第2讲-1-3汽车驱动力-行驶阻力平衡图与动力特性图-1-4汽车行驶的附着条件与汽车的附着率

长江大学工程技术学院教案/讲稿PAGE第2讲2学时教学目的及要求：掌握汽车的驱动力－行驶阻力平衡图的绘制，汽车加速度曲线的绘制，汽车的加速度倒数曲线的绘制，汽车的加速时间曲线的绘制，汽车爬坡度曲线的绘制，汽车动力特性图的绘制。主要内容：§1-3汽车驱动力-行驶阻力平衡图与动力特性图§1-4汽车行驶的附着条件与汽车的附着率教学重点：驱动力－行驶阻力平衡图及利用驱动力－行驶阻力平衡图分析汽车的动力性，汽车的动力因数，动力特性图及利用动力特性图分析汽车的动力性教学难点：动力特性图及利用动力特性图分析汽车的动力性教学过程:§1—3汽车行驶的驱动与附着条件汽车行驶的驱动与附着条件：驱动条件—首先得有劲δmEQ\f(du,dt)=Ft–(Ff+FW+Fi)≥0Ft≥Ff+FW+Fi附着条件—有劲还得使得上用Fφ表示轮胎切向反力的极限，在硬路面上它与驱动轮所受的法向反力成正比：（φ为附着系数）（1）驱动轮的附着力：前轮驱动汽车：Fφ1=FZ1φ后轮驱动汽车：Fφ2=FZ2φ全轮驱动汽车：Fφ1=FZ1φFφ2=FZ2φ（2）汽车的附着力：前轮驱动汽车：Fφ=FZ1φ后轮驱动汽车：Fφ=FZ2φ全轮驱动汽车：Fφ=FZφ=FZ1φ+FZ1φ对前驱动轮Fx1≤FZ1φ前驱动轮的附着率：Cφ1=EQ\f(FX1,FZ1)则要求Cφ1≤φ对后驱动轮Fx2≤FZ2φ后驱动轮的附着率：Cφ2=EQ\f(FX2,FZ2)则要求Cφ2≤φ∴Ft≤FZ2（f+φ）∵f<<φ∴Ft≤FZ2φ一般形式Ft≤FZφφ驱动与附着条件：Ff+FW+Fi≤Ft≤FZφφ汽车的附着力：Fφ汽车附着力——在车轮与路面没有相对滑动的情况下，路面对车轮提供的切向反力的极限值。Fφ=FZφφFφ取决于：在硬路面上——可以是最大的静摩擦力，主要取决于路面与轮胎的性质；在软路面上——取决于土壤的剪切强度和车轮与土壤的结合强度Fφ的影响因素：⑴载重量：增加驱动轮的法向反力X2，有利于驱动。例：越野车由货车的FZ2↗（FZ2+FZ1），使Fφ↗⑵轮胎结构：深大花纹——在松软路面上，使土壤与车轮的结合强度提高；松软路上放气P↘——胎面接地面积大，嵌入土壤的花纹数多，抓地能力强，且沉陷量小，土壤阻力小；⑶附着系数：φ取决于路面种类与状况、轮胎结构（花纹、材料等）及ua等因素。驱动轮的法向反作用力——汽车行驶时重量再分配根据受力图列方程：将作用在汽车上的各力对前、后轮接地面中心取矩，则得：FZ1=EQ\f(G,L)(bcosα-hgsinα)–\f(1,L)(mhgEQ\f(du,dt)+∑Tj)-FZW1-\f(1,L)∑TfFZ2=EQ\f(G,L)(acosα+hgsinα)+\f(1,L)(mhgEQ\f(du,dt)+∑Tj)-FZW2+\f(1,L)∑Tf式中，∑Tj=TjW1+TjW2,∑Tf=Tf1+Tf2忽略旋转质量的惯性阻力偶矩和滚动阻力偶矩：FZ1=FZS1–EQ\f(mhg,L)\f(du,dt)-FZW1FZ2=FZS2+EQ\f(mhg,L)\f(du,dt)-FZW2作用在驱动轮上的地面切向反作用力：前轮驱动：FX1=Ff2+FW+Fi+EQm\f(du,dt)后轮驱动：FX2=Ff1+FW+Fi+EQm\f(du,dt)低挡加速或爬坡时，后轮驱动汽车的后轮附着率：Cφ2=EQ\f(FX2,FZ2)=EQ\f(Fi+m\f(du,dt),FZS2+\f(mhg,L)\f(du,dt))=EQ\f(L(EQi+\f(1,gcosα)\f(du,dt)),a+hg(EQi+\f(1,gcosα)\f(du,dt)))令等效坡度q=EQi+\f(1,gcosα)\f(du,dt)则Cφ2=EQ\f(Lq,a+hgq)在附着系数为φ的路面上能通过的最大等效坡度为：q=EQ\f(φa,L-φhg)低挡加速或爬坡时，前轮驱动汽车的前轮附着率：Cφ1=EQ\f(Lq,b-hgq)在附着系数为φ的路面上能通过的最大等效坡度为：q=EQ\f(φb,L+φhg)对于四轮驱动汽车，定义后轴转矩分配系数为Ψ：Ψ=EQ\f(Tt2,Tt1+Tt2)则后轴转矩分配系数为（1-Ψ）Cφ1=EQ\f(L(1-Ψ)q,b-hgq)Cφ2=EQ\f(LΨq,a+hgq)Cφ1>Cφ2时：q=EQ\f(φb,L(1-Ψ)+φhg)Cφ1<Cφ2时：q=EQ\f(φa,LΨ-φhg)分析：与汽车静止时地面法向反力比较：FZ1=GEQ\f(b,L)FZ2=GEQ\f(a,L)上式中第一项为汽车静止不动时前后轴上的静载荷；第二项为行驶中产生的动载荷。动载荷的绝对值随坡度、加速度以及速度的增加而增大。汽车行驶时：Z1↘，Z2↗，即：重量再分配现象。∴汽车多后轮驱动。例题：一全轮驶动的汽车，总重G=30000N，在φ=0.7，f=0.02，α=20°的坡度上行驶，该车可否爬上此坡？（Me=150Nm，r=0.4m，ig1=6，i0=5，ηt=0.8，sinα=0.34，cosα=0.94，FW≈0，Fj≈0）解：先校核附着条件：Ft<FφFt=EQ\f(Ttqigi0ηt,r)=150·6·5·0.8/0.4=9000NFφ=Gcosαφ=30000·0.94·0.7=19740NFt<Fφ，满足附着条件；再校核驱动条件：Ft≥Ff+FW+FIFf+FW+FI=Gcosαφ+Gsinα=30000·0.94·0.02+3000·0.34=10764NFt<Ff+FW+FI，不满足驱动条件；综上所述，该车爬不上此坡。§1—4汽车的驱动力——行驶阻力平衡图与动力特性图用图解法解行驶方程式：EQ\f(Ttqigi0ηt,r)=Gcosαf+EQ\f(CDAua2,21.15)+Gsinα+δmEQ\f(du,dt)驱动力—行驶阻力平衡图：作图：在Ft—ua图上加上（Ff+FW）--ua图。图解法求解：⑴最高车速：uamaxFt与Ff+FW的交点对应的车速；⑵以任一车速行驶：ua松油门，Ft的部分负荷曲线（虚线）与Ff+FW曲线的交点对应的车速；⑶爬坡度：Fj=0以任一车速行驶时，不松油门，用Ft剩余部分来爬坡。Fi=Ft-（Ff+FW）sinα=EQ\f(Ft–(Ff+Fw),G)α=arcsinEQ\f(Ft–(Ff+Fw),G)i=tgα当坡度很小时，i=EQ\f(Ft–(Ff+Fw),G)档位越低，i越大。imax——一档;i0max–直接档⑷加速度：Fi=0Fj=Ft-（Ff+FW）EQ\f(du,dt)=EQ\f(1,δm)[Ft–(Ff+Fw)]∵aj=EQ\f(du,dt)∴t=EQ\i\in(0,t,dt)=EQ\i\in(u1,u2,\f(1,aj)dt)加速时间t：即为1/aj—ua图曲线下的面积。动力特性图：不同汽车，参数不同（G、A、CD等不同），无法在Ft--ua图上比较动力性。动力因数，D——单位车重的驱动力与空气阻力之差。D=EQ\f(Ft–Fw,G)(定义式)D=f+i+EQ\f(δ,g)EQ\f(du,dt)(行驶方程式)作动力特性图：图解法求解：⑴最高车速：D与f的交点，D=f⑵最大爬坡度：EQ\f(du,dt)=0，D=f+ii=D-f∵一档的D为D1max∴imax=D1max-f⑶加速度：i=0D=f+EQ\f(δ,g)EQ\f(du,dt)EQ\f(du,dt)=EQ\f(g,δ)(D-f)⑷平均技术速度直接档的D0max对平均技术速度有很大影响。汽车常挂直接档行驶，若D0max过小，遇小坡就得减档，影响平均技术速度例题：某车总重G=80000N，D1max=0.36。若改装为总重G‘=90000N后，对D有何影响？（其它结构不变）解：D=EQ\f(Ft–Fw,G)∵Ft-FW不变∴D1max·G=D‘1max·G‘0.36×80