汽车运用工程 第02章

1、1/174第二章第二章 汽车动力性汽车动力性2.1 汽车动力性的评价指标汽车动力性的评价指标2.2 汽车的驱动力和行驶阻力汽车的驱动力和行驶阻力2.3 汽车行驶的驱动汽车行驶的驱动-附着条件附着条件与汽车附着力与汽车附着力2.4 汽车的动力性分析汽车的动力性分析2.5 影响汽车动力性的因素影响汽车动力性的因素2.6 汽车动力的合理使用汽车动力的合理使用2.7 汽车动力性的试验汽车动力性的试验n主要研究内容：主要研究内容：n 分析受力分析受力;n 建立行驶方程式建立行驶方程式;n 以图、表的形式以图、表的形式，按汽车动力性评价按汽车动力性评价指标，确定汽车的动力性。指标，确定汽车的动力性。汽车动

2、力性汽车动力性 定义定义 在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。2.1 汽车动力性的评价指标汽车动力性的评价指标汽车动力性评价指标汽车动力性评价指标n最大车速vamaxn加速时间tn最大爬坡度imax4/174最高车速最高车速最高车速，是指汽车在平直的、良最高车速，是指汽车在平直的、良好道路（混凝土或柏油）上所能达好道路（混凝土或柏油）上所能达到的最高行驶车速。到的最高行驶车速。加速时间评价方法加速时间评价方法n超车加速时间超车加速时间n 以最高档或次高档，以以最高档或次高档，以amax加速至加速至某一高速所用的时间。某一高速所用的时间。原地起步加速时间原地

3、起步加速时间 由由I或或II档起步，以档起步，以amax，并考虑并考虑换档时间，一般用换档时间，一般用0400m或者或者0100km/h的时间表示原地起步的加速的时间表示原地起步的加速时间时间。车速时间汽汽车车加加速速过过程程曲曲线线爬坡能力的评价爬坡能力的评价以满载、良好路面上的以满载、良好路面上的imax来表示来表示。n 商用车商用车3030或或16.516.5；n 越野汽车越野汽车6060或或3 30 0 ；n 轿车最高车速轿车最高车速较较大，大， 且且通常在良好的通常在良好的市区道路行驶，可爬坡度很大。市区道路行驶，可爬坡度很大。n 有的国家要求汽车在常遇坡道上汽车必有的国家要求汽车在

4、常遇坡道上汽车必须保持的速度表明其加速能力。须保持的速度表明其加速能力。n汽车动力传递路线汽车动力传递路线：发动机发动机离合器离合器变速器变速器传动轴传动轴主减速器主减速器差速器差速器半轴半轴车轮车轮汽车的行驶方程式：Ft汽车的驱动力；汽车的驱动力；F汽车行驶阻力之和汽车行驶阻力之和一、汽车的驱动力一、汽车的驱动力n传动系机械效率T T：n损失主要部件损失主要部件: 变速器和主减速器(含差速器)n损失主要形式损失主要形式:液力损失和机械摩擦损失n液力损失液力损失,如搅动和摩擦。与润滑油的性能、温度、转速、油面高度等有关。轮胎半径r 自由半径自由半径r0n静力半径静力半径rsn滚动半径滚动半径r

5、rnrr= rs = r0 =s/(2n)nS行驶距离，n转动圈数汽车驱动力图n定义定义：用Ft-Va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、车轮半径就可求计算驱动力。riiTFTgtqt0atvF汽车的驱动力图汽车的驱动力图00377.010001360060122iinriinrnrrvggwa发动机外特性曲线发动机外特性曲线 Pe，Ttq n传动系的传动传动系的传动 ig，i0传动效率传动效率T车轮半径车轮半径 r汽车行驶速度汽车行驶速度 va发动机转速发动机转速 n汽车行驶中所需要的功率和能量汽车行驶中所需要的功率和能量取决于它的行驶阻力。取决于它

6、的行驶阻力。二、汽车的行驶阻力n汽车在水平道路上等速行驶时，必须克服来自地面的滚动阻力和来自空气的空气阻力。n滚动阻力以符号Ff表示，空气阻力以符号Fw表示。n当汽车在坡道上上坡行驶时，须克服重力沿坡道的分力，称为坡道阻力，以符号Fi表示。n汽车加速行驶时，还需克服加速阻力，以符号Fj表示。n因此，汽车行驶的总阻力为：jiwfFFFFF1.滚动阻力滚动阻力Ff :轮胎内部摩擦产生的迟滞损失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这种迟滞损失表现为阻碍车轮运动的阻力偶。动的阻力偶。CDKNF,mmh/ZF轮胎径向变形曲线轮胎径向变形曲线ZFa1xFfTW1pFaV滚动阻力系数滚动

7、阻力系数WFffWFrafFraFrFrFaFTWFppzppxzfz1111则令滚动阻力系数ffn轮胎内部摩擦产生迟滞损失，这种损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。失表现为阻碍车轮运动的阻力偶。滚动阻力系数的定义：滚动阻力系数的定义： 车轮在一定条件下，滚动所需车轮在一定条件下，滚动所需要推力要推力Fp1与负荷与负荷W之比，即单位之比，即单位重力的推力重力的推力rTFWFffpp111且26/174阻力偶用滚动阻力描述阻力偶用滚动阻力描述 滚动阻力无法在受力图上画出，它是滚动阻力无法在受力图上画出，它是一个数值一个数值，在受力图上它是切向反力。在受力图上它是切向反

8、力。11xFWf在实际计算时在实际计算时，可不必考虑阻可不必考虑阻力偶，而用力偶，而用滚动阻力替代滚动阻力替代滚动阻力系数的影响因素有：滚动阻力系数的影响因素有：路面的种类、行驶车速及轮胎的构造、材路面的种类、行驶车速及轮胎的构造、材料、气压等料、气压等n1）. 速度速度va对对 f 的影响的影响脱落和爆裂。产生驻波现象，高温、fhkmvconstfhkmvaa,/200.,/100对对 f 的影响的影响因素因素: :2）.胎的结构、帘线和橡胶的品种胎的结构、帘线和橡胶的品种对滚动阻力的影响：对滚动阻力的影响：子午线胎：子午线胎：f较低较低充气压力下降，充气压力下降，f值值fPfWPfPaaa

9、参与变形（稍微）道路寿命道路受力f 的的经验公式经验公式aaaavfvfvfvff商用车轿车商用车：轿车：,000056. 00076. 0)19440/1 (220甚至增加几十倍。侧滑时。通常不考虑转弯的影响转弯时f%,f10050注意：注意：以上所说的滚动阻力都是在汽车直线行驶条件下以上所说的滚动阻力都是在汽车直线行驶条件下进行的。进行的。n定义定义：汽车直线行驶时受到的空：汽车直线行驶时受到的空气阻力气阻力 在汽车行驶方向上的分力。在汽车行驶方向上的分力。n分类分类：压差阻力、诱导阻力、表：压差阻力、诱导阻力、表面阻力、内循环阻力面阻力、内循环阻力2.空气阻力： 形状阻力主要与汽车的形状

10、形状阻力主要与汽车的形状有关，约占有关，约占58。n 压差（形状）阻力压差（形状）阻力主要与汽车的形状有关，主要与汽车的形状有关，约占约占58。n 内循环阻力内循环阻力：发动机冷却系、车身通风等：发动机冷却系、车身通风等气流流过汽车内部，占气流流过汽车内部，占12。n 诱导阻力诱导阻力：空气升力在水平方向的分力，：空气升力在水平方向的分力，占占7。n 摩擦（表面）阻力摩擦（表面）阻力：9。n 干扰阻力干扰阻力：汽车突出部件，如后视镜、门：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，约把手、导水槽、驱动轴、悬架导向杆等，约占占14。 汽车行驶汽车行驶空气作用空气作用空气阻力空气

11、阻力压力阻力压力阻力（法向力）（法向力）摩擦阻力摩擦阻力（切向力）（切向力）形状阻力形状阻力内循环阻力内循环阻力诱导阻力诱导阻力干挠阻力干挠阻力形状阻力形状阻力58%干挠阻力干挠阻力14%内循环阻力内循环阻力12%诱导阻力诱导阻力7%摩擦阻力摩擦阻力9%34/174影响影响 Fw 的因素：的因素：CD 和和 A由于乘坐空间的制约由于乘坐空间的制约A变化不大变化不大但但CD变化较大变化较大，195070年年 CD =0.40.6 1990年年CD =0.250.40 概念车概念车CD =0.2CD大小对轿车（高速）汽车的性能影响极大大小对轿车（高速）汽车的性能影响极大帕萨特帕萨特 ：CD= 0.

12、2815.212rACFvDw空气阻力空气阻力Fw正比于气流相对运动的动压力正比于气流相对运动的动压力：前部低，前部低，过渡平滑，过渡平滑，后部加扰流板，后部加扰流板，掠背式掠背式( (舱背式舱背式) )，底部导流，平整化，向后应逐步升底部导流，平整化，向后应逐步升高，高，整车俯视形状为腰鼓式，整车俯视形状为腰鼓式，改进通风进口、出口位置，改进通风进口、出口位置，商用车顶部安装导流罩系统。商用车顶部安装导流罩系统。CDsinGFisintanshi汽车上坡行驶汽车上坡行驶汽车重力沿坡道的分力汽车重力沿坡道的分力坡度阻力坡度阻力shhgFiGGiFi3.坡道阻力坡道阻力较小时）（道路阻力系数，较

13、小，当fitgshiitgGFi/sinsinn n4.加速阻力加速阻力n n平移质量平移质量n旋转质量旋转质量汽车加速行驶汽车加速行驶克服加速运动的惯性力克服加速运动的惯性力加速阻力加速阻力FmFmma汽车质量汽车质量平移质量平移质量旋转质量旋转质量平移惯性力平移惯性力惯性力偶矩惯性力偶矩汽汽车车加加速速行行驶驶汽车旋转质量汽车旋转质量转换算系数转换算系数 dtdvmFjtdtdrIFdjr220221rrImiiImTgfw汽车旋转质量换算系数汽车旋转质量换算系数 dtdvmGvACGriiTFFFFFaDTgtqjiwr15.21cos20驱动力大驱动力大动力性强动力性强驱动力大驱动力大

14、足够的附着力足够的附着力（切向力）（切向力）动力性强动力性强满足轮胎与地满足轮胎与地面的附着条件面的附着条件一、汽车行驶的驱动一、汽车行驶的驱动-附着条件附着条件地面对轮胎的作用力地面对轮胎的作用力切向的作用力切向的作用力极限值极限值附着力附着力汽车行驶的附着条件汽车行驶的附着条件对于驱动轮对于驱动轮驱动力驱动力附着力附着力汽车的附着力汽车的附着力地面附着系数地面附着系数法向反作用力法向反作用力路面的种类和状况路面的种类和状况行驶车速行驶车速车轮的运动状况车轮的运动状况汽车的总体布置汽车的总体布置行驶的状况行驶的状况车身的形状车身的形状道路的坡度道路的坡度汽车加速上坡时的受力图汽车加速上坡时的

15、受力图静载荷：静载荷：动载荷：动载荷：大小大小则是与则是与坡度和坡度和加速度加速度的增加的增加而增大。而增大。思考：n加速时前驱车还是后驱车容易满足附着条件？汽车的动力性汽车的动力性良好的路面良好的路面直线行驶直线行驶平均行驶速度平均行驶速度运输效率等运输效率等最基本的性能最基本的性能纵向受力纵向受力行驶方程式行驶方程式动力性评价指标动力性评价指标FFt汽车的动力性汽车的动力性汽车行驶方向汽车行驶方向的运动状态的运动状态汽车的纵向外力汽车的纵向外力驱动力与行驶阻力驱动力与行驶阻力汽车的行驶方程式汽车的行驶方程式dtdvmgmvACfGriiTFFFFFaDTgtqjiwftsin15.21co

16、s20riiTFTgtqt0atvF汽车的驱动力图汽车的驱动力图00377.010001360060122iinriinrnrrvggwa发动机外特性曲线发动机外特性曲线 Pe，Ttq n传动系的传动传动系的传动 ig，i0传动效率传动效率T车轮半径车轮半径 r汽车行驶速度汽车行驶速度 va发动机转速发动机转速 n1tF2tF3tF4tFtF驱动力av车速，汽车驱动力图汽车驱动力汽车驱动力行驶阻力平衡图行驶阻力平衡图最高车速的确定最高车速的确定驱动力驱动力行驶阻力行驶阻力汽车驱动力汽车驱动力行驶阻力平衡图的作用：行驶阻力平衡图的作用：驱动力曲线与总阻力曲线的交点：wftFFFdtdvmFjji

17、wftFFFFF0iF汽车的加速度曲线（汽车的加速度曲线（a va）)(1wftFFFmdtdvava 汽车的加速度曲线（汽车的加速度曲线（a va）加速时间的确定加速时间的确定最低稳定车速最低稳定车速一定的距离（一定的距离（0400m）一定的速度（一定的速度（80umax）加速时间加速时间dtdva dvadt1Advadttvvt2110汽车的加速度倒数曲线（汽车的加速度倒数曲线（1/a va）汽车的加速度倒数曲线（汽车的加速度倒数曲线（1/a va）加速时间的积分方法加速时间的积分方法1/a va 曲线曲线加速时间加速时间矩形积分矩形积分)(wftiFFFF爬坡能力的确定爬坡能力的确定驱

18、动力驱动力Ft空气阻力空气阻力Fw滚动阻力滚动阻力Ff爬坡能力爬坡能力等速等速0/dtdv)(sinwftFFFGcos)(sinfDGFFFwft)(wftiFFFF典型的汽车爬坡度典型的汽车爬坡度车速曲线（车速曲线（i va）fDiImaxmax汽车的动力特性图（汽车的动力特性图（D va）最高车速的确定最高车速的确定最大爬坡度的确定最大爬坡度的确定阻力曲线阻力曲线加速时间的确定加速时间的确定)(fDgdtdv222maxmaxmax11arcsinffDfDII精确精确汽车的动力特性图（汽车的动力特性图（D va）Ft vaD vaGFFDwt称为动力因数。利用汽车的动力因数称为动力因数

19、。利用汽车的动力因数D可以比较不同汽车的动力性。可以比较不同汽车的动力性。dtdVgifGFFDwt根据动力因数的定义和汽车行驶方程式，有：根据动力因数的定义和汽车行驶方程式，有：根据动力因数的定义，利用汽车的驱动力图可以根据动力因数的定义，利用汽车的驱动力图可以得到汽车在各档下的动力因数与车速的关系曲线，得到汽车在各档下的动力因数与车速的关系曲线，称为称为动力特性图。动力特性图。典型的汽车的动力特性图（典型的汽车的动力特性图（D va）汽车功率平衡图汽车功率平衡图发动机功率发动机功率 Pe阻力功率阻力功率 (Pf+Pw)/T车速车速va发动机外特性曲线发动机外特性曲线（Pe n）va=0.3

20、77nr/igi0汽车的功率平衡图汽车的功率平衡图汽车的后备功率汽车的后备功率一定的速度等速行驶一定的速度等速行驶阻力功率阻力功率(Pf+Pw)/T发动机功率发动机功率Pe节气门某节气门某一开度一开度TwfePPP/ )(后备功率后备功率节气门全开节气门全开发动机功率与滚动阻力和空气阻力消耗的发动机功率的差值是后备功率。后备功率用于加速和爬坡。后备功率用于加速和爬坡。汽车的后备功率图（汽车的后备功率图（P va）汽车动力性试验汽车动力性试验道路试验道路试验室内试验室内试验动力性试验动力性试验加速能力加速能力最高车速最高车速上坡能力上坡能力滚动阻力滚动阻力 对常用的三个动力性能指标，即对对常用的

21、三个动力性能指标，即对汽车的汽车的最高车速最高车速、加速加速和和爬坡性能爬坡性能进行实际试验。最进行实际试验。最高车速试验的目的是测定汽车所能达到的最高高车速试验的目的是测定汽车所能达到的最高车速，车速，我国规定的测试区间是我国规定的测试区间是1.6km试验路段试验路段的最后的最后500m。 加速试验一般包括加速试验一般包括起步到给定车速、高速挡或起步到给定车速、高速挡或次高速挡次高速挡，以及从，以及从给定初速加速到给定车速给定初速加速到给定车速两项试两项试验内容。加速试验一般包括起步加速和高速挡或次验内容。加速试验一般包括起步加速和高速挡或次高速挡从给定初速加速到给定车速两项试验内容，高速挡

22、从给定初速加速到给定车速两项试验内容，试验通常用下图所示的非接触式汽车性能试验仪进试验通常用下图所示的非接触式汽车性能试验仪进行。行。非接触式汽车性能试验仪简图非接触式汽车性能试验仪简图五轮仪的结构和工作原理n 五轮仪一般由传感器和记录仪两部分组成，并附带一个脚踏开关。传感器部分与记录仪部分由导线相连接。脚踏开关带有触点的一端套在制动踏板上，另一端插接在记录仪上。n 传感器部分的作用是把汽车行驶的距离变成电信号。它一般由充气车轮、传感器、支架、减振器和连接装置等组成 n非接触式五轮仪以计算机为核心部件配以相应的I/O接口及外设，不需要与路面接触或设置任何测量标志，它由传感器和记录仪两部分组成。

23、其传感器部分主要由一个光学系统和电池组成。这种传感器采用光电头相关滤波技术，工作时，安装在车身上的光电探测器（简称光电头）照射路面，由于路面图像的移动使光电池输出宽带随机信号，其主频与车速成正比关系，通过空间滤波器将与车速成正比的主频检出，送入记录仪部分进行速度运算和距离计算。n记录仪部分主要由单板机、微型打印机、控制器、显示器等组成。它们的作用是计算、处理传感器输送的信号和脚踏开关输送的开关信号，并显示或打印试验曲线及检测结果。n非接触式五轮仪因其测量精度高、传感器安装方便（通过吸盘和支架安装），所以，目前在汽车性能检测中得到了广泛的应用。非接触式五轮仪传感器1-物镜 2-反射光束 3-受光

24、元件 4-前置放大器 5-接线柱 6-光栅 7-支架 8-反射镜 9-灯泡 10-面镜重庆力帆重庆力帆520轿车在进行性能测试轿车在进行性能测试 爬坡试验包括爬坡试验包括最大爬坡度最大爬坡度与与爬长坡爬长坡两项试验。两项试验。 最大爬坡度试验最好在坡度均匀、测量区间长最大爬坡度试验最好在坡度均匀、测量区间长20m以上的人造坡道上进行，如果人造坡道的坡度以上的人造坡道上进行，如果人造坡道的坡度对所测车不合适对所测车不合适(例如坡道过大或过小例如坡道过大或过小)，可采用增、，可采用增、减载荷或变换排挡的办法做试验，再折算出最大爬减载荷或变换排挡的办法做试验，再折算出最大爬坡度；坡度； 爬长坡试验主

25、要用来检查汽车能否通过坡度为爬长坡试验主要用来检查汽车能否通过坡度为710、长、长10km以上的连续长坡，试验中不仅以上的连续长坡，试验中不仅要记录爬坡过程中的换挡次数、各挡位使用时间和要记录爬坡过程中的换挡次数、各挡位使用时间和爬坡总时间，还要观察发动机冷却系统有无过热，爬坡总时间，还要观察发动机冷却系统有无过热，供油系统有无气阻或渗漏等现象。供油系统有无气阻或渗漏等现象。 奥迪轿车雪地爬坡试验（仰视）奥迪轿车雪地爬坡试验（仰视）奥迪轿车雪地爬坡试验（俯视）奥迪轿车雪地爬坡试验（俯视）汽车性能综合测试系统汽车性能综合测试系统底盘测功机的功能、构造和工作原理底盘测功机的功能、构造和工作原理、功

26、能：、功能：（1）测试驱动轮输出功率（2）测试汽车加速能力（3）测试滑行能力和传动系传动效率（4）检测校验车速-里程表（5）间接测试发动机功率以及 油耗、排放、点火故障诊断2、构造：、构造：滚筒装置、测功装置、飞轮机构、测速装置、控制与指示装置（一）滚筒装置滚筒装置n车轮驱动滚筒转动，车不动，筒相当于路面。n直径小，接触面小，比压大，变形大，滚动阻力大，精度低，滑转率大，损失功率大，损失1520。 n滚筒直径无穷大，接近于地面n筒表面涂层滚花纹增加附着系数。（二）测功装置（二）测功装置n吸收功率、加载装置，模拟汽车在路面上的各种阻力。n水力、电力、电涡流三种。n转子与滚筒相连同步转动，定子与测

27、力装置相连，可摆动，转子与定子之间存在作用力。n装在滚筒的转速传感器测速，测距。（三）飞轮机构（三）飞轮机构q用于用于模拟汽车在道路上行驶时的动能模拟汽车在道路上行驶时的动能，常用离合器，常用离合器以实现与滚筒的自由接合。以实现与滚筒的自由接合。（四）（四）测速装置测速装置光电式测速传感器光电式测速传感器磁电式测速传感器磁电式测速传感器（五）控制装置（五）控制装置控制装置和指示装置通常做成控制装置和指示装置通常做成一体，构成控制柜。一体，构成控制柜。底盘测功机电测控制部分原理框图底盘测功机电测控制部分原理框图n1取样盒插座n2打印机数据线插座n3打印机电源线插座n4报警灯控制柜面板3、汽车底盘

28、测功机试验台工作原理、汽车底盘测功机试验台工作原理q车轮驱动滚筒，转子转动而汽车不动。转子转动使通过定子绕组的磁通量发生变化，定子转子产生相互作用，且作用力矩相等，转子受阻，定子摆动，定子中电流增加，磁场增强，作用力变大。qPk =F/3600式中，式中， Pk 是驱动轮输出功率（是驱动轮输出功率（kW）；）；F是驱动轮驱是驱动轮驱动力（动力（N）；）；是试验车速（是试验车速（km/h）。）。底盘测功试验台的使用方法底盘测功试验台的使用方法q检测前的准备检测前的准备：n按厂家规定的项目对试验台进行检查、调整、按厂家规定的项目对试验台进行检查、调整、润滑，在使用过程中，要注意仪表指针的回位、润滑

29、，在使用过程中，要注意仪表指针的回位、举升器工作导线的接触情况。发现故障，及时清举升器工作导线的接触情况。发现故障，及时清除。除。n汽车开上底盘测功试验台以前，调整发动机供汽车开上底盘测功试验台以前，调整发动机供油系及点火系至最佳工作状态；检查、调整、紧油系及点火系至最佳工作状态；检查、调整、紧固和润滑传动系及车轮的连接情况；清洁轮胎，固和润滑传动系及车轮的连接情况；清洁轮胎，检查轮胎气压是否符合规定；汽车必须运行至正检查轮胎气压是否符合规定；汽车必须运行至正常工作温度常工作温度 。q测试方法测试方法n（1 1）接通试验台电源，并根据被检车辆驱动轮输出）接通试验台电源，并根据被检车辆驱动轮输出功率的大小，将功率指示表的转换开关置于低挡或功率的大小，将功率指示表的转换开关置于低挡或高挡位置。高挡位置。n（2 2）操纵手柄）操纵手柄( (或按钮或按钮) )，升起举升器的托板。，升起举