汽车动力性计算分析课件

第二章

汽车动力性第二章汽车动力性1汽车行驶时所需要的功率取决于行驶阻力：当

匀速

加速§2-1汽车行驶需要的功率和能量

一、汽车的行驶阻力

1．车辆阻力2．空气阻力3．上坡（度）阻力4．加速阻力1．车轮阻力组成：1）滚动阻力

2）路面阻力3）轮胎侧偏阻力

1）滚动阻力

a.变形阻力b.摩擦力

汽车行驶时所需要的功率取决于行驶阻力：§2-1汽车行驶需21）滚动阻力a.变形阻力b.摩擦力a.变形阻力

轮胎在滚动时，有两种变形：

径向变形

周向变形轮胎滚动时的滞后损失。弹性轮胎在硬路面上的滚动实质，如下图

1）滚动阻力a.变形阻力b.3滚动阻力

：

∵

∴

令

，即滚动阻力系数.滚动阻力：4

b.摩擦力a)胎面与路面的摩擦b)轮胎变形使外胎与内胎，内胎与

垫之间c)汽车振动时，钢板间及各活动悬架之间2）路面阻力a.柔软路面b.积水路面3)轮胎侧偏阻力当Va=40km/h时

变形阻力：90～95%

摩擦阻力：2～10%

影响滚动阻力的因素：1）车重：转动↑

轮胎变形↑f↑2）路面：路面塑性变形大f↑3）轮胎结构：子干胎比普通胎f↓刚度好变形小4）轮胎气压：气压↓变形↑f↑但坏路f↓5）车速：当Va＜50km/hf≈c当Va＞100f↑Va＜150～200当Va↑，振动Hz↑，轮胎周向，侧向扭曲变形↑b.摩擦力影响滚动阻力的因素：52．空气阻力定义：汽车在直线行驶时，空气作用力在行驶方向上的分力。1）组成：空气阻力由表面阻力和压力阻力组成。

表面阻力：空气有粘度

压力阻力：车外形状

诱导阻力：空气升力在水平方向投影

内部阻力：流经散热器，发动机，车箱的阻力

干扰阻力：表面突起物，车门把手，后视镜底盘

其中，压差和诱导阻力：50～90%（干扰在内）

内部阻力：2～11%

表面阻力：3～30%2）计算方法：空气对物体的阻力与下列因素有关。流速U：对汽车来说，相对速度V=Va±Vf密度：空气密度，在一定条件下是常数迎风面积A：与车形有关

式中为无因次的空气阻力系数。2．空气阻力6在一般动力计算中，认为空气阻力作用在风帆中心，

式中：CD——空气阻力系数，实验得出；A——迎面面积，汽车在行驶方向的投影，m2；V——相对速度，km/h。例：A典型轿车1.4～2.60.4～0.6货

车3～70.8～1.0大

客

车4～70.6～0.73）影响空气阻力因素（1）车速：与V2成正比关系，而功率则与V3成正比关系（2）A：车型，H↓为好（3）表面：突出物及光洁程度（4）：车身形状（流线型好）在一般动力计算中，认为空气阻力作用在风帆中心，式中：CD—7

式中：——坡道角度∵

对公路来说：i很小＜9%∴故由于坡道阻力及滚动阻力与道路有关，所以通常以道路阻力代表两者之和。4．加速阻力定义：汽车加速时，需要克服其质量加速时的惯性力。汽车质量：①平移质量

②旋转质量3．坡度阻力：汽车重力沿坡道的分力。式中：——坡道角度3．坡度阻力：汽车重力8为了便于计算：把旋转质量惯性力转化为平移质量惯性力，以系数作为计入旋转质量后的“汽车质量换算系数”。即（N）其中：——汽车旋转质量换算系数（＞1）；G——汽车质量，Kg；

——行驶加速度，m/s2。

主要与飞轮的转动惯量

车轮的转动惯量

传动系转动惯量有关为了便于计算：9

忽略传动系：

当进行动力性初步计算时，若不知道准确，可按下列经验公式估算：忽略传动系：10二、汽车行驶方程式根据上述分析，可得出汽车行驶方程式或

1.式中表明了各物理量之间的数量关系，可方便地进行动力分析。2.式中某量并不表示汽车外力：

质心的

（总效应）

3.结论是正确的。所需要的功率：

二、汽车行驶方程式11三、循环行驶1．几种典型的行驶循环例1：日本1975年排气规定:

10人以下的轿车，25人以下的轻型车,按10工况热循环试验：模拟起步、停车多的市中心行驶条件，=17.7km/h。n工况冷循环试验：发动机起动后还未走热，汽车已起程，例如从郊区向市内行驶，km/h。2．循环行驶的能量

平路无风条件下：

其中，滚动阻力部分消耗:

风阻部分消耗：

加速阻力部分消耗：以上就是循环行驶中功率和能量的关系。三、循环行驶12§2-2汽车的驱动系统

一、汽车动力装置的评价与选择1．使用性能：特性曲线、操纵性、起动性2．经济性：燃料消耗、泵位功率的成本3．对环境的影响：排气、噪声、振动二、活塞式内燃机特性发动机特性曲线：发动机功率、转矩、油耗与发动机转速之间的函数关系曲线。当节流阀全开：发动机外特性曲线当节流阀部分开：发动机负荷特性曲线转矩、功率和转速之间的关系式：

kw式中：——发动机转矩，N.m；——发动机转速，r/min。§2-2汽车的驱动系统一、汽车动力装置的评价与选择转矩13注意：1．发动机制造厂提供的特性曲线：在试验台上无空滤、水泵、风扇、消声、发电机等件，若全带上则称为“使用特性曲线”。2．台架试验是在稳定转速下测定P、M。实际上，发动机热工况，混合气浓度与台架不同。例如加速时，M比稳定工况下降5～8%。但是1．变工况的研究不多见2．数值相差不大所以，动力性估算中，仍用台架使用外特性。注意：14三、离合器和液力偶合器特性

特点：

，效率：滑转率：功率损失：

三、离合器和液力偶合器特性特点：15

1．机械式离合器主动片：外特性一点、、、

从动片：，当时，，（接合完毕）

2．液力偶合器（主动）泵轮：

其中：是随涡轮与泵轮转速比变化的系数。

当

～一个工作点

当

接合完毕

当

为减少损失

尽量接近，一般

1．机械式离合器16四、变速器和液力变扭器特性驱动轮上理想的扭矩、功率特性。在整个转速范围内都能使用最大功率。特点：1）功率曲线平行于轴

2）扭矩曲线是双曲线效率：

功率损失：

四、变速器和液力变扭器特性效率：171．机械式变速器固定速比：

（）例如：4档变速器∵与理想扭矩特性有空隙∴a．合理选速比

b．多设档位最高档速比——最高车速最低档速比——最大驱动扭矩，汽车最低稳定车速中间速比——发动机工作稳定性1．机械式变速器∵与理想扭矩特性有空隙18

即在扭矩曲线点右边工作

发动机稳定工况条件

换档时：①相邻两档中，高档在立即换入低档：低档应在

②设计时，高档略高于

低档略低于即在扭矩曲线点右边工作发动机稳定工况条19③实际换档，不考虑车速下降

即

令

如上所述

速比分配方法：1．等比级数分配

车速与档位关系：速比等比级数分配图如右：③实际换档，不考虑车速下降速比分配方法：20例题已知：CA10B一档四档求：

按等比级数分配的、解：∵

∴

∴

故2）渐近式速比分配现代轿车使用车速范围大，多采用渐进式速比分配。以4档变速为例：；；；高速间速比值小于低挡间速比比值。例题2）渐近式速比分配21

从下图中可看出①在高档↓②特性场中空隙低档比高档大2．液力变矩器“自学”

22§2-3动力性分析一、驱动力——行驶阻力平衡图、动力特性图、功率平衡图*汽车行驶方程式：

a）车速km/h

式中：——车轮滚动半径，m；——发动机转速，r/min。b）半径自由半径——轮胎自由状态下的半径。

滚动半径=滚动圆周/

动态半径：受扭矩时的m

式中：——轮辋直径，in；——轮胎宽度，in；——径向变形系数：0.1～0.16。§2-3动力性分析一、驱动力——行驶阻力平衡图、动力特性23c）传动效率功率损失：①机械损失②液力损失由实验得到1．驱动力—车速图：各档驱动力与车速的关系。驱动力—行驶阻力图：在上图上再画上行驶阻力曲线。2．动力特性图：动力因数—车速关系曲线物理意义：单位车重所具有的后备驱动力，标志着汽车克服、、能力，可用于比较不同重量、不同空气阻力的汽车。c）传动效率243．功率平衡图：驱动功率、行驶阻力功率与车速的关系。

kw二、分析驱动平衡图可方便、形象地确定汽车最高车速、加速性能和爬坡能力

1．最高车速驱动力曲线与总阻力曲线的交点3．功率平衡图：驱动功率、行驶阻力功率与车速的关系。二、分析252．汽车的爬坡能力汽车爬坡能力指在良好路面上，克服之后，剩余驱动力全部用来爬坡所能爬上的坡度。3．汽车的加速能力当可知，可求出，作出图。由于需用仪器测定，一般常用加速时间评价汽车加速性能。例如：最高档加速性能15km/h0.8

当从但与的关系式不易确定，所以一般用图解法.2．汽车的爬坡能力3．汽车的加速能力26一、汽车行驶的驱动——附着条件∵

∴才能加速行驶1、驱动条件——第一条件2、附着条件——第二条件附着力——地面对轮胎切向反作用力极限值。在硬路面上

其中为附着系数。对于后轮驱动的汽车：