汽车运用工程基础课件：汽车动力性 -

汽车运用工程基础汽车的动力性2.1.1

汽车动力性评价指标定义：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,表示汽车以最大可能的平均行驶速度运送货物和乘客的能力。2.1概述评价指标最高车速

MaximumSpeed

在水平良好路面上汽车能达到的最高行驶车速加速时间

t

AccelerationTime

用原地起步加速时间和超车加速时间来表示。最大爬坡度

Maximumslope

满载时汽车在良好路面上顺利通过的最大坡度加速时间评价原地起步加速时间由I或II档起步，以最大加速度，并考虑换档时间，逐步换到最高档后到某一预定的距离或车速所需要的时间一般用0～400m或者0～100km/h的时间超车加速时间

以最高档或次高档，以某一较低车速（40～30km/h）全力加速至某一高速所用的时间最大坡度评价—●用满载（或某一载质量）时汽车在良好路面上的最大爬坡能力imax表示。●轿车最高车速大，加速时间短，经常在较好的路面行驶，一般不强调爬坡能力●货车在各种道路上行驶，要求具备足够的爬坡能力，imax在16.70左右●越野车在坏路或无路下行驶，要求爬坡能力强，imax在310左右极限爬坡能力2.1.2汽车动力性的测定1.试验的主要条件路面要求，满载，车况，五轮仪2.测定方法测定最高车速:1km路段，往返，求平均值测定加速能力:

原地起步加速能力—原地起步加速到100km/h

最高档加速性能—最高档，节气门全开由15km/h到0.8Vmax测定爬坡能力:增减负荷或变换变速器档位

汽车驱动力与行驶阻力的平衡关系称为汽车的行驶方程式滚动阻力空气阻力坡度阻力加速阻力2.2汽车的受力分析驱动轮受力分析（没有考虑滚动阻力）2.2.1汽车的驱动力Tt是由发动机产生的转矩经传动系传至车轮上。若Ttq表示发动机转矩，ig表示变速器的传动比，i0表示主减速器的传动比，ηt表示传动系的机械效率,则:1.发动机转矩发动机的速度特性

——

发动机的功率，转矩以及燃油消耗率b与发动机曲轴转速n之间的函数关系。外特性曲线：节气门(油门)全开时，转矩或功率等与转速的关系部分负荷特性：节气门部分开启时，转矩或功率等与转速的关系使用特性曲线：即带有附件时的负荷特性，通常汽油机小15％，而柴油机小10％发动机的速度特性

汽油发动机外特性2.传动系的机械效率主要损失部件

变速器和主减速器(含差速器)主要损失形式

液力损失和机械损失。液力损失,如搅动和磨擦。它与润滑油品种、温度、转速、油面高度等有关。机械损失，齿轮副、轴承、油封的摩擦同一档位转矩增加，润滑油损失所占比例减少，机械效率较高；转速低时搅油损失小，比转速高时机械效率高典型的传动系效率值部件名称传动效率/%部件名称传动效率/%4挡变速器95单级减速主减速器96辅助变速器(副变速器或分动器)95双级减速主减速器928挡以上变速器90传动轴的万向节983.车轮半径自由半径r0

汽车处于无载时的半径静力半径rs

汽车静止时,车轮中心至轮胎与道路接触面间的距离滚动半径rr

利用实际车轮滚动距离与转动圈数计算而得的半径r=s/(2πn)S行驶距离，n转动圈数一般可以忽略它们之间的差别,统称车轮半径rr0=rs=rr=s/(2πn)4.汽车的驱动力图已知外特性曲线，传动比，机械效率和车轮半径已知，可作驱动力图。定义：用Ft-ua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、传动系机械效率就可求计算驱动力。汽车驱动力图滚动阻力空气阻力

坡度阻力加速阻力

2.2.2汽车的行驶阻力滚动阻力Ff轮胎内部摩擦产生的迟滞损失，以热能消失在大气中。这种迟滞损失表现为阻碍车轮运动的阻力偶。滚动阻力系数滚动阻力系数滚动阻力系数车轮在一定条件下，滚动所需要推力Fp1与负荷W1之比，即单位重力所需要的推力：阻力偶用滚动阻力描述

滚动阻力无法在受力图上画出，它是一个数值，在受力图上它是切向反力在实际计算时，可不必考虑阻力偶，而用滚动阻力替代驱动轮受力图真正驱动车轮前进的力是地面切向反力Fx2。其在数值上等于汽车驱动力Ft与滚动阻力Ff之差。驱动力与地面纵向（切向）力车重：转动↑轮胎变形↑f↑路面：路面塑性变形大f↑轮胎结构：子午胎比普通胎f↓刚度好变形小轮胎气压：气压↓变形↑f↑但坏路f↓车速：当Va＜100km/hf≈c

当Va＞140f↑

当Va≈200，振动Hz↑，轮胎周向，侧向扭曲变形↑影响滚动阻力系数的因素汽车轮胎的驻波现象空气阻力定义：汽车直线行驶时受到的空气阻力在汽车行驶方向上的分力。分类：压力阻力和摩擦阻力。

形状阻力诱导阻力干扰阻力内循环阻力形状阻力

汽车行驶时，气流流经汽车表面过程，在汽车表面局部气流速度急剧变化部位会产生涡流，涡流产生意味着能量的消耗，使运动阻力增大，汽车在前窗下凹角处，后窗和行李箱凹角处，以及尾部都会出现了气流分离区，产生涡流，即形成负压，而汽车正面是正压，所以由涡流引起的阻力也叫压差阻力，又因为它与形状有关，也称形状阻力，占整个阻力的58%诱导阻力

由于气流流经车身上下部时，由于空气质点流经上下表面的路程不同，流速不同从而产生压差，即升力，升力在水平方向的分力称为诱导阻力，占总阻力的7%，与车身外形、底板外形有关干扰阻力

由车身外面的凸起零部件所造成的阻力，如后视镜、流水槽、导流板、挡泥板、天线、门把手、底盘下面凸出零部件，占总阻力的14%内循环阻力

为了发动机冷却和乘坐舱内换气和引起空气气流通过车身的内部构造所产生的阻力，占总阻力的12%摩擦阻力

由于空气的粘性在车身表面上产生的切向力造成的，与车身表面的粗糙度有关，占总阻力的9%影响Fw的因素：CD（空气阻力系数）

和

A（正投影面积）由于乘坐空间的制约A变化不大但CD变化较大，1950~70年

CD=0.4~0.61990年CD=0.25~0.40

概念车CD=0.2CD大小对轿车（高速）汽车的性能影响极大帕萨特(Passat)CD=0.28降低的要点CD前部低，过渡平滑，后部加扰流板掠背式底部导流，平整化，向后应逐步升高整车俯视形状为腰鼓式，改进通风进口、出口位置，商用车顶部安装导流罩系统。3.坡道阻力4.加速阻力汽车加速行驶时，需要克服其质量加速运动时的惯性力。汽车质量分平移质量和旋转质量。加速时，平移质量产生惯性力，旋转质量产生惯性力偶矩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旋转质量换算系数行驶加速度2.2.3汽车行驶方程式行驶方程：图2.9汽车加速上坡时的受力情况2.2.4汽车行驶条件由汽车行驶方程式有：汽车行驶的第一个条件——驱动条件可以采用增加发动机转矩，加大传动比等措施来增加汽车驱动力任何路面都可以吗？附着力：地面对轮胎切向反作用力的极限值，在硬路面上，附着力取决于轮胎与地面间的相互摩擦，与驱动轮法向反作用力成正比。—附着系数，由路面与轮胎决定。对于后驱的汽车：对于前驱的汽车：综上所述：第二个行驶附着条件汽车的行驶的驱动—附着条件汽车行驶方程仅表示各个物理量之间的数量关系汽车行驶方程有些项并不是外力（滚动阻力）Ft不是作用于车轮的地面（切向）反作用力，仅为了计算方便才将其定义为驱动力

滚动阻力也不是作用于汽车上的阻力，而是以滚动阻力偶矩的形式作用于车轮上作用在汽车上的惯性力是mdu/dt而不是mδdu/dt小结2.3.1驱动力—行驶阻力平衡图2.3汽车动力性分析

便可分析汽车在附着条件良好路面上的行驶能力。即在油门全开时，汽车可能达到最高车速、加速能力和爬坡能力。

行驶方程式反映了汽车行驶时，驱动力和外界阻力之间的普遍情况。当已知条件：驱动力与行驶阻力平衡图定义

为了清晰地描述汽车行驶时受力情况及其平衡关系，通常将平衡方程式用图解方式进行描述，即将驱动力Ft和常见行驶阻力Fw和Ff绘在同一张图上。图2.10汽车驱动力－行驶阻力平衡图驱动力Ft15.212aDwAuCF=þýüîíì+-=-])([sin1maxmgFFFtgiwftmgfFf=riiTFTgtqth0=它用aj,但aj不方便评价。通常用加速时间或加速距离来评价。加速能力利用驱动力-行驶阻力平衡图确定汽车的加速能力由汽车的行驶方程得图2.11汽车加速度－速度图加速度ajuua不同于mFFwfd+根据加速度图可以进一步求得由某一车速u1加速至到另一较高车速u2所需的时间由运动学可知利用图解法，将aj—V曲线转化为1/aj—V曲线。图2.12加速度倒数曲线手工计算时,一般忽略原地起步过程的离合器打滑过程.即假设在最初时刻，汽车已具备起步换档所需的最低车速。换档时刻的确定：若I-II加速度曲线相交，则规定在交点处换档；若I-II的加速度曲线不相交，则规定在发动机最高转速处换档；换档时间一般忽略不计（正态分布t=0.2-0.4s)。计算加速时间的用途：确定汽车加速能力；传动系最佳匹配；合理选择发动机的排量。注意

其前提条件是路面良好，克服Fw+Ff

后的全部力都用于克服坡道阻力，即利用驱动力-行驶阻力平衡图确定汽车的爬坡能力))((arcsinmaxmgFFFtgtgiwft+-==amg)FF(FiiIiwftmaxmaxmax+-=ÛÛ00最高档的最大爬坡度。档2.3.2动力特性图评价汽车动力性动力因数dtdug)if(dtduGmGFFGFFFFFFFfiwtjiwftd++=d++=-+++=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dtdugiid+或maxmax0i)(,011arcsinsin1cossincos0maxmax222max1max1maxmax2maxmaxmaxImImmaxmaxfDgdtduiitgffDfDfDfDiifDdtduiaxax-===++--=-=Þ+=Þ-=+==Þ=daaaaaay，在加速时时，在求2.3.3功率平衡图功率平衡图

用纵坐标表示功率，横坐标表示车速，将发动机功率与经常遇到的阻力功率对车速的关系绘制在直角坐标图上，就得到功率平衡图。汽车在行驶时驱动力与行驶阻力平衡发动机输出功率也与行驶阻力功率平衡后备功率部分油门开度汽车后备功率越大，汽车的动力性越好。利用后备功率也可确定汽车的爬坡度和加速度。功率平衡也可描述汽车行驶时的发动机负荷率，有利于分析汽车燃油经济性。后备功率档位不同时车速的范围不同，但是功率的大小不变，只是各档的功率曲线对应的车速位置不同。低档时车速低，速度变化区域窄；高档时车速高，所占速度变化区域大。滚动阻力功率在低速时近似为直线，而在高速时是二次曲线空气阻力功率曲线为三次函数在低速时以滚动阻力功率为主，而在高速时以空气阻力功率为主。2.4.1汽车结构参数对动力性的影响1.发动机参数对汽车动力性的影响发动机的外特性、最大功率和最大转矩对汽车动力性影响最大受制造、尺寸、质量、附着条件限制，不能无限制增加发动机功率用发动机比功率（发动机最大功率和汽车总重力之比）衡量发动机功率匹配2.4合理利用汽车动力性2.传动系参数对汽车动力性的影响1）传动效率传动系机械效率越高,传动损失功率越小,动力性越好.在润滑油中加入减摩添加剂或选用黏度适当且受温度影响小的润滑油2）主减速器传动比主减速比为i02时,汽车最高车速相当于发动机最大功率点的车速时,最高车速最大.无论增大或减小主减速比,最高车速都降低.3)变速器传动比及档数对汽车动力性的影响I档的传动比直接影响汽车起步加速性能和最大爬坡能力利用超速档的