汽車動(dòng)力性計(jì)算

1、第二章第二章 汽車動(dòng)力性汽車動(dòng)力性汽車行駛時(shí)所需要的功率取決于行駛阻力： 當(dāng) 勻速 加速2-1 汽車行駛需要的功率和能量 )(aVFPP 驅(qū))(aVFPP 驅(qū)一、汽車的行駛阻力 1車輛阻力 2空氣阻力 3上坡（度）阻力 4加速阻力1車輪阻力車輪阻力 組成：1）滾動(dòng)阻力 2）路面阻力 3）輪胎側(cè)偏阻力 1）滾動(dòng)阻力 a. 變形阻力 b. 摩擦力 1）滾動(dòng)阻力 a. 變形阻力 b. 摩擦力 a. 變形阻力 輪胎在滾動(dòng)時(shí)，有兩種變形： 徑向變形 周向變形輪胎滾動(dòng)時(shí)的滯后損失。彈性輪胎在硬路面上的滾動(dòng)實(shí)質(zhì)，如下圖 滾動(dòng)阻力 ： 令 ，即滾動(dòng)阻力系數(shù).lFMzglFMrTgd21reFrMTZgazGZ

2、Fref b. 摩擦力 a) 胎面與路面的摩擦 b) 輪胎變形使外胎與內(nèi)胎，內(nèi)胎與 墊之間 c) 汽車振動(dòng)時(shí)，鋼板間及各活動(dòng)懸架之間2）路面阻力 a .柔軟路面 b. 積水路面3) 輪胎側(cè)偏阻力 當(dāng)Va=40km/h時(shí) 變形阻力：9095% 摩擦阻力：210% 影響滾動(dòng)阻力的因素： 1）車重：轉(zhuǎn)動(dòng) 輪胎變形 f 2）路面：路面塑性變形大 f 3）輪胎結(jié)構(gòu)：子干胎比普通胎 f 剛度好變形小 4）輪胎氣壓：氣壓 變形 f 但壞路f 5）車速： 當(dāng)Va50km/h fc 當(dāng)Va100 f Va150200 當(dāng)Va，振動(dòng)Hz，輪胎周向，側(cè)向扭曲變形2空氣阻力空氣阻力 定義定義：汽車在直線行駛時(shí)，空氣作

3、用力在行駛方向上的分力。1）組成組成：空氣阻力由表面阻力和壓力阻力組成。 表面阻力：空氣有粘度 壓力阻力：車外形狀 誘導(dǎo)阻力：空氣升力在水平方向投影 內(nèi)部阻力：流經(jīng)散熱器，發(fā)動(dòng)機(jī)，車箱的阻力 干擾阻力：表面突起物，車門把手，后視鏡底盤 其中，壓差和誘導(dǎo)阻力： 5090% （干擾在內(nèi)） 內(nèi)部阻力： 211% 表面阻力： 330%2）計(jì)算方法：計(jì)算方法： 空氣對(duì)物體的阻力與下列因素有關(guān)。 流速 U ： 對(duì)汽車來(lái)說(shuō)，相對(duì)速度V= VaVf 密度 ： 空氣密度，在一定條件下是常數(shù) 迎風(fēng)面積 A ：與車形有關(guān) 式中 為無(wú)因次的空氣阻力系數(shù)。202ACFDDC在一般動(dòng)力計(jì)算中，認(rèn)為空氣阻力作用在風(fēng)帆中心，

4、NAVCFDW15.212 式中：CD空氣阻力系數(shù)，實(shí)驗(yàn)得出； A迎面面積，汽車在行駛方向的投影，m2 ； V相對(duì)速度，km/h。 例： A 典型轎車 1.42.6 0.40.6 貨 車 37 0.81.0 大 客 車 47 0.60.73）影響空氣阻力因素 （1）車速： 與 V2成正比關(guān)系，而功率則與V3成正比關(guān)系 （2）A： 車型，H為好 （3）表面： 突出物及光潔程度 （4） ： 車身形狀（流線型好）DCDC 式中： 坡道角度 對(duì)公路來(lái)說(shuō)： i 很小 9% 故 由于坡道阻力及滾動(dòng)阻力與道路有關(guān)，所以通常以道路阻力代表兩者之和。 4加速阻力 定義：汽車加速時(shí)，需要克服其質(zhì)量加速時(shí)的慣性力。

5、 汽車質(zhì)量： 平移質(zhì)量 旋轉(zhuǎn)質(zhì)量 3坡度阻力：汽車重力沿坡道的分力。sin GFitgshitgsin gdtGdvFjtrIFjr/iGGGFfitgsin為了便于計(jì)算： 把旋轉(zhuǎn)質(zhì)量慣性力轉(zhuǎn)化為平移質(zhì)量慣性力，以系數(shù) 作為計(jì)入旋轉(zhuǎn)質(zhì)量后的“汽車質(zhì)量換算系數(shù)”。 即 （N）其中： 汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)（ 1）； G 汽車質(zhì)量，Kg； 行駛加速度，m/s2 。 主要與飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 傳動(dòng)系轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 有關(guān)dtdvmgGdtdvFj.dtdv202iiImRI20iIc 忽略傳動(dòng)系： 當(dāng)進(jìn)行動(dòng)力性初步計(jì)算時(shí)，若不知道準(zhǔn)確 ，可按下列經(jīng)驗(yàn)公式估算：mkmRriiImrIm2202211

6、1RmII 、2211ki05. 003. 021二、汽車行駛方程式 根據(jù)上述分析， 可得出汽車行駛方程式 或 1. 式中表明了各物理量之間的數(shù)量關(guān)系，可方便地進(jìn)行動(dòng)力分析。 2. 式中某量并不表示汽車外力： 質(zhì)心的 （總效應(yīng)） 3. 結(jié)論是正確的。 所需要的功率： jiftFFFFFdtdvGVACGriiMmiaDfdTks2015.21ftFF、dtdvdtdvmmaaaaaVVACVdtdvmVifGP215.21.)(三、循環(huán)行駛?cè)⒀h(huán)行駛 1幾種典型的行駛循環(huán) 例1：日本1975年排氣規(guī)定: 10人以下的轎車，25人以下的輕型車,按10工況熱循環(huán)試驗(yàn)：模擬起步、 停車多的市中心行

7、駛條件， =17.7km/h。 n工況冷循環(huán)試驗(yàn)：發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后還未走熱，汽車已起程，例如從郊區(qū)向市內(nèi)行駛， km/h。 2循環(huán)行駛的能量 平路無(wú)風(fēng)條件下： 其中，滾動(dòng)阻力部分消耗: 風(fēng)阻部分消耗： 加速阻力部分消耗： 以上就是循環(huán)行駛中功率和能量的關(guān)系。V5 .30VtdtPW0taaDdtVVACdtdvgGfGW0215.21.taRdtVGfW0taDdtVACWw0315.21tajdtVdtdvgGW02-2 汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 一、汽車動(dòng)力裝置的評(píng)價(jià)與選擇一、汽車動(dòng)力裝置的評(píng)價(jià)與選擇 1使用性能：特性曲線、操縱性、起動(dòng)性 2經(jīng)濟(jì)性：燃料消耗、泵位功率的成本 3對(duì)環(huán)境的影響

8、：排氣、噪聲、振動(dòng)二、活塞式內(nèi)燃機(jī)特性二、活塞式內(nèi)燃機(jī)特性 發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線：發(fā)動(dòng)機(jī)功率、轉(zhuǎn)矩、油耗與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系曲線。 當(dāng)節(jié)流閥全開(kāi)：發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線 當(dāng)節(jié)流閥部分開(kāi)：發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性曲線轉(zhuǎn)矩、功率和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系式： kw式中： 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，N.m； 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min。9549.nMPeMn注意：1發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠提供的特性曲線：在試驗(yàn)臺(tái)上無(wú)空濾、水泵、風(fēng)扇、消聲、發(fā)電機(jī)等件，若全帶上則稱為“使用特性曲線”。2臺(tái)架試驗(yàn)是在穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下測(cè)定P、M。實(shí)際上，發(fā)動(dòng)機(jī)熱工況，混合氣濃度與臺(tái)架不同。例如加速時(shí)，M比穩(wěn)定工況下降58%。但是1變工況的研究不多見(jiàn) 2數(shù)值相差不大所以，動(dòng)力性估算中

9、，仍用臺(tái)架使用外特性。所以，動(dòng)力性估算中，仍用臺(tái)架使用外特性。三、離合器和液力偶合器特性三、離合器和液力偶合器特性 特點(diǎn)： ，效率：滑轉(zhuǎn)率：功率損失： AEMMAEnnEAEEAAEAnnnMnMPP.1EAEnnnSEEPSP.)1 ( 1機(jī)械式離合器機(jī)械式離合器 主動(dòng)片：外特性一點(diǎn) 、 、 、 從動(dòng)片： ，當(dāng) 時(shí)， ， （ 接合完畢） 2液力偶合器液力偶合器 （主動(dòng)）泵輪： 其中： 是隨渦輪與泵輪轉(zhuǎn)速比變化的系數(shù)。 當(dāng) 一個(gè)工作點(diǎn) 當(dāng) 接合完畢 當(dāng) 為減少損失 盡量接近 ，一般 ccncMcPcAMMcAnn0SEAPP 22PPDKnMK0/PTnnMcnnPT/1/PTnn0KTnPn

10、PTnn98. 0四、變速器和液力變扭器特性變速器和液力變扭器特性 驅(qū)動(dòng)輪上理想的扭矩、功率特性。 在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都能使用最大功率。 特點(diǎn)：1）功率曲線平行于 軸 2）扭矩曲線是雙曲線效率： 功率損失： nEEAAEAnMnMPPEP)1 (1機(jī)械式變速器機(jī)械式變速器 固定速比： （ ） 例如：4檔變速器EAAEMMnni1與理想扭矩特性有空隙 a合理選速比 b多設(shè)檔位最高檔速比最高車速最低檔速比最大驅(qū)動(dòng)扭矩，汽車最低穩(wěn)定車速中間速比發(fā)動(dòng)機(jī)工作穩(wěn)定性aV 即在扭矩曲線 點(diǎn)右邊工作 發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工況條件 dVdmdVdMemaxM)(maxMnn 換檔時(shí)： 相鄰兩檔中，高檔在 立即換入低檔：低檔

11、應(yīng)在)(maxMnmaxn 設(shè)計(jì)時(shí)，高檔略高于 低檔略低于)(maxMnmaxn實(shí)際換檔，不考慮車速下降 即 令 如上所述 1010.2.2kdkkdkiirniirnVkkkknnii11kknnq1)(maxmaxMnnq 0 . 25 . 1maxq速比分配方法：速比分配方法： 1等比級(jí)數(shù)分配等比級(jí)數(shù)分配 車速與檔位關(guān)系： 速比等比級(jí)數(shù)分配圖如右：cq 342321.qiqiqiikdKiinrU0.2例題例題已知：CA10B 一檔 四檔求： 按等比級(jí)數(shù)分配的 、解： 故24.61i14i2i3iqiiiiii43322114i321iii232ii 331ii313ii 1i3212i

12、i 313ii 14i2）漸近式速比分配漸近式速比分配現(xiàn)代轎車使用車速范圍大，多采用漸進(jìn)式速比分配。以4檔變速為例： ； ； ；高速間速比值小于低擋間速比比值。cq 02143qqii12132qqii22121qqii2 . 11 . 12q 從下圖中可看出 在高檔 特性場(chǎng)中空隙低檔比高檔大 2液力變矩器液力變矩器 “自學(xué)”V2-3 動(dòng)力性分析動(dòng)力性分析一、驅(qū)動(dòng)力一、驅(qū)動(dòng)力行駛阻力平衡圖、動(dòng)力特性圖、功率平衡圖行駛阻力平衡圖、動(dòng)力特性圖、功率平衡圖 * 汽車行駛方程式： a）車速 km/h 式中： 車輪滾動(dòng)半徑，m； 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min。 b）半徑 自由半徑輪胎自由狀態(tài)下的半徑。 滾動(dòng)半

13、徑=滾動(dòng)圓周/ 動(dòng)態(tài)半徑：受扭矩時(shí)的 m 式中： 輪輞直徑，in； 輪胎寬度，in； 徑向變形系數(shù)：0.10.16。jwiftFFFFFdtdVmVACiGfGrniiMaadmks.45.21.2000377.0iinrVkarn 95. 0:97. 0:2自由半徑普通自由半徑子午)1.(20254.0bdrdbdc）傳動(dòng)效率 功率損失： 機(jī)械損失 液力損失 由實(shí)驗(yàn)得到1驅(qū)動(dòng)力車速圖： 各檔驅(qū)動(dòng)力與車速的關(guān)系。 驅(qū)動(dòng)力行駛阻力圖： 在上圖上再畫上行駛阻力曲線。2動(dòng)力特性圖：動(dòng)力因數(shù)車速關(guān)系曲線物理意義物理意義：?jiǎn)挝卉囍厮哂械暮髠潋?qū)動(dòng)力，標(biāo)志著汽車克服 、 、 能力，可用于比較不同重量、不同

14、空氣阻力的汽車。eTeTemPPPPP1mGFFDwtfFiFjF3功率平衡圖：驅(qū)動(dòng)功率、行駛阻力功率與車速的關(guān)系。 kwmstPP9549nMPs二、分析驅(qū)動(dòng)平衡圖可方便、形象地確定汽車最高車速、二、分析驅(qū)動(dòng)平衡圖可方便、形象地確定汽車最高車速、 加速性能和爬坡能力加速性能和爬坡能力 1最高車速最高車速 驅(qū)動(dòng)力曲線與總阻力曲線的交點(diǎn)wiftFFFF2汽車的爬坡能力汽車的爬坡能力 汽車爬坡能力指在良好路面上， 克服之后，剩余驅(qū)動(dòng)力全部用來(lái)爬坡所能爬上的坡度。wfFF 0dtdv)(wftiFFFF)(sinwftFFFGGFFFwft)(sinmaxcosfD3汽車的加速能力汽車的加速能力當(dāng)

15、可知，可求出 ，作出 圖。由于 需用儀器測(cè)定，一般常用加速時(shí)間評(píng)價(jià)汽車加速性能。例如：最高檔加速性能 15km/h 0.8 當(dāng)從但 與 的關(guān)系式不易確定，所以一般用圖解法.gfDgGFFFdtdvwft)(jVj jmaxVdtdvj1V2VtVVdvjdtT0211j1dv一、汽車行駛的驅(qū)動(dòng)一、汽車行駛的驅(qū)動(dòng)附著條件附著條件 才能加速行駛 1、驅(qū)動(dòng)條件第一條件 2、附著條件第二條件 附著力地面對(duì)輪胎切向反作用力極限值。 在硬路面上 其中 為附著系數(shù)。 對(duì)于后輪驅(qū)動(dòng)的汽車： 又 （附著條件） 綜合上述，汽車驅(qū)動(dòng)附著條件：2-4 行駛附著條件行駛附著條件)(.iwftfFFFdtdvmiwftF

16、FFF.maxZXFFF22ZftXFMMF)(2fFFZt0f2ZtFFZtwifFFFFF二、車輪法向反作用力二、車輪法向反作用力汽車的附著力取決于法向反作用力和附著系數(shù)，其中附著系數(shù)在第四章介紹這里僅介紹車輪法向反作用力。1.靜態(tài)法向反力前軸：后軸：2慣性力引起的法向反力前軸：后軸：LLGFZ210LLGFZ120lhdtdvmFdZ1lhdtdvmFdZ2021dZdZFF3空氣阻力引起的法向反力 前軸： 后軸：4升力引起的法向反力 前軸： 后軸： 其中 、 為前后軸升力。 綜合上述，汽車行駛前后軸的反力 分別為：LhFFwwwZ1LhFFwwwZ2ssZFF11ssZFF22sF 1sF 2swwaZswwaZFLhFLhdtdvmLLGFFLhFLhdtdvmLLGF212121三、附著條件限制的加速能力三、附著條件限制的加速能力條件：低速檔加速能力 （ 最大）1 及 忽略2 忽略旋轉(zhuǎn)慣性力矩前驅(qū)動(dòng)其中 極限值 故 同理，后驅(qū)動(dòng)：全驅(qū)動(dòng)： xX2wFsFiFXmFXmFFffX 22111ZXFFLhdtdvmLLGFaZ21dtdvgGFLhdtdvmLLGfa22ghfLLLfd