车重发动机盘变速箱最大车量速Lamborgh ini Gallardo1380kg5.2L 中置V10自然吸气发动机功率 419kW

5、8000r/min扭矩 540Nm6500r/min5.2L6档自动325km/hSmart1L后置L4涡轮增压fortwo770k发动机1.05档半自155km/g功率 62kW 5250r/mi nL动h扭矩120Nmi2000-4750r/mi n1.2L水平对置双缸发BMW R229k动机1.26速螺旋250km/1200 RTg功率 7500 r/mi nL齿轮h扭矩 6000r/mi nBuggetti中置W164涡轮增压发Veyr on1888动机8L7档双离430km/kg功率 736kW 6000r/mi n合h扭 矩1250Nmi2200 5500r/mi n5.5L前置V

6、8自然吸气Benze S2199发动机5.57档手自250km/500 Lkg功率 285kW 6000r/mi nL一体h(电子扭矩530Nm1限速)2800 4800r/mi n对比发现,直接影响汽车加速性能的有汽车质量,发动机排量、 布局、型式(决定功率和扭矩),变速箱的档位(决定齿比的疏密,影 响输出功率)。(三)结果分析 .发动机的扭矩是随着转速的变化而变化的。所以,汽车的最大扭 矩往往与转速同时标记,例如甲车最大扭矩150牛顿米(4000转/分)、 乙车最大扭矩150牛顿米(4500转/分),同样是150牛顿米的最大扭 矩,两车在发动机转速相同的情况下,加速性能将有所区别。研究数

7、据可知,一般发动机最大扭矩输出对应一个区间,区间越大,随着加 速转速上升,最大扭矩保持输出的时间更长,因而百公里加速数据更 优秀。而F1赛车使用的均是涡轮增压发动机,除工艺精细外结构与普 通家用轿车无异,但F1赛车之所以更迅猛的原因,是因为其最大18000 r/min的最高转速,有了更大的宽扭平台,自然 F1可以在大直道中加 速到323km/h的极速。 .最大扭矩指标对应的是发动机的转速而不是汽车的速度。发动机 输出的动力要通过传动系统减速增扭,然后作用于驱动轮,才会产生 汽车加速所需要的力。不同车型的传动系统不同,因此在发动机最大 扭距相同的情况下,加速特性也不一定相同。多家汽车公司如BEN

8、ZEBMW开发的8速自动变速箱,通过更密的齿比来实现动力的精巧输送, 确保发动机始终保持在最佳转速工作,实现充沛动力与保护发动机寿 命的双赢。又如VW开发的6速7速DSG双离合变速箱,其拥有两套相 同的齿轮,(可以理解为12或14档,但其中有七个档位重复)当第一 套齿轮输出动力时,第二套齿轮在行车电脑的控制下处于待命状态, 换挡的实质是两套齿轮系统的互相切换,这样有了更短的换挡时间, 保证动力的连续顺滑输出。 .汽车中还有许多其他的因素会影响汽车加速性能,如夏天开启空 调制冷系统后,车辆会牺牲一部分的功率去驱动空调压缩机,在爬坡 或超车过程中,会明显的有汽车力不从心的感觉,而现代的B级车以上中

9、会有许多电子设备,部分也会影响加速性能。目前,还有通过在驱动轴上并联电机的混合动力车型,由电机在最初即能输出95%以上的 功率,汽车在加速阶段通过电机发动机同时工作,会有更迅猛的加速 表现。 .分析牛顿第二定律F=ma a=F,这是加速度的定义式,m是车辆m的总质量,所以整车厂商尤其是赛车生产厂家都会进行车辆的减重工作,例如使用较钢更轻的碳纤维车身,拆去无用的电子设备如空调等等(这是参加wtc,达喀尔拉力赛等才使用的)。有效减小m加速度就会更大,而汽车业界还有类似的如此描述,就是功率质量比。 .同上理a不只与m有关更与F有关,公式中的力F是合力,包括 路面阻力、风阻可能还有为增加汽车势能而需要

10、克服的引力。由于有这么多因素在起作用,那么想要求得汽车的百米加速度只能在 理想条件下进行:假设汽车在平直路面上由静止开始做匀加速运动, 阻力等于车重的,设汽车的质量为1吨,如果要求在10秒内速度从0 加速到100公里/小时,则由 V= a m/ s2,t有牛顿第二定律得F?二ma=2778 N考虑阻力(1000 N)的影响,实际驱动力为F= F? +f=3778 N加速路段的长度S=! at2 = 138.9 m2加速全程耗费的功W=FS= J功率为P=W= w t假设汽车发动机的转速一直为4000转/分(实际上不可能),所需的扭矩为52476.4M=4000 2 n = N m60综上,如果假设不变,由上述计算过程可知,所需的扭矩与车重成正 比。即车重增加或减少,所需扭距成正比增减。五、课题研究结论要提高车辆加速性能,可着力于改善车辆质量,采取轻量化手段; 减少车辆的行进阻力,可使用热熔半热熔的轮胎,采取流线型车身, 使用空气动力学套件,改变后视镜样式;提高发动机性能,优化进气, 提高压缩比,采用燃油直喷技术等等。六. 收获与体会虽然0-100公里加速越快就

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