第2课-汽车总体受力分析课件

1汽车拖拉机学第八章汽车拖拉机的总体动力学第2课汽车总体受力分析luzx@QQ：1607357229鲁植雄教授1汽车拖拉机学第八章汽车拖拉机的总体动力学luzx@nj第2课汽车总体受力分析2第八章汽车拖拉机总体动力学Wednesday,January4,2023本章内容安排第1课车辆行驶原理第2课汽车总体受力分析第3课拖拉机及其机组总体受力分析第2课汽车总体受力分析2第八章汽车拖拉机Thursd3Wednesday,January4,2023本节课的主要内容一、汽车行驶方程式二、车轮地面法向反作用力三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力四、附着率第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学3Thursday,December29,2022本节4Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学一、汽车行驶方程式此公式表明了汽车行驶时驱动力和行驶阻力平衡关系的普遍情况。当发动机的转速特性、变速器的传动比、主减速比、传动效率、车轮半径、空气阻力系数、汽车迎风面积以及汽车质量等初步确定后或已知，便可利用此式分析在附着性能良好的典型路面（混泥土、沥青路面）上的行驶能力，即确定汽车的最高车速、加速能力和爬坡能力。4Thursday,December29,2022第25Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学一、汽车行驶方程式用图解法来分析汽车行驶方程式图上画出3种曲线:各挡的驱动力与车速的关系曲线滚动阻力与车速的关系曲线滚动阻力和空气阻力叠加后得到的行驶阻力与车速的关系曲线曲线。某具有五挡变速器汽车的驱动力—行驶阻力平衡图5Thursday,December29,2022第26Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学一、汽车行驶方程式1.确定最高车速最高车速是指在水平良好的路面（混泥土或沥青路）上能达到的最高稳定行驶车速。

加速阻力=0,

坡道阻力=0此时，行驶阻力=滚动阻力+空气阻力驱动力=行驶阻力显然，曲线与曲线的交点便是,175km/h6Thursday,December29,2022第27Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学一、汽车行驶方程式1.确定最高车速当车速＜最高车速时，驱动力＞行驶阻力。汽车就可以利用剩下来的驱动力来加速或爬坡。当需要中速或低速行驶时，驾驶员可以关小节流阀开度（图中虚线），此时发动机只用部分负荷特性工作，相应地得到虚线所示驱动力曲线以使汽车达到新的平衡。7Thursday,December29,2022第28Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学一、汽车行驶方程式2.确定汽车的加速能力汽车的加速能力可用它在水平良好路面上行驶时能产生的加速度来评价，但因加速度的数值不易测量，一般常用加速时间来表明汽车的加速能力利用汽车行驶方程式求汽车的加速时间设Fi＝0根据驱动力——行驶阻力平衡图,以及上述公式,可计算得到各挡油门全开时的加速度曲线各挡油门全开时的加速度曲线8Thursday,December29,2022第29Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学一、汽车行驶方程式根据加速度图可以进一步求出由某一车速u1加速至另较高车速u2所需的时间。

由运动学可知

即加速时间可用计算机进行积分或用图解积分法求出。用图解积分法时:将转化成曲线，曲线下两个速度区间的面积就是通过此速度区间的加速时间；常将速度区间(常取5km/h为一间隙)分为若干间隔，通过确定面积Δ1、Δ2、…，来计算（总）加速时间加速度倒数曲线加速换挡时刻的确定:为了获得最短加速时间，应在交点对应车速由Ⅰ挡换Ⅱ挡若Ⅰ挡和Ⅱ加速度倒数曲线不相交，则应在I挡加速行驶至发动机转速达到最高转速时换入Ⅱ挡。9Thursday,December29,2022第210Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学一、汽车行驶方程式3.确定汽车的爬坡能力汽车的爬坡能力是指汽车在良好路面上克服后的余力全部用来克服坡度阻力时能爬上的坡度（汽车等速行驶）利用汽车的驱动力—行驶阻力平衡图可求出爬坡图.汽车最大爬坡度为I挡时的最大爬坡度。

10Thursday,December29,2022第11Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学假设：发动机横置后驱（前驱、4驱）加速上坡坡道阻力和加速阻力作用在汽车质心上空气阻力作用在汽车风压中心滚动阻力：Tf1、Tf2、Fz1、Fz2加速阻力：mdu/dt、Tj1、Tj2、Tje坡道阻力：Gsinα空气阻力：Fw重力:G二、车轮地面法向反作用力11Thursday,December29,2022第12Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学若将作用在汽车上诸力对后轮与道路接触面中心取力矩，则前轮的地面法向反力：滚动阻力偶矩：Tf=Tf1+Tf2=Gcosα

fr二、车轮地面法向反作用力12Thursday,December29,2022第13Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学二、车轮地面法向反作用力若将作用在汽车上诸力对前轮与道路接触面中心取力矩，则后轮的地面法向反力滚动阻力偶矩：Tf=Tf1+Tf2=Gcosα

fr13Thursday,December29,2022第14Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学二、车轮地面法向反作用力14Thursday,December29,2022第15Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学前一项：为汽车水平静止不动时前、后轴上的静载荷；后一项：为行驶中产生的动载荷。动载荷随坡度、速度和加速度的增加而增大。当汽车利用其极限附着力以高速、高加速度通过大坡度行驶时，动载荷的绝对值也达到最大值。二、车轮地面法向反作用力15Thursday,December29,2022第16Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力以前轮驱动汽车为例，分析从动轮、驱动轮与车身在加速过程中的受力16Thursday,December29,2022第17Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力17Thursday,December29,2022第18Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力1.求从动轮上的地面切向反作用力FX2

由从动轮的转矩平衡条件18Thursday,December29,2022第19Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力2.求从动轴作用在从动轮的平行于路面的力Fp2

由从动轮的切向力平衡条件19Thursday,December29,2022第20Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力3.求驱动轴作用在驱动轮的平行于路面的力Fp1

由车身的切向力平衡条件20Thursday,December29,2022第21Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力4.求驱动轮上的地面切向反作用力FX1

由驱动轮的切向力平衡条件21Thursday,December29,2022第22Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力5.同理，若后轮驱动，作用在驱动轮上的地面切向反作用力FX2，根据上述分析可求出22Thursday,December29,2022第23Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学四、附着率附着率是指汽车直线行驶状况下，充分发挥驱动力作用时要求的最低附着系数。驱动轮附着率计算方法：驱动轮的地面切向反力于法向反力之比不同的直线行驶工况，要求的最低附着系数是不一样的。在较低行驶车速下，用低速挡加速或上坡行驶，驱动轮发出的驱动力大，要求的(最低)附着系数大。在水平路段上以极高车速行驶时，要求的附着系数也大。23Thursday,December29,2022第24Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学四、附着率1．加速、上坡行驶时的附着率根据上面求得的前、后轴地面法向反作用力与驱动轮地面切向反作用力，可以确定前驱动轮或后驱动轮的附着率.（1）对于后轮驱动汽车，其后驱动轮的附着率为24Thursday,December29,2022第25Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学四、附着率

在加速、上坡时，主要的行驶阻力为加速阻力与坡度阻力，空气阻力与滚动阻力可忽略不计，故后驱动轮的附着率简化为25Thursday,December29,2022第26Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学四、附着率（2）对于前轮驱动汽车同理可以求得前轮驱动汽车的前驱动轮附着率为26Thursday,December29,2022第27Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学四、附着率（3）附着率曲线Ⅰ挡加速时最大的Cφ2值为0.64，在φ=0.7的良好路面上汽车可以全力加速行驶。但从图b中却可看出，在φ=0.7的路面上，该车Ⅰ挡(节气门全开时)的爬坡能力基本上是无法实现的。不过Ⅱ挡的最大Cφ2值为0.45，相应的爬坡度达23％，远大于四级公路在山岭重丘区的最大纵向坡度9％。所以，该车在良好路面上的附着性能仍是令人满意的。27Thursday,December29,2022第28Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学四、附着率2．高速行驶时的附着率

汽车在良好道路上高速行驶时，道路的坡度与汽车加速度均很小。令高速行驶时后轮驱动汽车的后驱动轮附着率为忽略坡度阻力和加速阻力28Thursday,December29,2022第29Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学四、附着率图中的法向反作用力与附着率是按三种空气升力系数求得的，即后升力系数为0.28、0.15与0。由图可以看出，随着车速的增加，后轮的法向反作用力下降，而切向反作用力则按车速的平方关系增大。因此，附着率Cφ2随着车速的提高而急剧增大。图中表明，在一般车速下Cφ2值甚小，汽车完全可以正常行驶。当车速达到250km/h、CLr=0.28时，Cφ2=0.57，附着率接近于沥青路面的附着系数。当车速为300km/h、CLr=0.28时，Cφ2=0.99；

CLr=0.15时，Cφ2=0.74。这说明在极高车速下，即使是良好路面也不能满足附着性能的要求。29Thursday,December29,2022第30Wednesday,January4,2023推导了汽车整车的行驶方程式。分析汽车加速上坡时所受的外力，推导出Fz1和Fz2.分析了汽车加速上坡时作用在驱动轮上的地面切向反作用力分析了汽车附着率小结第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学30Thursday,December29,2022推31Wednesday,January4,2023名词解释：附着率试画出汽车加速上坡时的受力图，并写出汽车行驶方程式。试画图分析汽车从动轮和驱动轮在加速过程中的受力？试推导汽车加速、上坡行驶时的附着率计算公式思考题第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学31Thursday,December29,2022名32Wednesday,January4,2023本节内容结束下一讲第3课拖拉机及其机组总体受力分析第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学32Thursday,December29,2022本33汽车拖拉机学第八章汽车拖拉机的总体动力学第2课汽车总体受力分析luzx@QQ：1607357229鲁植雄教授1汽车拖拉机学第八章汽车拖拉机的总体动力学luzx@nj第2课汽车总体受力分析34第八章汽车拖拉机总体动力学Wednesday,January4,2023本章内容安排第1课车辆行驶原理第2课汽车总体受力分析第3课拖拉机及其机组总体受力分析第2课汽车总体受力分析2第八章汽车拖拉机Thursd35Wednesday,January4,2023本节课的主要内容一、汽车行驶方程式二、车轮地面法向反作用力三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力四、附着率第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学3Thursday,December29,2022本节36Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学一、汽车行驶方程式此公式表明了汽车行驶时驱动力和行驶阻力平衡关系的普遍情况。当发动机的转速特性、变速器的传动比、主减速比、传动效率、车轮半径、空气阻力系数、汽车迎风面积以及汽车质量等初步确定后或已知，便可利用此式分析在附着性能良好的典型路面（混泥土、沥青路面）上的行驶能力，即确定汽车的最高车速、加速能力和爬坡能力。4Thursday,December29,2022第237Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学一、汽车行驶方程式用图解法来分析汽车行驶方程式图上画出3种曲线:各挡的驱动力与车速的关系曲线滚动阻力与车速的关系曲线滚动阻力和空气阻力叠加后得到的行驶阻力与车速的关系曲线曲线。某具有五挡变速器汽车的驱动力—行驶阻力平衡图5Thursday,December29,2022第238Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学一、汽车行驶方程式1.确定最高车速最高车速是指在水平良好的路面（混泥土或沥青路）上能达到的最高稳定行驶车速。

加速阻力=0,

坡道阻力=0此时，行驶阻力=滚动阻力+空气阻力驱动力=行驶阻力显然，曲线与曲线的交点便是,175km/h6Thursday,December29,2022第239Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学一、汽车行驶方程式1.确定最高车速当车速＜最高车速时，驱动力＞行驶阻力。汽车就可以利用剩下来的驱动力来加速或爬坡。当需要中速或低速行驶时，驾驶员可以关小节流阀开度（图中虚线），此时发动机只用部分负荷特性工作，相应地得到虚线所示驱动力曲线以使汽车达到新的平衡。7Thursday,December29,2022第240Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学一、汽车行驶方程式2.确定汽车的加速能力汽车的加速能力可用它在水平良好路面上行驶时能产生的加速度来评价，但因加速度的数值不易测量，一般常用加速时间来表明汽车的加速能力利用汽车行驶方程式求汽车的加速时间设Fi＝0根据驱动力——行驶阻力平衡图,以及上述公式,可计算得到各挡油门全开时的加速度曲线各挡油门全开时的加速度曲线8Thursday,December29,2022第241Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学一、汽车行驶方程式根据加速度图可以进一步求出由某一车速u1加速至另较高车速u2所需的时间。

由运动学可知

即加速时间可用计算机进行积分或用图解积分法求出。用图解积分法时:将转化成曲线，曲线下两个速度区间的面积就是通过此速度区间的加速时间；常将速度区间(常取5km/h为一间隙)分为若干间隔，通过确定面积Δ1、Δ2、…，来计算（总）加速时间加速度倒数曲线加速换挡时刻的确定:为了获得最短加速时间，应在交点对应车速由Ⅰ挡换Ⅱ挡若Ⅰ挡和Ⅱ加速度倒数曲线不相交，则应在I挡加速行驶至发动机转速达到最高转速时换入Ⅱ挡。9Thursday,December29,2022第242Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学一、汽车行驶方程式3.确定汽车的爬坡能力汽车的爬坡能力是指汽车在良好路面上克服后的余力全部用来克服坡度阻力时能爬上的坡度（汽车等速行驶）利用汽车的驱动力—行驶阻力平衡图可求出爬坡图.汽车最大爬坡度为I挡时的最大爬坡度。

10Thursday,December29,2022第43Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学假设：发动机横置后驱（前驱、4驱）加速上坡坡道阻力和加速阻力作用在汽车质心上空气阻力作用在汽车风压中心滚动阻力：Tf1、Tf2、Fz1、Fz2加速阻力：mdu/dt、Tj1、Tj2、Tje坡道阻力：Gsinα空气阻力：Fw重力:G二、车轮地面法向反作用力11Thursday,December29,2022第44Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学若将作用在汽车上诸力对后轮与道路接触面中心取力矩，则前轮的地面法向反力：滚动阻力偶矩：Tf=Tf1+Tf2=Gcosα

fr二、车轮地面法向反作用力12Thursday,December29,2022第45Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学二、车轮地面法向反作用力若将作用在汽车上诸力对前轮与道路接触面中心取力矩，则后轮的地面法向反力滚动阻力偶矩：Tf=Tf1+Tf2=Gcosα

fr13Thursday,December29,2022第46Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学二、车轮地面法向反作用力14Thursday,December29,2022第47Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学前一项：为汽车水平静止不动时前、后轴上的静载荷；后一项：为行驶中产生的动载荷。动载荷随坡度、速度和加速度的增加而增大。当汽车利用其极限附着力以高速、高加速度通过大坡度行驶时，动载荷的绝对值也达到最大值。二、车轮地面法向反作用力15Thursday,December29,2022第48Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力以前轮驱动汽车为例，分析从动轮、驱动轮与车身在加速过程中的受力16Thursday,December29,2022第49Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力17Thursday,December29,2022第50Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力1.求从动轮上的地面切向反作用力FX2

由从动轮的转矩平衡条件18Thursday,December29,2022第51Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力2.求从动轴作用在从动轮的平行于路面的力Fp2

由从动轮的切向力平衡条件19Thursday,December29,2022第52Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力3.求驱动轴作用在驱动轮的平行于路面的力Fp1

由车身的切向力平衡条件20Thursday,December29,2022第53Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力4.求驱动轮上的地面切向反作用力FX1

由驱动轮的切向力平衡条件21Thursday,December29,2022第54Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力5.同理，若后轮驱动，作用在驱动轮上的地面切向反作用力FX2，根据上述分析可求出22Thursday,December29,2022第55Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学四、附着率附着率是指汽车直线行驶状况下，充分发挥驱动力作用时要求的最低附着系数。驱动轮附着率计算方法：驱动轮的地面切向反力于法向反力之比不同的直线行驶工况，要求的最低附着系数是不一样的。在较低行驶车速下，用低速挡加速或上坡行驶，驱动轮发出的驱动力大，要求的(最低)附着系数大。在水平路段上以极高车速行驶时，要求的附着系数也大。23Thursday,December29,2022第56Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学四、附着率1．加速、上坡行驶时的附着率根据上面求得的前、后轴地面法向反作用力与驱动轮地面切向反作用力，可以确定前驱动轮或后驱动轮的附着率.（1）对于后轮驱动汽车，其后驱动轮的附着率为24Thursday,December29,2022第57Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学四、附着率

在加速、上坡时，主要的行驶阻力为加速阻力与坡度阻力，空气阻力与滚动阻力可忽略不计，故后驱动轮的附着率简化为25Thursday,December29,2022第58Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学四、附着率（2）对于前轮驱动汽车同理可以求得前轮驱动汽车的前驱动轮附着率为26Thursday,December29,2022第59Wednesday,January4,2023第2课汽车总体受力分析第八章汽车拖拉机总体动力学四、附着率（3）附着率曲线Ⅰ挡加速时最大的Cφ2值为0.64，在φ=