汽车动力性汽车动力性

汽车理论

主讲：刘祚时

湖南大学方其让教授的课件学分：3学时：理论教学44学时实验8学时教材：《汽车理论》第3版清华大学余志生主编机械工业出版社2003.1考核方式：笔试成绩80%

试验及考勤20%本课程研究目的

《汽车理论》是车辆工程专业必修的主干课程之一，是《汽车设计》、《汽车实验学》、《汽车系统动力学》等课程的前修课程。主要分析汽车的各种使用性能及影响因素，为汽车设计、试验、使用、维修提供必备的理论依据。本课程研究内容汽车理论汽车动力性汽车动力装置参数的确定汽车制动性汽车操纵稳定性汽车道路试验汽车通过性汽车行驶平顺性汽车燃油经济性理论教学实验教学第一章汽车动力性基本概念：

动力性的评价指标汽车的驱动力与各种行驶阻力汽车行驶的驱动—附着条件重点内容：

驱动力-行驶阻力平衡图

分析汽车动力性的方法动力特性图（图解法）功率平衡图

汽车的动力性系指汽车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。§1-1汽车的动力性指标1、从获得尽可能高的平均行驶速度的观点出发，汽车的动力性主要可由三方面的指标来评定，即：（1）汽车的最高车速uamax,单位为km/h;（2）汽车的加速时间t，单位为s；（3）汽车能爬上的最大坡度imax,单位为（°）或（%）。

2、最高车速是指汽车在良好的水平路面上能达到的最大行驶速度。

加速时间分为原地起步加速时间和超车加速时间。①原地起步加速时间指汽车由第I档或第II档起步，并以最大的加速强度（包括选择恰当的换档时机）逐步换至最高档后到某一预定的距离或车速所需的时间。②超车加速时间指用最高档或次高档由某一较低车速全力加速至某一高速所需的时间。3、汽车的上坡能力是用满载时汽车在良好路面上的最大爬坡度imax表示的。一般imax在30%即16.5。左右。§1-2汽车的驱动力与行驶阻力

一、确定汽车的动力性，就是确定汽车沿行驶方向的运动状况。为此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。根据这些力的平衡关系，建立汽车行驶方程式，就可以估算汽车的最高车速、加速度和最大爬坡度。汽车的行驶方程式为Ft=∑F=Ff+Fi+Fw+FjFt——驱动力；∑F——行驶阻力之和。二、汽车的驱动力（图1-2）汽车的驱动力，单位为N，Tt——作用于驱动轮上的转矩,单位为Nm;r——车轮半径，单位为m。若令Ttq表示发动机转矩，ig表示变速器的传动化，i。表示主减速器的传动比，ηT表示传动系的机械效率，则有Tt=TtqigioηT驱动力（单位为N）为（一）发发动机的的转速特特性如将发动动机的功功率Pe、转矩Ttq以及燃油油消耗率率b与发动机机曲轴转转速之间间的函数数关系以以曲线表表示，则则此曲线线称为发发动机转转速特性性曲线或或简称发发动机特特性曲线线。如果果发动机机节流阀阀全开（（或高压压油泵在在最大供供油量位位置），，则此特特性曲线线称为发动机外外特性曲曲线；如果节节流阀部部分开启启（或部部分供油油），则则称为发动机部部分负荷荷特性曲曲线。如转矩的的单位以以N·m表示，功功率的单单位以kW表示，转转速以r/min表示，则则功率与与转矩有有如下关关系（二）传传动系的的机械效效率如以PT表示传动动系中损损失的功功率，则则传动系的的机械效效率为（三）车车轮的半半径车轮处于于无载时时的半径径称为自由半径径。汽车静止止时，车车轮中心心至轮胎胎与道路路接触面面间的距距离称为为静力半径径rs。由于径向向载荷的的作用，，轮胎发发生显著著变形，，所以静静力半径径小于自自由半径径。车轮的滚动半径径rr，其单位为为m：式中n-----车轮转动动的圈数数;s-----在转动n圈时车轮轮滚动的的距离（四）汽汽车的驱驱动力图图滚动阻力力——以以符号Ff表示；空气阻力力——以以符号Fw表示；坡度阻力力——以以符号Fi表示；加速阻力力——以以符号Fj表示；因此汽车车行驶的的总阻力力为：∑F=Ff+Fw+Fi+Fj三、汽车车的行驶驶阻力（一）滚滚动阻力力1.滚滚动阻阻力偶矩矩Tf=Fza欲使从动动轮在硬硬路面上上等速滚滚动，必必须在车车轮中心心加一推推力Fp1，若令，常将Fp1值写作Fp1=Wf或f称为滚动动阻力系系数。可见滚动动阻力系系数是车车轮在一一定条件件下滚动动时所需需之推力力与车轮轮负荷之之比，即即单位汽汽车重力力所需之之推力，，则Ff=Wf2、滚动动阻力系系数由试试验确定定。滚动动阻力系系数与路路面的种种类、行行驶车速速以及轮轮胎的构构造、材材料、气气压等有有关。。（二）空空气阻力力1、汽车车直线行行驶时受受到的空空气作用用力在行行驶方向向上的分分力称为为空气阻阻力。空空气阻力力分为压压力阻力力与摩擦擦阻力两两部分。。压力阻阻力又分分为四部部分：形形状阻力力、干扰扰阻力、、内循环环阻力和和诱导阻阻力。空气阻力力:,若汽车车车速用km/h表示，A用m²表示，且且将空气气密度ρ=1.2258N·s²·m-4代入，则则，降低CD值是降低低空气阻阻力的主主要手段段。（三）坡坡度阻力力爬坡演示当汽车上上坡行驶驶时，参参看图1-19，汽车车重力沿沿坡道的的分力表表现为汽汽车坡度阻力力Fi，Fi=GsinαG——作用于汽汽车上的的重力，，单位为为N，G=mg，，m为汽车质质量，g为重力加加速度。。一般路面面上坡度度较小，，此时时Fi=Gsinα≈≈Gtgα=Gi由于坡度度阻力与与滚动阻阻力均属属于与道道路有关关的阻力力，而且且均与汽汽车重力力成正比比，故可可把这两两种阻力力合在一一起称作作道路阻阻力，以以Fψ表示，即即Fψ=Ff+Fi=fGcosα+Gsinα，当α不大时，，cosα≈1，sinα≈i，Fψ=Gf+Gi=G(f+i)，令f+i=ψ，ψψ称为道路阻力力系数Fψ=Gψ。(四)加速阻力力汽车的质质量分为为平移的的质量和和旋转的的质量两两部分。。把旋转转质量的的惯性力力偶矩转转化为平平移质量量的惯性性力，并并以系数数δ作为计入入旋转质质量惯性性力偶矩矩后的汽车质量量换算系系数，因而而汽车加加速时的的阻力:δ———汽车旋转转质量换换算系数数，（δ>1））；m———汽车质量量，单位位为kg；——行驶加速速度。加速演示示δ主要与飞飞轮的转转动惯量量、车轮轮的转动动惯量以以及传动动系的传传动比有有关。根据公式推推导（详见见下文）若不知道准准确的If、∑Iw值，也可按按下述经验验公式估算算δ值：δ=1+δδ1+δ2式中δ1≈δ2=0.03~0.05。根据上面逐逐项分析的的汽车行驶驶阻力，可可以得到汽汽车的行驶方程式式为：Ft=Ff+Fw+Fi+Fj或四、汽车行行驶方程式式§1-3汽汽车行驶驶的驱动-附着条件件与汽车的的附着力一、汽车行行驶的驱动动条件Ft≥Ff+Fw+Fi式（1-11）称为为汽车的驱驱动条件，，可以采用用增加发动动机转矩、、加大传动动比等措施施来增大汽汽车驱动力力。汽车行行驶除受驱驱动条件制制约外，还还受轮胎与地面面附着条件件的限制。二、汽车行行驶的附着着条件地面对轮胎胎切向反作作用力的极极限值称为为附着力F，在硬路面上上它与驱动动轮法向反反作用力Fz成正比，常常写成Fxmax=F=FZ·称为附着系数Ft≤FZ·FZ——作用于所有有驱动轮上上的地面法法向反作用用力。把驱动条件件和附着条条件连起来来写，则有有Ff+Fw+Fi≤Ft≤FZφ·,这才是汽车车行驶的必必要与充分分条件，称称为汽车行驶的的驱动-附着条件。一、驱动力力-行驶阻阻力平衡图图前面曾得到到汽车的行行驶方程式式为Ft=Ff+Fi+Fw+Fj或为了清晰而而形象地表表明汽车行行驶时的受受力情况及及其平衡关关系，一般般是将汽车车行驶方程程式用图解解法来进行行分析的。。就是说在在图1-8的汽车驱驱动力图上上把汽车行行驶中经常常遇到的滚滚动阻力和和空气阻力力也算出并并画上，作作出汽车驱动力-行驶阻力平平衡图，并以它来确确定汽车的动动力性。超速演示§1-4汽车驱动力—行驶阻力平衡衡图与动力特特性图汽车驱动力-行驶阻力平衡衡图用图解积分法法时，将aj-ua。曲线转画成-ua曲线，曲线下下两个速度区区间的面积就就是通过此速速度区间的加加速时间；常常将速度区间间分为若干间间隔，通过确确定面积△1、△2…来计算（总总）加速时间间（参看图1-27b）。二、动力特性性图图1-27为汽车的动力因数并以符号D表示，则汽车在各档下下的动力因数数与车速的关关系曲线称为为动力特性图D=ψ=f+I因此D曲线与f曲线间的距离离就表示汽车车的上坡能力力。ua/(km·h-1)图1-30汽汽车动力特特性图和利用用动力特性来确定汽汽车