汽車的特征參數(shù)、性能指標與行駛原理.ppt

第三章 汽車總體構造,主要內(nèi)容： 汽車總體構造的組成部分 汽車的總體布置形式 汽車的特征參數(shù) 汽車的主要性能指標 汽車行駛的基本原理,三、汽車的特征參數(shù),發(fā)動機參數(shù) 排量、壓縮比、最大功率、最大扭矩 質量參數(shù) 整備質量、載質量、總質量 尺寸參數(shù) 長、寬、高、軸距、輪距、接近角、離去角、前懸、后懸等,1、汽車發(fā)動機參數(shù),（1）排量 發(fā)動機排量是指發(fā)動機各汽缸工作容積的總和，其汽缸工作容積是指活塞從上止點到下止點所掃過的容積。轎車常以發(fā)動機排量進行分類，高檔轎車發(fā)動機排量較高。,1、汽車發(fā)動機參數(shù),（2）壓縮比 壓縮比是指汽缸總容積與燃燒室容積的比值，其中汽缸總容積是指活塞在下止點時其頂部以上的容積，而燃燒室容積是指活塞在上止點時其頂部以上的容積。 壓縮比的大小反映了氣體在汽缸內(nèi)被壓縮的程度。壓縮比越大，在壓縮終了時混合氣的壓力和溫度便愈高，燃燒速度也愈快，因而發(fā)動機發(fā)出的功率就愈大，動力性也愈好；另外，壓縮比越大，其發(fā)動機的熱效率就越高，經(jīng)濟性就越好。但壓縮比過大時，易產(chǎn)生不正常燃燒現(xiàn)象，使發(fā)動機負荷增加，壽命降低，油耗增大，排放污染加劇。目前一般車用汽油機的壓縮比約為611，柴油機的壓縮比約為1621。,1、汽車發(fā)動機參數(shù),（3）最大功率 最大功率是指發(fā)動機未帶附件(如水泵、發(fā)電機等)、油門全開時所能發(fā)出的極限功率。通常發(fā)動機最大功率越大，其汽車的最高車速也越高。因此，最大功率是進行汽車動力性分析的一個重要參數(shù)。 （4）最大轉矩 最大轉矩是指發(fā)動機油門全開時曲軸能對外輸出的極限轉矩。通常在傳動系統(tǒng)參數(shù)一定時，發(fā)動機最大轉矩越大，其汽車的爬坡能力、加速能力也越大。因此，最大轉矩也是進行汽車動力性分析的一個重要參數(shù)。,2、質量參數(shù),(1)整備質量 汽車完全裝備好(但不包括貨物、駕駛員及乘客)的質量。除了包括發(fā)動機、底盤和車身外，還包括燃料、潤滑油、冷卻水、隨車工具和備用輪胎等的質量。 (2)載質量 貨車在硬質、良好的路面上行駛時所允許的最大額定裝載質量?？蛙嚭娃I車的載質量一般以乘坐人數(shù)表示，其額定載客人數(shù)即為車上的額定座位數(shù)。 (3)總質量 汽車在滿載時的總質量，即汽車裝備質量與所載質量之和。,3尺寸參數(shù),汽車的主要尺寸參數(shù)有車長、車寬、車高、軸距、輪距、前懸、后懸、接近角、離去角和離地距等。 (1)車長 車長是指汽車長度方向兩極端點間的距離。 車長是對汽車的用途、功能、使用方便性等影響最大的參數(shù)，因此一般以車長來劃分車身等級。車身長意味著縱向可利用空間大，但太長的車身會給調頭、停車造成不便。一般中小型乘用車長4m左右，接近5m長的可算作大型車了。按我國有關規(guī)定，公路車輛的極限總長是：貨車、越野車、客車12m，鉸接式客車18m，汽車帶掛車20m。,3尺寸參數(shù),(2)車寬 車寬是指汽車寬度方向兩極端點間的距離。 車寬主要影響乘坐空間和靈活性。對于乘用車，如果要求橫向布置的三個座位都有寬闊的乘坐感(主要是足夠的肩寬)，那么車寬一般都要達到18m。近年來，由于對安全性的要求，車門壁的厚度有所增加，因此車寬也普遍增加。日本對車寬的限制比較嚴，大部分在18m以下，歐洲車則傾向增大車寬。但是車身太寬會降低在市區(qū)行走、停泊的方便性，因此對于轎車來說車寬2m是一個公認的上限。接近或超過2m的車都會很難駕駛。按我國有關規(guī)定，公路車輛的極限總寬25m。,3尺寸參數(shù),(3)車高 車高是指汽車最高點至地面間的距離。 車高直接影響重心(操控性)和空間。大部分轎車高度在1.5m以下，與人體的自然坐姿高度相比低很多，主要是出于降低全車重心的考慮，以確保高速拐彎時不會翻車。MPV、面包車等為了營造寬闊的乘坐(頭部空間)和載貨空間，車身一般比較高(1.6m以上)，但隨之使整車重心升高，過彎時車身側傾角度大，這是高車身的一個重大缺陷。 此外在日本、中國香港等國家和地區(qū)，大部分的室內(nèi)停車場都有高度限制，一般為1.6m，這也是確定車高的重要考慮因素。按中國的有關規(guī)定，公路車輛的極限總高4m。,3尺寸參數(shù),(4)軸距 軸距是指汽車前軸中心至后軸中心的距離。在車長被確定后，軸距是影響乘坐空間最重要的因素，因為絕大多數(shù)的兩廂和三廂轎車，乘員的座位都是布置在前后軸之間的。長軸距使乘員的縱向空間增大，直接得益的是對乘坐舒適性影響很大的腳部空間。在行駛性能方面，長軸距能提高直路巡航的穩(wěn)定性，但轉向靈活性下降，回旋半徑增大。,3尺寸參數(shù),(5)輪距 輪距是指同一車軸左右輪胎胎面中心線間的距離。輪距直接影響汽車的前后寬度比例。與其他尺寸相比，輪距更受機械布局(尤其是懸掛系統(tǒng)類型)的影響，是造型設計師需要在早期確定的參數(shù)。一般轎車的前輪距比后輪略大(相差約1050mm)，即車身前半部比后半部略寬，這與氣流動力學有關。但一些特殊布局的汽車，如法拉利的512TR，由于后軸安放了大型的水平對置12缸發(fā)動機，使其后輪距遠大于前輪距，這就需要以特別的造型設計來配合。在操控性方面，輪距越大，轉向極限和穩(wěn)定性也會越高，很多高性能跑車車身翼子板都向外拋，就是為了盡量擴大輪距。,3尺寸參數(shù),(6)前懸與后懸 前懸是指汽車最前端至前軸中心的距離。后懸是指汽車最后端至后軸中心的距離。 車長一定，軸距越長，前、后懸便越短。除了一些小型車要竭力增加軸距來擴大乘坐空間外，一般轎車的懸長都不能太短，一來軸距太長會影響靈活性，二來要考慮發(fā)動機和傳動系統(tǒng)的布局。例如，F(xiàn)F轎車，發(fā)動機一般會安置在前軸的前方，因此前懸必須有一定的長度；但前懸也不應過長，以確保爬坡通過性，越野車為了保證爬坡、越臺的能力，前懸都很短。一些高性能跑車的前、后懸取值主要是出于對前后重量平衡和動態(tài)重心轉移的考慮。近年為了滿足嚴格的正面撞擊測試法規(guī)，有加長前懸的趨勢，目的是容納車架的撞擊緩沖結構。后懸則可以比前懸稍長一些。,3尺寸參數(shù),(7)接近角與離去角 接近角是指汽車前端突出點向前輪引切線與地面的夾角。 離去角是指汽車后端突出點向后輪引切線與地面的夾角。 接近角和離去角越大，表示汽車的通過性越好。,3尺寸參數(shù),(8)離地距 離地距是指車體最低點與地面的距離。 離地距必須確保汽車在行走崎嶇道路、上下坡時的通過性，即保證不刮底。但離地距高也意味著重心高，影響操控性，一般轎車的最低離地距為130200mm，符合正常道路狀況的使用要求。越野車離地距普遍大于200mm。賽車由于安裝了擾流車身部件，并且要降低重心，離地距可以低至50mm甚至更低。,3尺寸參數(shù),Audi A2 A4,Audi A6 A8,四、汽車的主要性能指標,汽車性能是指汽車滿足使用要求的程度，也是衡量汽車好壞的重要指標。 通常用來評定汽車性能的指標有：動力性、燃油經(jīng)濟性、制動性、操縱穩(wěn)定性、平順性和通過性等。汽車安全性也是一個非常重要的性能，但國內(nèi)外還沒有統(tǒng)一的評定標準。 由于汽車的種類繁多，需要滿足的使用要求各不相同，在設計汽車時往往有針對性地滿足一兩項主要性能而把其他性能放在次要位置。例如，家用經(jīng)濟型轎車需要強調燃油經(jīng)濟性而把動力性放在較次要位置；跑車則強調動力性而把燃油經(jīng)濟性放在次要位置等。因此，評價一輛汽車的優(yōu)劣，要綜合考慮各方面的因素。,1動力性,汽車的動力性用汽車在良好的路面上直線行駛時所能達到的平均行駛速度來表示。汽車是一種高效率的運輸工具，運輸效率的高低在很大程度上取決于汽車的動力性。所以，動力性是汽車各種性能中最基本、最重要的性能。 從獲得盡可能高的平均行駛速度的觀點出發(fā)，汽車動力性主要用以下三方面的指標來評定： (1)汽車的最高車速。最高車速是指在水平良好的路面(混凝土或瀝青)上汽車能達到的最高行駛車速。,1動力性,(2)汽車的加速時間。 加速時間表示汽車的加速能力，它對平均行駛車速有很大影響，特別是轎車，對加速時間更為重視。常用原地起步加速時間和超車加速時間來表明汽車的加速能力。 原地起步加速時間是指汽車由1擋或2擋起步，并以最大的加速度(包括選擇恰當?shù)膿Q擋時機)逐步換至最高擋后達到某一預定的距離或車速所需的時間。常用0400m或0100km/h的時間(秒)來表示汽車原地起步加速能力。 超車加速時間是指用最高擋或次高擋由某一較低車速全力加速至某一高速所需的時間。因為超車時汽車與被超車并行，容易發(fā)生安全事故，所以超車加速能力強，并行距離短，行駛就安全。對超車加速能力還沒有統(tǒng)一的規(guī)定，采用較多的是用最高擋或次高擋由30km/h或40km/h全力加速行駛至某一高速如80km/h或100km/h所需的時間。,1動力性,(3)汽車能爬上的最大坡度。 汽車的上坡能力用滿載(或某一載質量)時汽車在良好路面上的最大爬坡度表示。顯然，最大爬坡度是指1擋最大爬坡度。 轎車最高車速大，加速時間短，經(jīng)常在較好的路面行駛，因此一般不強調它的爬坡能力。不過，由于轎車的1擋加速能力大，因此其爬坡能力也強。 貨車在各種道路上行駛，所以必須具備足夠的爬坡能力，一般在30即16.7左右。 越野汽車要在壞路或無路條件下行駛，因而爬坡能力是一個很重要的指標，它的最大爬坡度可達60即31左右。,2燃油經(jīng)濟性,在保證動力性的條件下，汽車以盡可能少的燃油消耗量經(jīng)濟行駛的能力，稱作汽車的燃油經(jīng)濟性。 汽車的燃油經(jīng)濟性常用一定運行工況下汽車行駛百公里的燃油消耗量或一定燃油量汽車行駛的里程來衡量。在中國及歐洲，燃油經(jīng)濟性指標單位為L/100km，即行駛100km所消耗的燃油體積數(shù)，該數(shù)值越大，汽車燃油經(jīng)濟性越差。美國為MPG(mile/gal)，這個數(shù)值越大，汽車燃油經(jīng)濟性越好。 等速行駛百公里燃油消耗量是常用的一種評價指標，指汽車在一定載荷(中國標準規(guī)定轎車為半載、貨車為滿載)下，以最高擋在水平良好路面上等速行駛100km的燃油消耗量。常測出每隔10km/h或20km/h速度間隔的等速百公里燃油消耗量，然后在圖上連成曲線，稱為等速百公里燃油消耗量曲線。,2燃油經(jīng)濟性,等速行駛工況并沒有全面反映汽車的實際運行情況，特別是在市區(qū)行駛中頻繁出現(xiàn)的加速、減速、怠速以及停車等行駛工況。因此，在對實際行駛車輛進行跟蹤測試統(tǒng)計的基礎上，各國都制定了一些典型的循環(huán)行駛試驗工況來模擬實際汽車運行狀況，并以百公里燃油消耗量(或MPG)來評定相應行駛工況的燃油經(jīng)濟性。 歐洲經(jīng)濟委員會(ECE)規(guī)定，要測量車速為90km/h和120km/h的等速百公里燃油消耗量和按ECE-R.15循環(huán)工況的百公里燃油消耗量，并各取1/3相加作為混合百公里燃油消耗量來評定汽車燃油經(jīng)濟性。美國環(huán)保局(EPA)規(guī)定，要測量城市循環(huán)工況(UDDS)及公路循環(huán)工況(HWFET)的燃油經(jīng)濟性，并計算綜合燃油經(jīng)濟性(單位:mile/gal)。,3制動性,汽車行駛時能在短距離內(nèi)停車且維持行駛方向的穩(wěn)定性，在下長坡時能維持一定車速的能力，以及在一定坡道上能長時間停車不動的駐車性能，稱為汽車的制動性。 汽車的制動性主要由下列三方面來評價： (1)制動效能。指在良好路面上，汽車以一定初速制動到停車的制動距離或制動時汽車的減速度，它是制動性能最基本的評價指標。 (2)制動效能的恒定性。即抗熱衰退性能，指汽車高速行駛或下長坡連續(xù)制動時制動效能保持的程度。 (3)制動時的方向穩(wěn)定性。即制動時汽車不發(fā)生跑偏、側滑以及失去轉向能力的性能，常用制動時汽車按給定路徑行駛的能力來評價。,3制動性,世界各國對汽車的制動性能的要求有所不同。 中國對轎車的制動性能要求是，在干燥的水泥路面上，汽車滿載以80km/h的初速制動，制動距離50.7m，而制動時的穩(wěn)定性要求是不允許偏出3.7m通道。 美國的要求是，汽車以96.5km/h的初速制動時，制動距離65.8m，制動的穩(wěn)定性要求是車輪不抱死偏出量小于3.66m。,4操縱穩(wěn)定性,汽車的操縱穩(wěn)定性是指在駕駛者不感到過分緊張、疲勞的條件下，汽車能遵循駕駛者通過轉向系及轉向車輪給定的方向行駛，且當遭遇外界干擾(比如側向力、轉彎時的向心力等)時，汽車能抵抗干擾而保持穩(wěn)定行駛的能力。 隨著道路的不斷改善，特別是現(xiàn)代高速公路的發(fā)展，汽車以l00km/h或更高車速行駛的情況是常見的?，F(xiàn)代轎車設計的最高車速一般常超過200km/h，有的運動型轎車甚至超過300km/h。汽車的操控穩(wěn)定性不僅影響到汽車駕駛的操控方便程度，而且也是決定高速汽車安全行駛的一個主要性能，所以人們稱之為“高速車輛的生命線”。,4操縱穩(wěn)定性,汽車操縱穩(wěn)定性涉及的問題較為廣泛，需要采用較多的物理參量從多方面來進行評價，一般常用汽車的穩(wěn)定轉向特性來評價。轉向特性包括不足轉向、過度轉向以及中性轉向三種狀況。 不足轉向特性的汽車，在固定方向盤轉角的情況下繞圓周加速行駛時，轉彎半徑會增大；過度轉向特性的汽車在這種條件下轉彎半徑則會逐漸減??；中性轉向特性的汽車則轉彎半徑不變。由于過度轉向特性的汽車在轉彎時容易發(fā)生劇烈的回轉，從而導致翻車事故的發(fā)生，因此在汽車設計中要盡量杜絕汽車具有過度轉向特性。 汽車的轉向特性與汽車的前后橋軸荷分配、輪胎和懸架種類以及轉向結構形式等有關。易操控的汽車應當有適當?shù)牟蛔戕D向特性，以防止汽車出現(xiàn)突然甩尾現(xiàn)象。,5行駛平順性,汽車行駛時，由路面不平以及發(fā)動機、傳動系和車輪等旋轉部件激發(fā)汽車的振動。通常，路面不平是汽車振動的基本輸入，因此，平順性主要是指路面不平引起的汽車振動，其頻率范圍約為0.525Hz。 汽車的平順性要求汽車在行駛過程中產(chǎn)生的振動和沖擊環(huán)境對乘員舒適性的影響在一定界限之內(nèi)，因此，平順性主要根據(jù)乘員主觀感覺的舒適性來評價，對于載貨汽車還包括保持貨物完好的性能。由于平順性主要是根據(jù)乘坐的舒適度來評價的，所以它又稱為乘坐舒適性。,6通過性,汽車的通過性是指汽車能以足夠高的平均車速通過各種壞路和無路地帶(如松軟地面、凹凸不平地面等)及各種障礙(如陡坡、側坡、壕溝、臺階、灌木叢、水障等)的能力。 汽車的通過性主要取決于地面的物理性質及汽車的結構參數(shù)和幾何參數(shù)。同時，它還與汽車的其他性能，如動力性、平順性、機動性、穩(wěn)定性、視野性等密切相關。 由于汽車與越野地面間的間隙不足而被地面托住、無法通過的情況，稱為間隙失效。當汽車中間底部的零部件碰到地面而被頂住時，稱為頂起失效。當汽車前端或尾部觸及地面而不能通過時，則分別稱為觸頭失效或托起失效。 與間隙失效有關的汽車整車幾何參數(shù)，稱為汽車的通過性幾何參數(shù)。例如，最小離地間隙、縱向通過半徑、橫向通過半徑、接近角、離去角等。,五 汽車行駛的基本原理,要使汽車行駛，必須具備兩個基本的行駛條件：驅動條件和附著條件。 （一）驅動條件 汽車必須具有足夠的驅動力，以克服各種行駛阻力， 才能得以正常行駛。這些阻力包括：滾動阻力、空氣阻力、坡度阻力和加速阻力。,1.牽引力的產(chǎn)生,當汽車行駛時，發(fā)動機的輸出扭矩通過傳動系傳給驅動車輪，使驅動車輪得到一個扭矩Mt，由于汽車輪胎與地面接觸，在扭矩的作用下，接觸面上輪胎邊緣對地面產(chǎn)生一個圓周力F0,它的方向與汽車行駛方向相反，根據(jù)作用力與反作用力的關系，路面對輪胎邊緣施加一個反作用力Ft，其大小與F0相等方向相反。則Ft為外界對汽車施加的推動力，即牽引力。,2.汽車行駛的阻力,汽車行駛總阻力F包括滾動阻力Ff、空氣阻力Fw、上坡阻力Fi和加速阻力Fj ： F = Ff + Fw + Fi + Fj,2.汽車行駛的阻力,滾動阻力 滾動阻力是由于車輪滾動時輪胎與路面兩者在其接觸區(qū)域發(fā)生變形而產(chǎn)生的。車輪在硬路面上滾動時，驅動汽車的一部分動力消耗在輪胎變形的內(nèi)摩擦上，而路面變形很??；車輪在軟路面(松軟的土路、沙地、雪地等)上滾動時，路面變形較大，所產(chǎn)生的阻力就成為滾動阻力的主要部分。滾動阻力以Ff表示，其數(shù)值與汽車的總質量、輪胎的結構與氣壓以及路面的性質有關。,空氣阻力 汽車在空氣中向前行駛時，前部承受氣流的壓力而后部抽空，產(chǎn)生壓力差。此外，空氣與車身表面以及各層空氣之間存在著摩擦，再加上引入車內(nèi)冷卻發(fā)動機和室內(nèi)通風以及外伸零件引起氣流的干擾，就形成空氣阻力。空氣阻力以Fw表示，它與汽車的形狀、汽車的正面投影面積、汽車與空氣相對速度的平方成正比?？梢?，汽車速度很高時，空氣阻力相當可觀，并將成為總阻力的主要部分。,2.汽車行駛的阻力,2.汽車行駛的阻力,坡度阻力 汽車在坡道上行駛時，其總重力沿坡道方向的分力稱為坡度阻力，以Fi表示。汽車只有在上坡時才存在坡度阻力，但汽車上坡所作的功并沒有白白耗費，而是轉化為重力勢能。當汽車下坡時，重力勢能促使汽車下坡并轉化為動能。,2.汽車行駛的阻力,加速阻力: 汽車加速行駛時，需要克服其自身質量加速運動的慣性力，即加速阻力，以Fj表示。,3驅動力與總阻力的關系,汽車的驅動力Ft與上述各項阻力之和(總阻力)存在如下關系： 上式可改為 汽車行駛的過程，是驅動力是否能克服各種阻力的交替變化過程：當Fj=0時，汽車勻速行駛；當干Fj0時，汽車速度增加，同時空氣阻力亦隨車速的增加而急劇增大，在某個較高速度處達到新的平衡然后勻速行駛；當Fj0時，汽車減速乃至停駛。這時，如果要維持較高的車速，就需要加大發(fā)動機的輸出功率或將變速器換入較低的檔位以維持較大的驅動力。 當汽車在平直的路面上以最高車速行駛時，只需克服滾動阻力和空氣阻力。,（二 ）附著條件,汽車能否充分發(fā)揮其驅動力，還受到車輪與路面之間附著作用的限制。在平控的干硬路面上，汽車附著性能的好壞決定于輪胎與路面間摩擦力的大小。這個摩擦力阻礙車輪的滑動，使車輪能夠正常地向前滾動并承受路面的驅動力。如果驅動力大于輪胎與路面間的最大靜摩擦力時，車輪與路面之間就會發(fā)生滑轉。在松軟的路面上，除了輪胎與路面間的摩擦阻礙車輪滑轉外，嵌入輪胎花紋凹處的軟路面凸起部還起一定的抗滑作用。通常把車輪與路面之間的相互摩擦以及輪胎花紋與路面凸起部的相互作用綜合在一起，稱為附著作用。由附著作用所決定的阻礙車輪滑轉的最大力稱為附著力，與車輪所承受垂直于路面的法向力G(稱為附著重力)成正比，汽車行駛的附著條件,（二 ）附著條件,驅動力的最大值一方面取決于發(fā)動機可能