汽车动力性计算

关于汽车动力性计算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

第2页,共31页，2024年2月25日，星期天1）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

第3页,共31页，2024年2月25日，星期天滚动阻力

：

∵

∴

令

，即滚动阻力系数.第4页,共31页，2024年2月25日，星期天

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↑第5页,共31页，2024年2月25日，星期天2．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。第6页,共31页，2024年2月25日，星期天在一般动力计算中，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）第7页,共31页，2024年2月25日，星期天

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。第8页,共31页，2024年2月25日，星期天为了便于计算：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第9页,共31页，2024年2月25日，星期天

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：第10页,共31页，2024年2月25日，星期天二、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：

第11页,共31页，2024年2月25日，星期天三、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。第12页,共31页，2024年2月25日，星期天§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。第13页,共31页，2024年2月25日，星期天注意：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。第14页,共31页，2024年2月25日，星期天三、离合器和液力偶合器特性

特点：

，效率：滑转率：功率损失：

第15页,共31页，2024年2月25日，星期天

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

第16页,共31页，2024年2月25日，星期天四、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：

第17页,共31页，2024年2月25日，星期天1．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——发动机工作稳定性第18页,共31页，2024年2月25日，星期天

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

低档略低于第19页,共31页，2024年2月25日，星期天③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：第20页,共31页，2024年2月25日，星期天例题已知：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。第21页,共31页，2024年2月25日，星期天

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”第22页,共31页，2024年2月25日，星期天§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。第23页,共31页，2024年2月25日，星期天c）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。第24页,共31页，2024年2月25日，星期天3．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第25页,共31页，2024年2月25日，星期天2．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.第26页,共31页，2024年2月25日，星期天一、汽车行驶的驱动——附着条件∵

∴