第二章 汽车动力性.

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1 第二章 汽车动力性

2 §2-1 汽车行驶需要的功率和能量 一、汽车的行驶阻力 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： 当 匀速 加速

3 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

4 滚动阻力 ： ∵ ∴ 令 ，即滚动阻力系数.

5 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
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/h f≈c 当Va＞100 f↑ Va＜150～200 当Va↑，振动Hz↑，轮胎周向，侧向扭曲变形↑

6 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： ～11% 表面阻力： ～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。

7 式中：CD——空气阻力系数，实验得出； 在一般动力计算中，认为空气阻力作用在风帆中心， 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 ～ ～0.6 货 车 ～ ～1.0 大 客 车 4～ ～0.7 3）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）

8 式中： ——坡道角度 3．坡度阻力：汽车重力沿坡道的分力。 ∵ 对公路来说： i 很小 ＜9% ∴ 故
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

9 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

10 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：

11 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：

12 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。

13 §2-2 汽车的驱动系统 一、汽车动力装置的评价与选择 二、活塞式内燃机特性 1．使用性能：特性曲线、操纵性、起动性
§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。

14 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。

15 三、离合器和液力偶合器特性 特点： ， 效率： 滑转率： 功率损失：

16 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：
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

17 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
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：

18 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

19 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

20 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：

21 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。

22 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”

23 §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
§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。

24 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。

25 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
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

26 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/h 当从 但 与 的关系式不易确定，所以一般用图解法.

27 §2-4 行驶附着条件 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
∴ 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： ∵ ∴ 又∵ （附着条件） 综合上述，汽车驱动附着条件： §2-4 行驶附着条件

28 二、车轮法向反作用力 汽车的附着力取决于法向反作用力和附着系数，其中附着系数在第四章介绍这里仅介绍车轮法向反作用力。 1.静态法向反力
前轴： 后轴： 2．惯性力引起的法向反力

29 3．空气阻力引起的法向反力 前轴： 后轴： 4．升力引起的法向反力 其中 、 为前后轴升力。 综合上述，汽车行驶前后轴的反力 分别为：

30 三、附着条件限制的加速能力 条件：低速档加速能力 （ 最大） 1 及 忽略 2 忽略旋转惯性力矩 前驱动 其中 ——极限值 ∵ ∴ 故
条件：低速档加速能力 （ 最大） 及 忽略 2 忽略旋转惯性力矩 前驱动 其中 ——极限值 ∵ ∴ 故 同理，后驱动： 全驱动： ∵

31 四、附着条件限制的上坡能力 五、驱动系统布置和行驶附着条件 前驱动： 相当于 ∵ 相当于 后驱动： ∵ ∴ 全驱动： 从公式中 与 、 有关
前驱动： 相当于 ∵ 相当于 后驱动： ∵ ∴ 全驱动： 五、驱动系统布置和行驶附着条件 从公式中 与 、 有关 前驱动 牵引系数：