5汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 縱向動(dòng)力學(xué)性能分析

1、汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),1,主講：胡愛軍,汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),2,第五章,縱向動(dòng)力學(xué)性能分析,5.1,動(dòng)力的需求與供應(yīng),5.2,動(dòng)力性,5.3,燃油經(jīng)濟(jì)性,5.4,驅(qū)動(dòng)與附著極限和驅(qū)動(dòng)效率,5.5,制動(dòng)性,汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),3,1,車輛對(duì)動(dòng)力的需求,5.1,動(dòng)力的需求與供應(yīng),車輛行駛阻力,車輛行駛阻力包括車輪滾動(dòng)阻力、空氣阻力、坡度阻力,加速阻力（平動(dòng)分量和轉(zhuǎn)動(dòng)分量,加速阻力轉(zhuǎn)動(dòng)分量,a,tw,a,r,d,d,M,F,r,r,坡度阻力,G,sin,v,c,F,m,m,g,G,v,c,G,F,m,m,gi,加速阻力平動(dòng)分量,a,t,v,c,x,F,m,m,a,a,r,2,d,x,a,F,r,汽

2、車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),4,等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量必須考慮所有傳動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，包括所有,車輪,等效的原則是保持動(dòng)能一致,5.1,動(dòng)力的需求與供應(yīng),2,2,2,i,w,0,dr,0,g,e,c,Ti,i,i,i,汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),5,旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù),若,i,大于,2,表明用來加速旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的動(dòng)力需求高于平動(dòng)加速,戴姆勒,奔馳,1632K,1,檔,10.12,2,檔,3.18,8,檔,1.08,5.1,動(dòng)力的需求與供應(yīng),定義由車輛參數(shù)描述的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù),m,v,是整車整備質(zhì)量,i,i,2,v,d,1,m,r,車輛的總加速阻力,a,i,v,c,x,F,m,m,a,總的車輛加速阻力,i,a,v,c,x

3、,2,d,a,F,m,m,r,汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),6,車輛行駛阻力曲線,車輛總行駛阻力,反映了不同驅(qū)動(dòng)工況下車輛所需的驅(qū)動(dòng)力矩，也稱動(dòng)力需求特性曲線,5.1,動(dòng)力的需求與供應(yīng),2,a,Dem,i,v,c,x,G,R,v,c,D,2,F,m,m,a,i,f,m,m,g,C,A,u,對(duì)于高速行駛的乘用車，空氣阻力起主導(dǎo)作用,除空氣阻力外，其它阻力分量均與車重成正比,汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),7,2,車輛的動(dòng)力供應(yīng),驅(qū)動(dòng)力定義為地面作用于驅(qū)動(dòng)輪胎接地印跡內(nèi)縱向作用力的的,合力,車輛沿前進(jìn)方向的動(dòng)力供求平衡方程,5.1,動(dòng)力的需求與供應(yīng),x,H,d,e,g,0,t,d,F,M,r,M,i,i,r,e,t,g,0,2

4、,a,i,v,c,x,G,R,v,c,D,d,2,M,i,i,m,m,a,i,f,m,m,g,C,A,u,r,汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),8,1,概述,5.2,動(dòng)力性,P,Nmax,為汽車能產(chǎn)生的最大功率,特性曲線,車輛動(dòng)力性由加速能力、爬坡能力和最高車速來衡量,驅(qū)動(dòng)力平衡圖,表示某工況的動(dòng)力供求關(guān)系,汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),9,將某車速下的驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力,值與車速相乘得到的，即傳遞至,輪轂的功率,P,H,與行駛時(shí)需克服的,P,Dem,即將功率供應(yīng)和功率需求,繪于同一圖中,5.2,動(dòng)力性,驅(qū)動(dòng)功率平衡圖,汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),10,后備驅(qū)動(dòng)力,F,x,ex,車輛行駛時(shí)實(shí)際需要的驅(qū)動(dòng)力,F,Dem,與車輛,所能提供的最

5、大驅(qū)動(dòng)力,F,x,的差值,2,爬坡能力,5.2,動(dòng)力性,汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),11,假設(shè)車輛勻速行駛，全部后備驅(qū)動(dòng)力都用于克服坡度阻力，可,以得到特定檔位車速下的最大爬坡角,2,爬坡能力,5.2,動(dòng)力性,x,ex,G,max,v,c,sin,F,m,m,g,汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),12,3,加速能力,重型貨車低速檔,i,較大，對(duì)加速能力的影,響也很大,5.2,動(dòng)力性,車輛加速能力用可達(dá)到的最大加速度來表示,車輛要想達(dá)到最大加速度，后備驅(qū)動(dòng)力需全部用來克服加速阻力,若不考慮旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的影響,i,1,加速能力曲線與后備,驅(qū)動(dòng)力曲線一致,x,ex,i,v,c,max,F,m,m,a,汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),13,后備功率,

6、3,加速能力,5.2,動(dòng)力性,ex,x,ex,i,v,c,max,P,F,u,m,m,a,u,汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),14,4,傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的影響,在設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，必須校核每個(gè)檔位的加速能力和爬坡能力,5.2,動(dòng)力性,不同坡度下的驅(qū)動(dòng)力（功率）平衡圖,汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),15,單位里程燃油消耗量,B,tr,和單位時(shí)間燃油消耗量,B,tp,5.3,燃油經(jīng)濟(jì)性,1,燃油消耗量的計(jì)算,根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性圖可得到燃油消耗率曲線,汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),16,燃油消耗率的確定,5.3,燃油經(jīng)濟(jì)性,1,燃油消耗量的計(jì)算,M,L,為轉(zhuǎn)矩?fù)p失,V,s,為發(fā)動(dòng)機(jī)排量,i,為每缸每轉(zhuǎn)點(diǎn)火次數(shù),根據(jù),p,me,和,n,e,確定該

7、工況的燃油消耗率,b,e,g/(kw.h,車輛勻速行駛所需發(fā)動(dòng)機(jī),轉(zhuǎn)矩,Dem,d,Dem,L,g,0,F,r,M,M,i,i,所需發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)平均有效壓力,Dem,me,s,2,M,p,V,i,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,e,g,0,d,(2,n,ui,i,r,汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),17,5.3,燃油經(jīng)濟(jì)性,1,燃油消耗量的計(jì)算,對(duì)于循環(huán)行駛工況，須將過程劃分成若干段穩(wěn)定工況,分別計(jì)算燃油消耗量，再求和,若發(fā)動(dòng)機(jī)處于不穩(wěn)定工況，則只能求近似解,單位時(shí)間的燃油消耗量,tp,e,e,f,B,b,P,單位里程的燃油消耗量,tr,tp,a,B,B,u,根據(jù)所需功率及燃油密度得,汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),18,2,減少油耗的途徑,5.

8、3,燃油經(jīng)濟(jì)性,減少燃油消耗量的途徑,發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況,傳動(dòng)系統(tǒng)效率,車輛行駛阻力,MT,車輛變速器傳動(dòng)比和主減速比的設(shè)計(jì)及換檔時(shí)機(jī)的選擇,AT,車輛的換檔控制策略對(duì)燃油消耗率有很大的影響,車輛燃油消耗量,tr,e,Dem,f,t,B,b,F,汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),19,5.4,驅(qū)動(dòng)與附著極限和驅(qū)動(dòng)效率,1,車輛所受的垂向力,車輛所受的垂向載荷,F,z,由靜載,F,zs,動(dòng)載,F,zd,坡道分量,F,zg,和空氣,動(dòng)力學(xué)分量,F,L,組成,2,zf,cos,sin,2,Lf,a,W,G,G,x,d,C,A,u,u,b,h,h,F,mg,ma,L,L,L,mr,L,2,zr,cos,sin,2,Lr,

9、a,W,G,G,x,d,C,A,u,u,a,h,h,F,mg,ma,L,L,L,mr,L,動(dòng)載,汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),20,5.4,驅(qū)動(dòng)與附著極限和驅(qū)動(dòng)效率,2,車輛所受的縱向驅(qū)動(dòng)力,前輪驅(qū)動(dòng)車輛所需的驅(qū)動(dòng)力,換算到驅(qū)動(dòng)輪上的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,應(yīng)包括車輪、制動(dòng)盤等,所有相關(guān)旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,xf,D,G,a,t,a,r,Rr,2,a,D,w,G,x,r,x,R,G,G,2,d,sin,2,cos,sin,F,F,F,F,F,F,C,A,u,u,mg,ma,b,h,a,mgf,r,L,L,汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),21,5.4,驅(qū)動(dòng)與附著極限和驅(qū)動(dòng)效率,2,車輛所受的縱向驅(qū)動(dòng)力,后輪驅(qū)動(dòng)車輛所需的驅(qū)動(dòng)力,換算到驅(qū)

10、動(dòng)輪上的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,應(yīng)包括車輪、制動(dòng)盤等,所有相關(guān)旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,xr,D,G,a,t,a,r,Rf,2,a,D,w,G,x,r,x,R,G,G,2,d,sin,2,cos,sin,F,F,F,F,F,F,C,A,u,u,mg,ma,a,h,a,mgf,r,L,L,汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),22,附著率與附著系數(shù)不同，是車輛所需驅(qū)動(dòng)力與法向載荷的比,值，是附著系數(shù)中已經(jīng)利用了的部分,5.4,驅(qū)動(dòng)與附著極限和驅(qū)動(dòng)效率,3,前后軸的附著率,驅(qū)動(dòng)附著率,f,定義為縱向驅(qū)動(dòng)力與法向力的比值,xf,xr,f,r,zf,zr,F,F,f,f,F,F,附著系數(shù)是車輛能得到的最大驅(qū)動(dòng)力與法向載荷的比值,不同行駛工

11、況，附著率是不同的,驅(qū)動(dòng)輪才有附著率,汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),23,5.4,驅(qū)動(dòng)與附著極限和驅(qū)動(dòng)效率,4,由路面附著限制的加速或爬坡能力,若潛在的附著力全部用于克服加速或上坡阻力，則可列出平,衡方程,計(jì)算出車輛在不同驅(qū)動(dòng)形式和行駛工況下的各項(xiàng)性能表達(dá)式,前輪驅(qū)動(dòng)汽車在水平路面的起步加速能力,max,f,R,b,fa,a,g,L,f,h,汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),25,5.5,制動(dòng)性,1,制動(dòng)性的評(píng)價(jià),車輛制動(dòng)性能的評(píng)價(jià),制動(dòng)效能,制動(dòng)距離和制動(dòng)減速度,制動(dòng)效能的穩(wěn)定性,連續(xù)制動(dòng)時(shí)保持一定制動(dòng)效能的能力,制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性,不跑偏、不側(cè)滑、不失去轉(zhuǎn)向能力,汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),26,5.5,制動(dòng)性,制動(dòng)強(qiáng)度與制動(dòng)效率,

12、制動(dòng)強(qiáng)度定義為車輛制動(dòng)減速度與重力加速度的比值，是,制動(dòng)效能的評(píng)價(jià)指標(biāo),制動(dòng)時(shí)，前、后軸的制動(dòng)附著率分別定義為其制動(dòng)力與相,應(yīng)軸荷的比值,車輪將要抱死時(shí)的制動(dòng)強(qiáng)度與附著率之比定義為制動(dòng)效率,f,f,zf,bf,r,r,zr,br,E,z,f,zF,F,E,z,f,zF,F,f,bf,zf,r,br,zr,f,F,F,f,F,F,xb,z,a,g,汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),27,5.5,制動(dòng)性,2,直線制動(dòng)動(dòng)力學(xué)分析,車輛制動(dòng)時(shí)能得到的最大制動(dòng)強(qiáng)度等于路面附著系數(shù),為了在不同附著系數(shù)的路面上得到最好的制動(dòng)效果，需合理,的分配前后軸制動(dòng)力,理想制動(dòng)強(qiáng)度與前軸制動(dòng)力的關(guān)系,忽略坡度和空氣對(duì)軸荷的影響，有,b,

13、xb,zs,F,ma,F,z,max,xb,max,z,a,g,2,bf,z,2,2,F,b,b,L,z,h,h,F,h,汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),28,理想的前后制動(dòng)力分配關(guān)系,曲線形狀取決于車輛質(zhì)心位置和車輛裝載情況,5.5,制動(dòng)性,2,直線制動(dòng)動(dòng)力學(xué)分析,2,br,bf,bf,z,z,z,2,2,F,F,F,b,b,L,F,h,h,F,h,F,汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),29,后輪抱死時(shí)，在側(cè)向干擾力的作用下，前輪側(cè)向力將產(chǎn)生不穩(wěn)定力,矩，使車輛側(cè)偏角增加,5.5,制動(dòng)性,3,制動(dòng)穩(wěn)定性分析,前輪先于后輪抱死時(shí)，在側(cè)向干擾力的作用下，后輪側(cè)向力能產(chǎn)生,一個(gè)使車輛回正的穩(wěn)定力矩，使車輛側(cè)偏角減小。但車輛失去轉(zhuǎn)向,能力,汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),30,車輛在轉(zhuǎn)彎制動(dòng)時(shí)，輪胎必須提供足夠的縱向力和側(cè)向力,5.5,制動(dòng)性,4,轉(zhuǎn)彎制動(dòng)動(dòng)力學(xué)分析,直線制動(dòng)時(shí)的最佳制動(dòng)效能，轉(zhuǎn)彎時(shí)不一定能達(dá)到,當(dāng)轉(zhuǎn)彎加劇時(shí)，無(wú)車輪抱死的制動(dòng)減速度（制動(dòng)效率）將減小,汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),31,車輛轉(zhuǎn)彎制動(dòng)時(shí)的受力狀況,轉(zhuǎn)彎制動(dòng)時(shí)，車輛的縱向減速度、側(cè)向加速度和車身側(cè)傾都,會(huì)使各個(gè)輪胎的垂向載荷發(fā)生變化,5.5,制動(dòng)性,4,轉(zhuǎn)彎制動(dòng)動(dòng)力學(xué)分析,汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),32,轉(zhuǎn)彎制動(dòng)工況下各輪制動(dòng)效率的計(jì)算,根據(jù)車輛制動(dòng)力分配特性求出制動(dòng)管路壓力，計(jì)算每個(gè)車輪,的制動(dòng)力，進(jìn)而求出總制動(dòng)力,F,b