汽车动力性课件

汽车理论

教材： 《汽车理论》第4版 清华大学余志生主编 机械工业出版社2003.1参考书：[1]（德）M.米奇克著.汽车动力学A卷.

陈荫三译.北京：人民交通出版社，1992 [2]吉林工业大学编.汽车理论.

北京：中国工业出版设，1962讲课教师：丁康教授 1－3章

罗玉涛副教授 4－6章本课程研究目的

《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。概述1.汽车产业的特点2.当前世界汽车技术的发展特点3.中国汽车的产能和产量4.广东省汽车的发展5.我国交通现状6.汽车的使用性能汽车产业的特点

汽车是唯一的一种零件以万计、年产量以百万计、保有量以亿计的机电一体化高技术产品，技术密集型的汽车工业对制造业各领域，对国民经济各行业的发展均有很强的拉动作用。因此，汽车设计与制造水平是一个国家整体科技水平、经济实力和国防实力的重要标志，当今世界上具有强大经济实力的国家都有发达的汽车工业。当前世界汽车技术的发展特点先进底盘系统及其控制技术。包括对汽车悬架、转向、制动等底盘总成系统的创新结构研发，采用机/电/液/光/磁控制系统的先进底盘控制(电控和敏捷底盘系统，如x-By-Wire)，以及底盘系统的新材料和先进制造工艺等技术。当前世界汽车技术的发展特点多元化洁净能源及其应用技术。包括传统汽油、柴油之外的其它适应作为汽车能源的洁净燃料，如天然气类(LPG、CNG、LNG)、醇类(甲醇、乙醇)、氢能(压缩氢CH2、液氢LH2)、电能及燃料电池等的应用技术。当前世界汽车技术的发展特点先进节能及轻量化技术。包括发动机工作过程CAE优化以及提高工艺质量，多气门、电喷控制、减摩与轻量化材料、车身外形的空气动力学优化，新型的低滚阻轮胎等技术。当前世界汽车技术的发展特点智能化驾驶系统技术。是目前世界汽车领域的前沿课题，主要包括智能车辆(IntelligentVehicle)和自主车(AutonomousVehicle)两类。广东省汽车的发展以广州为龙头的广东汽车工业，特别是轿车工业，成为广东省九工业大产业、广州三大支柱产业中增长最快、最引人注目的亮点，使广州继上海、长春之后成为全国第三大轿车制造基地，2006年产量达50多万，预计在2009年前后产能、产量可达100万辆/年。我国交通现状

我国是道路交通事故死亡人数最高的国家，连续数年一直居世界第一位。据全球各交通和警察部门的统计，2003年全世界交通事故死亡人数为50万人。其中，中国交通事故死亡人数为10.4万人，美国、俄罗斯的死亡人数分别为4万人和2.6万人。

2006年全年共发生道路交通事故378781起，造成89455人死亡、43.1万人受伤，直接财产损失14.9亿元；道路交通万车死亡人数为6.20人，下降18.4%汽车的使用性能汽车使用性能:汽车应该有高运输生产率、低运输成本、安全可靠和舒适方便的工作条件。汽车为了适应这种工作条件，而发挥最大工作效益的能力叫做汽车的使用性能。汽车的主要使用性能通常有：汽车动力性、汽车燃料经济性能、汽车制动性、汽车操纵稳定性、汽车平顺性和汽车通过性能。§1-1汽车的动力性指标§1-2汽车的驱动力与行驶阻力§1-3汽车驱动力—行驶阻力平衡图与动力特性图§1-4汽车行驶的驱动-附着条件与汽车的附着力§1-5汽车的功率平衡§1-6装有液力变矩器汽车的动力性第一章汽车动力性§1-1汽车的动力性指标

汽车的最高车速

单位为km/h;

汽车的加速时间t

单位为s；

汽车能爬上的最大坡度

单位为（°）或（%）。1·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。2·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。汽车的最高车速

最高车速是指汽车在水平良好的路面（混凝土或沥青）上能达到的最高行驶车速。

汽车能爬上的最大坡度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表示的。一般在30%即16.5。左右。§1-2汽车的驱动力与行驶阻力

汽车的行驶方程式为——驱动力；——行驶阻力之和。汽车动力性平衡关系行驶阻力驱动力汽车行驶方程式二、汽车的驱动力汽车的驱动力，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。汽车驱动力（一）发动机的转速特性

如将发动机的功率Pe、转矩Ttq以及燃油消耗 率b与发动机曲轴转速之间的函数关系以 曲线表示，则此曲线 称为发动机转速特性曲 线或简称发动机特性曲线。如果发动机节流阀全开（或高压油泵在最大供 油量位 置），则此特性曲线称为发动机外特 性曲线如果节流阀部分开启（或部分供油），则称为 发动机 部分负荷特性曲线。如转矩的单位以N·m表示，功率的单位以kW表示，转速以r/min表示，则功率与转矩有如下关系（三）车轮的半径车轮处于无载时的半径称为自由半径。汽车静止时，车轮中心至轮胎与道路接触面间的距离称为静力半径

。由于径向载荷的作用，轮胎发生显著变形，所以静力半径小于自半径。车轮的滚动半径

其单位为m：式中n-----车轮转动的圈数;s-----在转动n圈时车轮滚动的距离

滚动阻力——以符号Ff表示；

空气阻力——以符号Fw

表示；

坡度阻力——以符号Fi表示；

加速阻力——以符号Fj

表示；因此汽车行驶的总阻力为：

∑F=Ff+Fw+Fi+Fj

三、汽车的行驶阻力OCA为对轮胎加载 过程ADE为对轮 胎 卸载 过程OCADE所包 围的面 积即 加 载和卸载 过程 之能量失设取同一变形，压 缩时受力为CF,恢 复 时受力为DF， 而CF大于DF。（一）滚动阻力1.迟滞损失车轮滚动时，轮胎与地面接触产 生的作用力使轮胎变形在法线前后相对应点变形虽然相 同，但由于弹性迟滞现象，处于 压缩过程的前部点的地面法向反 作用力回大于处于恢复过程的后 部点的地面法向反作用力。地面法向反作用力的分布前后并 不对称，而使它们的合力相对于 法线向前移动了一个距离a，它 随弹性迟滞损失的增大而变大。从动轮在硬路面上滚动时的受力情况2.产生原因3.滚动阻力偶轮胎内部摩擦产生迟滞损失，表现为阻碍车轮滚动的一种阻力偶欲使车轮等速滚动，须在车轮中心加一推力

4、滚动阻力系数影响滚动阻力系数的因素路面的种类行驶车速轮胎的构造，材料，气压驱动力系数（1）路面的种类

从右边的列表可以看出，同样类型的路面， 良好的比一般的滚 动阻力系数低；干燥的路面比雨后 的路面滚动阻力系 数低；压紧的雪道的滚动 阻力系数要比一般 结冰路面高。（2）行驶车速行驶车速对滚动阻力系数有很大影响。车速在100km/h以下 时，滚动阻力逐渐增 加但变化不大；在某一车速(140km/h) 滚动阻力增长较快；车速达到某一临界车 速（200km/h）左右 时，滚动阻力迅速增 长，出现驻波现象。（3）轮胎的结构，帘线和橡胶的品种轮胎充气压力对f值影响很大。气压降低时f值迅 速增加，这是因 为气压降低时， 滚动的轮胎变形 大，迟滞损失增 加。子午线轮胎的滚 动阻力系数比斜 交轮胎低。（4）驱动力系数随着驱动力系 数的加大，滚 动阻力系数迅 速增加；子午线轮胎的 滚动阻力系数 较小，驱动力 系数变化对它 的影响也较 小。

（二）空气阻力汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力称为空气阻力。摩擦阻力：由于空气的粘性在车身表面产生的切向力的合力在行驶方向的分力。压力阻力：作用在汽车外形表面上的法向压力的合力在行驶方向上的分力。形状阻力：占压力阻力的大部分，与车身主体形状有很大关系。干扰阻力：车身表面突起物（如后视镜，门把，引水槽，悬架导向杆，驱动轴等）引起的阻力。内循环阻力：发动机冷却系，车身通风等所需空气流经车体内部时构成的阻力。诱导阻力：空气升力在水平方向的投影。（三）空气阻力（N）汽车行驶速度A迎风面积空气阻力系数

（三）坡度阻力当汽车上坡行驶时，汽车重力沿坡道的分力表现为汽车坡度阻力，G——作用于汽车上的重力，单位为N，G=mg，m为汽车质量，g为重力加速度。一般路面上坡度较小，此时由于坡度阻力与滚动阻力均属于与道路有关的阻力，而且均与汽车重力成正比，故可把这两种阻力合在一起称作道路阻力，以表示，

当不大时，

令，ψ称为道路阻力系数（四）加速阻力汽车的质量分为平移的质量和旋转的质量两部分。把旋转质量的惯性力偶矩转化为平移质量的惯性力，并以系数δ作为计入旋转质量惯性力偶矩后的汽车质量换算系数汽车加速时的阻力:

δ——汽车旋转质量换算系数，（δ>1）；m——汽车质量，单位为kg；——行驶加速度。

根据上面逐项分析的汽车行驶阻力，可以得到汽车的行驶方程式为：

四、汽车行驶方程式§1-3汽车驱动力—行驶阻力平衡图与动力特性图一、汽车驱动力-行驶阻力平衡图

以车速为横坐标，描述汽车驱动力和行驶阻力的相互关系，并以它来确定汽车的动力性。

前面曾得到汽车的行驶方程式为

汽车驱动力-行驶阻力平衡图二汽车动力特性图汽车的动力因数

汽车在各档下的动力因数与车速的关系曲线称为动力特性图因此D曲线与f曲线间的距离就表示汽车的上坡能力

汽车动力特性图§1-4汽车行驶的驱动-附着条件与汽车的附着力

1.概念

地面对轮胎切向反作用力的极限称为附着力附着系数，由路面和轮胎决定。后轮驱动汽车驱动轮的附着率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。2.汽车行驶的附着条件

汽车的动力性能不只受驱动力的制约，还受到轮胎与地 面附着条件的限制。由作用在驱动轮上的转矩引起的地面切向反作用力 不能大于附着力，否则将发生驱动轮滑转现象。即或§1-5汽车的功率平衡

在汽车行驶的每一瞬间，发动机发出的功率始终等于机械传动损失功率与全部运动阻力所消耗的功率。汽车功率平衡方程式（式中功率单位为kw）如下

汽车运动阻力所消耗的功率有滚动阻力功率Pf、空气阻力功率Pw、坡度阻力功率Pi及加速阻力功率Pj。

（1）汽车功率平衡图若以纵坐标表示功率，横坐标表示车速，将发动机功率Pe、汽车经常遇到的阻力功率

对车速的关系曲线绘在坐标图上，即得汽车功率平衡图汽车功率平衡图（2）后备功率汽车的后备功率汽车的后备功率越大，汽车的动力性越好。§1-6装有液力变矩器汽车的动力性汽车的功率平衡与驱动力－行驶阻力平衡图活塞式内燃机与蒸汽机的最大功率均等于等功率发动机的功率。活塞式内燃机的汽车在车速低时后备功率甚小，能提供的驱动力也很小。活塞式内燃机的外特性远不如活塞式蒸汽机好，更比不上等功率发动机。（一）一般的活塞式内燃机