汽車理論知識

1、第三章 汽車理論知識學習要點知識點1.能正確描述發(fā)動機的有效性能指標2.能簡單敘述發(fā)動機換氣過程與燃燒過程3.能正確敘述汽車的行駛阻力4.能正確敘述汽車燃料經濟性指標5.能正確敘述汽車跑偏與汽車側滑的原因技術點1.會計算發(fā)動機的有效功率2.會分析汽油機負荷特性曲線3.會分析汽車燃料經濟性評價指標4.會分析汽車制動性評價指標3.1 發(fā)動機工作過程和性能 發(fā)動機是汽車的動力源，是將某一種形式的能量轉化為機械能的機器。汽車發(fā)動機的作用是將燃料燃燒產生的熱能轉變成機械能，對外輸出動力。 在發(fā)動機的工作過程中，能量的轉換時通過氣缸內氣體的壓力、溫度的變化來實現(xiàn)的。在工程熱力學中，把實現(xiàn)熱能與機械相互轉化

2、的工作物質稱為工質，工質可以是燃料、空氣、或者是兩者相混合的混合氣體。3.1.1 發(fā)動機的實際循環(huán) 1.實際循環(huán) 四沖程發(fā)動機是由曲軸旋轉兩圈完成一個工作循環(huán)，分為進氣、壓縮、燃燒、膨脹、排氣的五個過程。每一循環(huán)都從吸入新鮮氣體，經過壓縮、燃燒釋放出熱量，膨脹推動活塞作功，排出廢氣，再進行下一次循環(huán)。 通常將工質在氣缸中的實際工作情況用氣體壓力P隨氣缸工作容積V而變化的圖形表示，稱為示功圖（P-V圖），當進行了一個工作循環(huán)時，則的P-V圖上表示出一根封閉的曲線。（1）進氣過程（ra線） 進氣門開啟，排氣門關閉。隨著活塞由上止點向下止點移動，首先是上一循環(huán)留在氣缸中的殘余廢氣（其壓力Pr高于大氣

3、壓力Po）膨脹，壓力由排氣終了壓力Pr降至Pr¡®（Pr¡®低于大氣壓力Po），然后新鮮氣體被吸入氣缸。 （2）壓縮過程（ac線） 進排氣門均關閉，活塞由下止點向上止點移動，缸內工質被壓縮，溫度和壓力上升。壓縮過程的作用是增大工作循環(huán)的溫度差，以獲得最大的膨脹比，提高熱功轉換效率，為迅速完成燃燒創(chuàng)造條件，且壓縮后氣體的高溫是保證柴油機燃料著火的必要條件。（3）燃燒過程（cz線） 此時進排氣門均關閉，活塞位于上止點附近。燃燒過程的作用是將燃料的化學能轉變?yōu)闊崮?，使工質的壓力、溫度升高。放熱能越多，放熱能時越靠近上止點，熱效率越高。因此，要求燃燒過程正常、完

4、全、及時。（4）膨脹過程(zb線) 進排氣門仍關閉，高溫、高壓氣體在氣缸內膨脹，推動活塞由上止點向下止點移動，氣體容積不斷增大，壓力與溫度均降低。燃燒氣體所積聚的內能，在膨脹過程中被轉變?yōu)闄C械功。（5）排氣過程（br線） 進氣門關閉，排氣門在b點開始開啟,廢氣迅速排出.當活塞由下止點向上止點移動時，繼續(xù)將廢氣排出缸外。2.循環(huán)的指標功 圖3-1-1或圖3-1-2中的封閉曲線分別構成了兩個封閉面積。bczbb表示發(fā)動機內工質對活塞做功，是正功，成為循環(huán)的指示功。而下部封閉面積brab是進、排氣過程消耗的能量，是負功，或成為泵氣損失。因此，通過一次循環(huán)發(fā)動機所做的有用功應當是上部陰影面積bczbb

5、與下部面積brab之差。如果泵氣損失包括在發(fā)動機的機械損失內，可以只用陰影部分表示指示功。3.實際循環(huán)的熱效率 燃料在發(fā)動機中燃料所放出的熱量，一般只有25%-40%轉化為有效功，其余的熱量則以各種不同形式耗散。因此，在整個實際循環(huán)中，工質燃燒放出的熱量Q不可能全部轉換為指示功。所以，發(fā)動機實際循環(huán)的熱效率總是小于1。發(fā)動機實際循環(huán)的熱效率： i=Wi/Q 式中：Wi發(fā)動機工作循環(huán)的指示功，kJ； Q為得到指示功Wi所消耗的燃料的熱量，kJ。 上述熱效率稱為指示熱效率。 實際情況表明，發(fā)動機的熱效率是不高的，它的大致范圍是：汽油機，柴油機。3.1.2 發(fā)動機的有效性能指標 發(fā)動機的性能指標包括

6、指示性能指標和有效性能指標。發(fā)動機的指標性能指標是以工質對活塞作功為基礎建立的，用來評定工作優(yōu)劣的指標。發(fā)動機有效性能指標是以曲軸輸出的凈功率為基礎建立的指標，用以評定整個發(fā)動機的性能。有效性能指標包括有效功率Pe（kW）、轉矩Te（N·m）、平均有效壓力Pe（kPa）、有效耗油率ge(g/kw·h)、標定指標。3.2 發(fā)動機特性 發(fā)動機性能指標隨調整情況和使用工況而變化的關系，稱為發(fā)動機特性，通常用曲線表示，稱為特性曲線。其中，發(fā)動機性能指標隨調整情況而變化的關系，稱為調整特性，例如汽油機的燃料調J整特性、點火提前角調整特性、柴油機噴油提前角調整特性等；性能指標隨使用工況

7、而變化的關系，稱為使用特性，如速度特性、負荷特性等。通過分析特性曲線表示，重點講述發(fā)動機的使用特性（速度特性、負荷特性）。3.2.1 汽油機特性1.汽油機速度特性 研究汽油機速度特性的目的在于找出汽油機在不同的轉速情況下，節(jié)氣門全開及部分開啟情況下，其動力性和經濟性的變化規(guī)律，確定發(fā)動機的最大功率Pemax，最大轉矩Temax和最小燃料消耗率gemin時的轉速，從而可以確定汽油機在不同的行駛工況處于的最有利的轉速范圍。節(jié)氣門開度保持不變，發(fā)動機有效功率Pe、轉矩Te、燃料消耗率ge、隨發(fā)動機轉速n變化的關系叫做發(fā)動機的速度特性。表示這一關系的曲線，稱為速度特性曲線。節(jié)氣門全開的速度特性叫外特性

8、。節(jié)氣門在部分開度下測得的速度特性，稱為部分速度特性，外特性代表了發(fā)動機所能達到的最高動力性和經濟性，是發(fā)動機的重要特性。發(fā)動機作外特性實驗時，不裝風扇、空氣濾清器、散熱器、消聲器、空壓機等。如果裝上附件所作出的特性叫使用外特性。（1）外特性曲線分析 圖3-2-1所示為BJ492汽油機的外特性曲線。（2）汽油機的工作范圍和轉矩儲備系數 發(fā)動機的工作范圍是指在汽車穩(wěn)定行駛時，發(fā)動機的轉速范圍。就是說，在nm到nB區(qū)間，節(jié)氣門保持某一開度不變，發(fā)動機有能力“自動”調節(jié)轉矩來適應汽車外界阻力的變化，不需要駕駛員頻繁地改節(jié)氣門開度或換擋。 汽車的行駛阻力總是在不斷變化的。為了表示汽車發(fā)動機在節(jié)氣門全開

9、情況下對外界阻力矩的適應能力，常用轉矩儲備系數作為發(fā)動機克服外界阻力能力的評價指標： =（Temax-TB）/TB100% 式中：Temax最大轉矩； TB標定工況下的轉矩。 Temax愈大，TB愈小，則愈大，汽車對外界阻力的適應能力愈強。 對于載貨汽車，它對各種道路條件的適應性要求高，因此應選用轉矩儲備系數較大和nM的數值較低的轉矩特性。市內公共汽車對加速性能要求高，要求較大的轉矩儲備系數。對于中、高級轎車，需要增大高轉速下的轉矩，以提高在高車速下的超車能力，因此最大轉矩Temax應出現(xiàn)在較高轉速下。2汽油機負荷特性 發(fā)動機工作時，若轉速保持一定，其經濟性指標隨負荷而變化的關系稱為負荷特性。

10、（1）汽油機負荷特性 當點火提前角調整為最佳，汽油機保持在某一轉速下工作時，逐漸改變節(jié)氣門開度以適應外界負荷，每小時耗油量GT和耗油率ge隨功率Pe（或Me、Pe）而變化的關系，稱為汽油機負荷特性。汽油機的負荷調節(jié)是靠改變節(jié)氣門開度，從而改變進入氣缸的混合氣數量來適應負荷的變化（稱為量調節(jié)），負荷特性又節(jié)流特性。圖3-2-2所示為6100Q型車用汽油機在某一轉速下的負荷特性。1）GT曲線 當汽油機轉速一定時，每小時燃料消耗量GT主要取決于節(jié)氣門開度和混合氣成分。節(jié)氣門開度由小逐漸加大時，充入氣缸的混合氣量逐漸增加，GT隨之上升；當節(jié)氣門開度增大到約為全開時的80%以后，加濃裝置開始工作，混合氣

11、變濃，GT上升的速度加快，曲線變陡。GT是遞增曲線。2）ge曲線 油耗率曲線ge與GT曲線不同，存在一個最小值。當發(fā)動機怠速運轉時，機械效率m=0，功率完全用于克服發(fā)動機自身的摩擦損失，油耗率可以認為是無限大。隨著負荷增加，泵氣損失所占的比例減小，機械損失所占的比例也相應減小，因此使ge逐漸減小。當節(jié)氣門開度接近全負荷時，由于化油器的省油器加入工作，混合氣加濃，提高了有效功率，使燃燒不完全正確，ge曲線愈平坦愈好，這樣在各種負荷條件下，發(fā)動機的經濟性才不會差別太大。 3.2.2 柴油機特性 1柴油機速度特性 當柴油機的油量調節(jié)機構位置保持不變，柴油機的有效指標Pe、Te、ge、GT，隨轉速n的

12、變化關系稱為柴油機速度特性。當油量調節(jié)機構固定在標定功率的供油量位置時，稱為外特性。固定在小于標定功率供油量的任何位置的速度特性稱為部分速度特性。東風EQ6102-1型柴油機外特性曲線如圖3-2-3所示。 柴油機的轉矩曲線Te都比汽油機平坦，轉矩儲備系數較小，為5%-10%，柴油機對外界阻力變化的適應性較差，將使換檔次數增多。因此在一些車用柴油機的調速器內裝有校正彈簧（轉矩校正器），能在負荷增大、轉速下降時，使供油量自動增加，以提高轉矩。采取這樣的措施后，轉矩儲備系數可提高到15%-20%。功率Pe曲線：由于不同轉速時Te變化不大，在一定轉速范圍內，Pe幾乎隨轉速n上升成正比的增加。耗油率ge

13、曲線：柴油機外特性的ge，變化趨勢與汽油機相似，也是一凹形曲線，由于v隨轉速n的變化比較平坦，使ge曲線凹度較?。挥捎诖酥碌膲嚎s比高，其最低耗油率比汽油機的20%-30%。2柴油機調速特性 柴油機在運轉中保持轉速穩(wěn)定是非常重要的，而只有當柴油機發(fā)出的轉矩與外界阻力矩相平衡時，才能保持穩(wěn)定運轉。由上節(jié)中知柴油機全負荷速度特性的轉矩Te=f(n)曲線比較平坦，柴油機運行時，如果保持油量節(jié)氣機構位置不變，柴油機發(fā)出的轉矩就按速度特性變化，當外界阻力矩R變化時，將引起轉速大的變化。阻力矩由R1增大到R2時，柴油機轉速將從n1降到n2，由于轉速急變，使運轉極不穩(wěn)定。要使轉速穩(wěn)定，就必須人為的控制供油量來

14、適應外界負荷變化，這不僅使駕駛員疲勞，而且恢復穩(wěn)定較慢。汽油機則不同，當R增大時，轉速變化較小，能自動的發(fā)出較大的矩克服阻力矩，具有自動保持穩(wěn)定運轉的能力。由此可見，柴油機的工作穩(wěn)定性較差。另一方面，當柴油機突然卸去負荷時，由于Me曲線平坦，轉速急劇上升，循環(huán)供油量隨n上升而增加，進一步使轉速上升直至超過標定轉速，使發(fā)動機失去控制發(fā)生飛車事故，造成機件損失。汽油機的轉矩特性決定了其超速不會過大，且運動件輕巧，短時超速危害不大。因此柴油機上必須設置防止超速的裝置。發(fā)動機的怠速運轉工況是很頻繁的，如起動、暖車、中途停車等。由于結構特點不同，柴油機在怠速運轉時極不穩(wěn)定，易熄火。汽油機的怠速較穩(wěn)定。所

15、以柴油機需設置保證怠速穩(wěn)定的裝置。 綜上所述，為保證柴油機的工作穩(wěn)定性、防止 高速飛車和怠速熄火，必須裝置調速器。調速器可根據負荷變化，自動調節(jié)噴油泵供油量，使柴油機在一定轉速范圍內穩(wěn)定運轉。調速器有全程式和兩極式兩種。調速特性是指調速器起作用時，柴油機性能指標Me、Pe、Ge、GT等隨轉速或負荷變化的規(guī)律。3.柴油機負荷特性 圖3-2-5中GT是每小時的燃料消耗量，由每循環(huán)供油量g所決定。當轉速一定時，負荷增加，供油量相應增加。因此隨著輸出功率的增加，GT曲線是呈上升趨勢的。 3.3 汽車的動力性 汽車的動力性是汽車各種性能中最基本、最重要的一種性能，它直接影響汽車的平均技術速度。汽車行駛的

16、平均速度越高，汽車的運輸生產率越高，所以要提高汽車運輸生產率，首先要提高汽車的動力性。 3.3.1 車的動力性評價指標 汽車的平均行駛速度是汽車動力性的總指標。汽車的動力性主要可由三方面的指標來評定，即最高車速、加速性能和上坡性能。（1）汽車的最高速度（V amax） 最高車速是指汽車滿載在平直良好路面（混凝土和瀝清）上所能達到最高行駛速度。對于長途運輸車輛的平均行駛速度的影響較大。（2）汽車的加速能力 汽車加速能力是指汽車在各種使用條件下迅速增加行駛的能力。它對于市區(qū)車輛的平均行駛速度有很大影響，特別是轎車對加速時間成尤為重視。加速能力在理論分析中用加速度j來評定，而在實際試驗中常采用下面二

17、種方法評定。 1）最高檔和次高檔加速性能 也稱超車加速性能，它是汽車用最高檔或次高檔由某一預定的中速全力加速至另一預定高速時經過的時間或距離來評定。 2）起步連續(xù)換檔加速性能 也稱原地起步加速性能。它是汽車以起步檔起步，并以最大的加速度且選擇恰當的換檔時刻逐步換至最高檔后，加速到某一高速（80%V amax上以）所需時間與距離來評定。（3）汽車的上坡能力 汽車的上坡能力對于在山區(qū)行駛車輛的平均行駛速度有很大影響，通常用最大爬坡度來評定。最大爬坡坡度imax是指汽車滿載時用變速最低檔位在良好路面上等速行駛所能克服的最大道路縱向坡度。在坡度不長的道路上，利用汽車加速慣性能通過的坡度稱極限爬坡度。在

18、各車型中，越野車的imax最大，貨車次之，轎車一般不強調爬坡度。3.3.2 汽車的驅動力 要確定汽車動力性指標，首先必須對汽車的受力情況進行分析。因為汽車沿行駛方向的各種運動狀況，是由作用于汽車行駛方向的各種外力作用的結果。作用在汽車行駛方向的外力有汽車的驅動力和行駛阻力。 1、汽車驅動力的產生 汽車發(fā)動機產生的轉矩Te，經過汽車傳動系傳到驅動輪上，此時作用于驅動輪上的轉矩Tt便產生一個對地面的圓周力F，根據作用力與反作用力原理，地面也對驅動輪一個反作用力Ft，F(xiàn)t即是驅動汽車的外力并稱之為汽車的驅動力，如圖3-3-1，其數值大小為： Ft=Tt /r N 式中：Tt作用于驅動輪上的轉矩，N&

19、#183;m； r車輪半徑，m。 若發(fā)動機輸出的有效轉矩為Te，變速器的傳動比為ig ，主減速器傳動比為io，傳動系的效率為nT，則在驅動輪上得到的轉矩Tt為:Ft = Tei gi onT 對于裝有分動、輪邊減速器和液力傳動等裝置的汽車，上式應計入相應的傳動比和機械效率。 Ft = Tei gi onT /r N 由上式可知，汽車的驅動力與發(fā)動機的轉矩、傳動系的各傳動比及傳動系的機械效率成正比，與車輪半徑成反比。驅動力F隨發(fā)動機的轉矩T的增大而增大，當發(fā)動機的轉矩達到最大轉矩時，驅動力也達到最大驅動力，即 Ftmax=Temaxigio nT /r2.附著力和附著系數 由上可知驅動力Ft與發(fā)

20、動機轉矩Te成正比。但實際上Ft不能隨Te無限制地增長，驅動力的極限值還受到輪胎與路面的附著情況的影響。在容易打滑的路面上，即使加大節(jié)氣門開度，開始也會出現(xiàn)驅動力過小，車輪打滑，汽車不能前進的現(xiàn)象。地面對輪胎的切向反作用力的極限值稱為附著力F，地面給驅動輪提供的驅動力的最大值受到附著力的限制，就是說 Ft F 根據試驗，在硬路面上附著力大小與驅動輪法向反作用力Z成正比。 F=Z 叫做車輪與路面間的附著系數。附著系數值與輪胎的花紋、胎壓、路面類型、路面干濕狀況以及行駛車速等有關。輪胎氣壓愈低，輪胎與地面的接觸面積愈大，因此附著系數值提高。3.驅動力圖（1）如果驅動輪不滑轉，在某一檔位下，發(fā)動機輸

21、出一定的轉矩和轉速，就會使汽車得到相應的驅動力和行駛速度。在發(fā)動機使用外特性曲線上確定一個轉矩點（Te、ne）就可以計算出對應的驅動力和車速點(Ft、va)。根據與Te對應的發(fā)動機轉速ne，可計算得到相應的汽車行駛速度。使用同一檔位的若干個汽車驅動力行駛速度點，可以作出該檔的驅動力曲線圖，各檔的驅動力曲線組成了汽車的驅動力圖。（2）汽車的驅動力圖 表示汽車驅動力與車速之間函數關系的曲線，即F-V。曲線，稱為汽車的驅動力圖。它直觀地顯示了驅動力隨車速變化的規(guī)律。對應于不同的檔位，有不同的驅動力曲線。在發(fā)動機使用外特性曲線，傳動系傳動比、傳動系效率、車輪半徑等參數已知或確定后，可作出汽車的驅動力圖

22、，如圖所示。3.3.3 汽車的行駛阻力 汽車在水平道路上等速行駛時必須克服來自地面的滾動阻力Ff和來自空氣的空氣阻力FW。當汽車在坡道上上坡行駛時，還必須克服重力滑沿坡道的分力Fi，稱為坡度阻力。汽車加速行駛時還需要克服其慣性力Fj，稱為加速阻力。因此汽車行駛的總阻力為： F=Ff+FW+Fi+Fj 上述諸阻力中滾動阻力和空氣阻力是在任何行駛條件下均存在的。坡度阻力和加速阻力僅在一定行駛條件下存在。在水平道路上等速行駛時就沒有加速阻力和坡度阻力。1滾動阻力 滾動阻力是指汽車車輪滾動時，主要由于輪胎和地面變形造成的阻礙運動的力。圖3-3-3表示出汽車滑行時滾動阻力的位置和方向。汽車行駛時，滾動阻

23、力的產生原因如下：（1）道路塑性變形損失 車輪滾動時會推移土壤，輪胎與路面之間產生摩擦，封受擠壓產生塑性變形等都要消耗一定的能量。（2）輪胎彈性遲滯損失 汽車行駛時，使輪胎在徑向、切向及側向都會產生變形，并處于變形、恢復的循環(huán)中，其中有一部分能量要消耗在輪胎組織的內摩擦上，稱為彈性遲滯損失，使輪胎發(fā)熱，并向大氣散發(fā)出熱量。（3）其它損失 汽車行駛時還包括從動輪軸承、油封處的損失，懸架零件間的摩擦和減振器內的損失等。 綜上所述，滾動阻力是當車輪在路面上滾動時，由于兩者相互作用而產生相應變形所產生的能量損失的總稱。 汽車在松軟路面上行駛時，滾動阻力主要是由路面變形引起的； 汽車在硬路面上行駛時，滾

24、動阻力主要是由輪胎變形引起的。 汽車總質量愈大，汽車要克服的滾動阻力愈大。設汽車的滾動阻力為Ff（N），車重為G（N），則在平路上的關系式為： Ff=fG(N)式中：f滾動阻力系數。它表示單位車重受到的滾動阻力。 汽車在坡道角為a的坡道上，車重給路面的正壓力變?yōu)镚·cosa。坡道滾動阻力 Ff=fG·cosa 滾動阻力系數f值由輪胎的結構參數和道路的性質所決定。輪胎氣壓愈高，道路愈平整、堅實，滾動阻力系數f值愈小。滾動阻力系數還受車速的影響，當車速小于50km/h，f值變化不大，可以認為是常數。當車速大于50km/h，在良好路面上轎車可用下式估算其滾動阻力系數： F=f50

25、1+0.01(va50) 載貨汽車可用下式估算其滾動阻力系數： F=f50+0.000056va 式中：va車速，km/h f50車速小于50km/h的滾動阻力系數。 在車速較低時，滾動阻力構成了汽車行駛阻力的主要部分。當彎道行駛時，輪胎發(fā)生側偏現(xiàn)象，滾動阻力會有較多的增加。2.空氣阻力 汽車行駛時受到空氣作用力在行駛方向上的分力，稱為空氣阻力?？諝饩哂幸欢ǖ恼扯?，會與行駛的車身產生摩擦阻力；另一方面，當汽車行駛時，會擠壓前部的空氣，并在汽車后面會形成一定程度的真空，產生渦流。圖3-3-4表示汽車受到的空氣壓力和空氣摩擦力的情況。圖3-3-5表示汽車行駛引起空氣擾動和渦流的情況。 通過大量的試

26、驗研究得出：在不太高的車速范圍內，空氣阻力FW與迎風面積A、空氣阻力系數CD，空氣相對于汽車的速度v有下列關系： FW=CDAV2/21.15 N 式中： v空氣相對于汽車的速度，當風速為0時，就是車速km/h； A迎風面積，即汽車行駛方向的投影面積，m2； CD空氣阻力系數。 空氣阻力與車速的平方成正比，車速提高一倍，空氣阻力提搞到四倍。在高速行車時，發(fā)動機的大部分功率都消耗在克服空氣阻力上。而當車速小于30km/h時，空氣阻力甚至可以略去不計。汽車的外形對空氣阻力產生很大的影響。圖3-3-6示出各種外形的汽車的空氣阻力的比較。 駕駛員在使用中應注意不要隨意增加破壞車身流線形的機件。貨物裝載

27、時盡可能使外形平滑過渡。使用篷布覆蓋有助于減小空氣阻力系數。 3.坡度阻力 當汽車上坡行駛時，汽車重力在平行于路面方面的分力，稱為汽車的坡度阻力，用Fi表示，如圖3-3-7所示。 Fi與汽車重力及坡度角的關系為 Fi=Gsin N 道路坡度常用坡高與底長之比的百分數來表示。即 i=h/s×100%=tg 當a10º50º時，可認為 sintgi 故FiGi4.加速阻力 當汽車加速行駛時，需要克服其質量加速運動時的慣性力，就是加速阻力Fj。為便于計算，通常把汽車的質量分為平移質量和旋轉質量兩部分。加速時不僅平移的質量產生慣性力，旋轉的質量還要產生慣性力偶矩。為便于計

28、算，一般把旋轉質量的慣性力偶矩轉化為平移質量的慣性力，并以系數。作為計入旋轉質量慣性力偶矩后的汽車質量換算系數，因而汽車加速阻力Fj可寫成 Fj= G/g·dv/dt N 式中： 汽車旋轉質量旋轉換算系數，（1） G汽車重量，N g重力加速度，m/s2； dv/dt行駛加速度，m/s2。 主要與飛輪的轉動慣量、車輪的轉動慣量以及傳動系的傳動比關。3.3.4 汽車行駛的驅動附著條件 當汽車行駛過程中，受到各種行駛阻力的作用。因此，為保證汽車的正常行駛，必須有一定的驅動力，以克服各種行駛阻力。表示汽車驅動力與行駛阻力之間關系的等式，稱為汽車的驅動力平衡方程，即 Ft=Ff+FW+Fi+F

29、j 上式說明了汽車行駛中驅動力與各行駛阻力的平衡關系，其平衡關系不同，則汽車的運動狀態(tài)不同。 若Fj=Ft-(Ff+FW+Fi )>0，即Ft> Ff+FW+Fi時，汽車將加速行駛。 若Fj=Ft-(Ff+FW+Fi )=0，即Ft= Ff+FW+Fi時，汽車將等速行駛。 若Fj=Ft-(Ff+FW+Fi )<0，即Ft< Ff+FW+Fi時，汽車將無法起步或減速行駛直至停車。所以汽車行駛的一個條件為 FtFf+FW+Fi被稱為汽車的驅動條件，但還不是汽車行駛的充分條件。隨著行駛阻力的增加，開大節(jié)氣門，地面會產較大的驅動力Ft，但Ftmax可能受到車輪與地面附著力F的限

30、制，即 F tmaxF=G 式中：G驅動輪上的垂直作用載荷。 當驅動力Ft增加到F時，就達到Ft的最大值。這時即使發(fā)動機可能產生更大的轉矩，但車輪產生“打滑”，發(fā)動機更大的轉矩發(fā)揮不來，車輪得到的驅動力也就不再增加了。上式是汽車行駛必須滿足的第二個條件附著條件。將汽車的驅動條件與附著條件聯(lián)系，則得 Ff+FW+FiFfF 這就是汽車行駛的必要和充分條件，稱為汽車行駛的驅動附著條件。3.4 汽車的燃料經濟性 汽車的燃料經濟是汽車的主要使用性能之一。它是指汽車以最小的燃料消耗完成單位運輸工作的能力，常用汽車行駛100km(L/100km)所消耗的燃料量來評價。 由于汽車的燃料消耗量與發(fā)動機類型、結

31、構設計、制造工藝水平、調整狀態(tài)、燃油品質、道路條件及交通狀況、氣候、駕駛技術等同許多種因素有關。因此，燃料經濟性指標值要根據道路試驗或室內臺試驗結果來評定，也可以通過理論分析進行估算。 3.4.1 汽車燃料經濟性指標 汽車燃料經濟性指標有評價指標，運行燃料消耗指標，考核指標等三大類。 1評價指標 評價指標用來評價各車型的燃料經濟性。在我國通常用汽車行駛100km所消耗的燃料升數即L/100km作為計量單位，記作Qs。注：對使用說明書所列燃料消耗量指標，難以互相比較燃料經濟性的好壞。2.運行燃料消耗量指標 汽車在使用中，其燃料經濟性指標是運行燃料消耗量指標。它是運輸企業(yè)根據國家，地區(qū)或企業(yè)標準給

32、駕駛員下達的完成某一運輸生產任務所用燃料量的控制指標。3.考核指標 汽車制造廠或改裝廠的車型燃料消耗量考核指標。 汽車制造廠或改裝廠生產的某車型燃料消耗量考核指標是比燃料消耗量q。3.4.2 提高汽車燃料經濟性能措施1使用技術方面 對于一定的車型而言，一般通過改善汽車的技術狀況，提高駕駛員的操作技術水平來降低燃料的耗量，提高汽車的燃料經濟性。（1）保持汽車良好的滑行性能 保持汽車良好的滑行性能，則底盤消耗的功就少，燃料消耗必然下降，這就可保持汽車具有良好的燃料經濟性。反之，若傳動系齒輪嚙合間隙過小，軸承、油封過緊，前輪定位失準，輪胎氣壓，蹄、鼓間隙過小等，都會使滑行性能下降，行駛阻力增加，燃料

33、經濟性變化。（2）保持發(fā)動機良好的技術狀況 發(fā)動機技術狀況良好，不僅使汽車具有良好動力性，同時也具有良好的燃料經濟性。 1）定期檢查并保持足夠高的氣缸壓縮壓力。若氣缸壓力不足不僅使發(fā)動機動力性下降，也使燃料速度減慢，致使燃料速度減慢，致使燃料經濟性下降。 2）保持發(fā)動機正常工作溫度。發(fā)動機水溫為80-90時，燃料消耗率最低。轉矩和功率最高。 3）保持點火系的良好技術狀況。保證足夠的電火花能量、 適合的點火時刻、真空自動提前及離心自動提前裝置的正常工作、高速不斷火等，均有利于提高燃料經濟性。（3）提高駕駛技術 良好的駕駛技術可以大大降低汽車的燃料消耗量。不同技術水平的駕駛員在相同使用條件下駕駛同

34、一類型的汽車，其燃料消耗量可相差20%-40%。欲降低燃料消耗量，除合理起動、預熱、起步及行駛中要緩加速保持正常的冷卻水溫度、安全、合理的使用制動外，在檔位選擇及車速控制方面常采用以下方法。 1）在良好的路面上，汽車在一定車速范圍內，既可以用最高檔行駛，也可用次高檔行駛，應選用最高檔行駛。 2）汽車以接近各種檔位的經濟車速行駛： 汽車滿載用最高檔在平直良好的路面上，以某一車速Vaj等速行駛的百公里燃料消耗的升數Qs最少，Vaj稱為技術經濟車速。 3）在良好道路上，采用加速滑行技術： 汽車在高檔上加速至較高的車速后，脫檔滑行至較低的車速，再掛該檔加速，這種加速與脫檔滑行交替的駕駛方法，稱為加速滑

35、行法。 4）合理采用拖掛運輸方式，提高發(fā)動機負荷率，降低燃料消耗率，提高燃料經濟性。 2.結構設計方面（1）合理選用汽車發(fā)動機 1）選用功率適當的發(fā)動機 在轉速一定的條件下，負荷率較高時，汽車在加濃裝置起作用之前，有效燃料消耗率較低，發(fā)動機在中等轉速較高負荷率下工作時，其燃料經濟性較好。選用發(fā)動機功率過大，則負荷率下降，燃料經濟性變差；過小，則影響汽車的功力性。 2）擴大選用柴油機的范圍 柴油機比汽油機熱效率高，特別是在部分負荷時柴油機的有效燃料消耗率較低。這一點對車用發(fā)動車尤為有利。目前柴油機的燃料消耗率比汽油機平均約低20%-45%，且柴油機價格較低，發(fā)動機排污較少。因此，目前擴大選用柴油

36、機已成為汽車的發(fā)展方向之一。（2）優(yōu)化發(fā)動機結構 1）提高壓縮比是提高汽車機燃料經濟性的主要措施。 2）采用直噴式發(fā)動機和稀薄混合氣的分層燃燒，以改善混合氣的形成、分配和燃燒過程。 3）應用計算機技術實現(xiàn)對汽車發(fā)動機適時控制，是提高汽車燃料經濟性及動力性的有效措施。（3）用強制怠速節(jié)油裝置（4）采用閉缸技術 閉缸技術常采用關閉進、排氣門的方法使氣缸停止工作。它不但可以提高負荷率，而且可以減少泵氣損失和驅動氣門機構的功率損失，節(jié)省燃料效果明顯。（5）采用超速檔 變速器設置超速檔的主要目的是節(jié)油，所以超速檔又稱經濟檔。（6）減輕汽車整備質量 汽車的滾動阻力、上坡阻力和加速阻力均與汽車總質量成正比。

37、減輕汽車整車質量可使汽車總質量下降，阻力功率減少，使燃料消耗下降。（7）提高汽車外形流線型程度 改善汽車的外形，使空氣阻力系數CD值減少，可以減少中高速行駛的空氣阻力，降低空氣阻力功率消耗，使燃料消耗下降.（8）采用子午線輪胎 由于子午線輪胎的特別結構，使其滾動阻力系數較普通斜交輪胎減少，而且越是高速差別越大，其節(jié)省燃料可達6%-8%，節(jié)省燃料效果明顯。 3.5 汽車的制動性 汽車行駛時能在短距離內停車且維持行駛方向穩(wěn)定性和在長坡時能維持一定車速的能力，稱為汽車的制動性。制動性的好壞直接影響行車安全。制動性的評價指標及制動時的車輪受力 1.制動性評價指標（1）制動效能，即制動距離與制動減速度；

38、（2）制動效能的恒定性，即抗熱衰退性能；（3）制動時汽車的方向穩(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。 制動效能是指在良好路面上，汽車以一定初速度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評價指標。 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，稱為抗熱衰退性能。2.制動時車輪的受力 行駛中的汽車要降低車速或停車，必須受到與行駛方向相反的外力作用。這個外力只能由地面和空氣提供。但由于空氣阻力相對較小，所以實際上外力主要是由地面提供的，稱之為地面制動力。地面制動力越大，制動減速度越大，制動距離也越短，所以地面制動力對汽車制動性具有決定性影響。（1）地面制

39、動力 圖3-5-1畫出了在良好的硬路面上制動時車輪的受力情況。圖中滾動阻力偶矩和減速時的慣性力、慣性力偶矩均忽略不計。T是車輪制動器中摩擦片與制動鼓或盤相對滑轉時的摩擦力矩，單位為N/m；Fxb是地面制動力，單位為N；W為車輪垂直載荷、TP為車軸對車輪的推力、FZ為地面對車輪的法向反作用力，它們的單位均為N。 顯然，從力矩平衡得到： Fxb=Tu/r 式中：r車輪半徑，m。 地面制動力Fxb是使汽車減速行駛的外力，其大小取決于兩個摩擦力：一個是制動器內制動摩擦片與制動鼓（或制動盤間）的摩擦力，一個是輪胎與地面間的摩擦力（即附著力）。（2）制動器的制動力 在輪胎周緣為了克服制動器摩擦力矩所需的力

40、稱為制動器制動力，以符號F表示。它相當于把汽車架離地面，并踩住制動踏板，在輪胎周緣沿切線方向推動車輪直至它能轉動所需的力，顯然： Fu=Tu/r 式中：Tu制動器的摩擦力矩，N·m。 由此可知，制動器制動力僅由制動器結構參數所決定，即取決于制動器的形式、結構尺寸、制動器摩擦力的摩擦因數以及車輪半徑，并與制動踏板力，即制動系的液壓或空氣壓力成正比。（3）地面制動力、制動器制動力與附著力之間的關系 在制動時，若只考慮車輪的運動滾動與抱死拖滑兩種狀況，當制動踏板力較小時，制動器摩擦力矩不大，地面與輪胎之間的摩擦力即地面制動力，足以克服制動器摩擦力矩而使車輪滾動。顯然，車輪滾動時的地面制動力

41、就等于制動器制動力，且隨踏板力增長成正比地增長。（見圖3-5-2）。但地面制動力是滑動摩擦的約束反力，它的值不能超過附著力，即： FxbF=FZ 或最大地面制動力 FXbmax 為 FXbmax= FZ 當制動器踏板力FP或制動系液壓力p上升到某一值（圖3-5-2中為制動液壓力Pa），地面制動力Fxb到附著力Fu值時，車輪好抱死不轉而出現(xiàn)拖滑現(xiàn)象。制動系液壓力p>pa時，制動器制動力F由于制動器摩擦力矩的增長而仍按直線關系繼續(xù)上升。但是，若作用在車輪上的法向載荷為常數，地面制動力達到附著力F的值后就不再增加。 由此可見，汽車的地面制動力首先取決于制動器制動力，但同時又受地面附著條件的限制

42、，所以只有汽車具有足夠的制動器制動力，同時地面又能提供高的附著力時，才能獲得足夠的地面制動力。3.5.2 汽車的制動效能及其恒定性 汽車的制動效能是指汽車迅速降低行駛速度直至停車的能力。評價制動效能的指標有制動減速、制動距離。 1制動減速度 制動減速度是檢驗汽車制動效能的最基本指標之一，其大小趨勢影響制動距離的長短。 制動減速度的大小反映了地面制動的大小，因此它與制動器制動力（車輪滾動時）及地面附著力（車輪抱死拖滑時）有關。由于實際制動過程中，制動器制動力與駕駛員踩制動踏板力直接相關，因此制動減速j又與制動踏板力F有關。圖3-5-3是實際沒得的制動踏板力與制動減速度及制動時間的關系曲線。該圖反

43、映了從駕駛員接受緊急制動信號開始，到制動結束的全過程。制動全過程的分析（1）駕駛員反應時間t1 圖中a點表現(xiàn)出現(xiàn)危險信號，開始計算時間。此時駕駛員并沒有立即行動，而要經過1后才意識到應進行緊急制動。駕駛員移動右腳步再經過2后踩著制動踏板（對應圖中的b點）。從a點到b點所經過的時間 t1=1+1 稱為駕駛員反應時間，這段時間一般為。（2）制動系協(xié)調時間（即制動器的作用時間）t2 B點之后，隨著駕駛員踩下踏板，踏板力迅速增大，到d點時達到最大值。但由于制動系管中壓力的提高以及制動器蹄片與制動鼓間隙的消除需時間，所以經過2，即到c點，地面制動力=2+2。稱為制動系協(xié)調時間（又稱制動器作用時間）。制動

44、系協(xié)調時間一方面取決于駕駛員踩踏板的速度，另一方面要受制動系結構型式的影響。t2一般在之間。（3）持續(xù)制動時間t3 從e點到f點，駕駛員保持制動踏板力不變，制動減速度基本保持不變，這段時間t3稱之為持續(xù)制動時間。（4）制動釋放時間t4 到f點駕駛員松開踏板，但制動力的消除還需要一段時間。這段時間t4稱為制動釋放時間。t4一般須之間。這段時間過長一方面會耽誤隨后起步行駛的時間；另一方面在制動過程中若出現(xiàn)因車輪抱死而使汽車失去控制，駕駛員采取措施放松制動踏板時制動力不及時釋放，危及安全。 由上述分析可知，在制動過程中，實際的制動減速度是個變化的值。安全技術條件規(guī)定的制動減速度標準，是指緊急制動過程

45、中的持續(xù)制動時間t3階段應達到的制動減速度值。粗略地分析，對于普通車制動系統(tǒng)，在持續(xù)制動階段，可以認為前、后車輪均抱死。此時制動減速度達到最大值jmax，并與路面附著系數存在下列關系： Jmax=s·g 式中：s滑動附著系數 G重力加速度2.制動距離 制動距離是評價汽車制動性能最直觀的參數。它是指汽車以一定的初速度緊急制動，從駕駛員踩上制動踏板開始到完全停車所行駛的距離，即包括制動系協(xié)調時間t2和持續(xù)制動時間t3兩個時間間隔內汽車駛過的距離。3.制動效能的恒定性 上述的制動效能指標指的是制動器工作溫度在100 以下的冷制動狀態(tài)下的指標。在下長坡和高速連續(xù)制動時，制動器溫度常在300以

46、上，有時甚至高達600-700 ，這時制動器的摩擦力矩顯著降低，制動效能指標明顯下降，這種現(xiàn)象稱為制動器的衰退現(xiàn)象。制動效能的恒定性主要是指制動器抗熱衰退能力。 衡量抗熱衰退性能一般以連續(xù)制動時制動效能占冷制動效能的百分數作為評價指標。一般制動情況下，摩擦片的溫度不會超過其生產時的最高溫度，摩擦片與制動鼓的摩擦片溫度超過其生產時的是高溫度，摩擦片內的有機物在高溫下發(fā)生分解，產生氣體和液體，在摩擦表面形成的有潤滑作用的薄膜，使摩擦系數下降，即出現(xiàn)熱衰退。 試驗表明：當蹄片溫度達到436-440時，制動量的摩擦力矩只有冷制動時的23%。制動器結構形式與抗衰退性也有密切的關系。采用開式結構的盤式制動

47、器熱容易散發(fā)到大氣中去，因此抗熱衰性能較好。3.5.3 制動時方向的穩(wěn)定性 汽車在制動過程中，維持原來直線行駛或按預定彎道行駛的能力稱為汽車制動時的方向穩(wěn)定性。汽車在制動過程中喪失方向穩(wěn)定性問題歸納起來有：制動跑偏、制動側轉彎制動時前輪失去轉向能力。1制動跑偏 制動跑偏是制動時汽車自動向左或向右偏駛而脫離原來的行駛方向的現(xiàn)象。主要有兩個因素引起制動跑偏：一是汽車左右車輪的制動力不相等（包括是左右車輪制動力在增長過程中不等）；二是懸架導向桿系與轉向桿系在運動學上的不協(xié)調。 為了限制制動跑偏，用制動力檢驗制動效能，要求前軸左、右輪制動力差不大于該軸軸荷5%，后軸左、右制動力之差不大于該軸軸荷的8%

48、。2制動側滑與制動轉向能力的喪失 側滑是指制動時汽車的某一軸或兩軸發(fā)生橫向滑移。最危險的情況是高速制動時發(fā)生后軸側滑，此時汽車常發(fā)生不規(guī)則的急劇回轉運動而失去控制，引起惡性效能事故。 制動跑偏與制動側滑有區(qū)別也有聯(lián)系。區(qū)別在于制動跑偏時雖然行駛方向出現(xiàn)了偏離，但車輪與地面沒有產生橫向的相對滑移現(xiàn)象；聯(lián)系在于嚴重的跑偏有時會引起后軸側滑，易于發(fā)生側滑的汽車往往存在跑偏現(xiàn)象。 制動時轉向能力的喪失是指彎道制動時，汽車不再按原來的彎道行駛而沿切線方向駛出，或直線行駛制動時轉向盤不能改變方向仍按直線行駛的現(xiàn)象。產生的原因是轉向輪抱死失去控制方向的作用。 前輪先抱死制動，喪失控制方向的能力，這是顯而易見

49、的。但為什么前輪先抱死不易產生劇烈側滑，后輪先抱死易產生“甩尾”現(xiàn)象呢？下面從受力的情況分析汽車前輪抱死拖滑和后輪抱死拖滑兩種情況。圖3-5-5a表示前軸抱死的情況。在制動時，如果受到偶然的側向力Fy的作用，前輪在側向力作用下，運動方向發(fā)生改變，前軸A點的速度VA偏轉一個角度。汽車將繞O點作圓周運動，作圓周運動的物體在質心受到離心慣性力Fj作用，F(xiàn)j和側向力Fy方向相反，F(xiàn)j有抵消側向力減小側滑的作用，具有自動回正的穩(wěn)定作用。這是一種穩(wěn)定狀態(tài)。 圖3-5-5b后軸側滑所示。在偶然的側向力Fy作用，后軸中點的速度vb，汽車繞O點作圓周運動，離心慣性力Fj和側向力F方向基本相同，結果使后軸側滑更為

50、嚴重。后軸側滑的過程可以看作后軸繞前軸的運動。側滑轉過的角度大小決定于兩個因素：一是制動前的車速，車速愈高，側滑時間愈長，轉過的角度愈大；二是道路的附著系數。在冰雪路面，附著系數小，在同樣的制動初速度下，制動過程加長，側滑時間長，同時側滑轉動遇到的阻力減小，側滑轉過的角度大。在冰雪路面，高速行車制動，汽車由于側滑，有時掉頭180º。因此說后軸先抱死側滑是一種不穩(wěn)定狀態(tài)。當出現(xiàn)側滑時，應立即放松制動踏板，把轉向盤朝側滑的一方轉動，當汽車的位置擺正后，平穩(wěn)地把轉向盤轉到原來位置。 以上討論的是汽車在直線行駛條件下制動狀況，在彎道行駛也會得到類似的結果。另外，若前、后輪同時抱死，不會產生嚴

51、重的側滑現(xiàn)象，但將喪失轉向的能力。 因此，從保證汽車方向穩(wěn)定性的角度出發(fā)，首先不能出現(xiàn)只有后軸車輪抱死或后軸車輪先抱死的情況，以防止危險的后軸側滑。其次，盡量少出現(xiàn)只有前軸車輪抱死或前、后輪都處于滾動狀態(tài)，這樣就可以確保制動時的方向穩(wěn)定性。但對于普通行車制動系統(tǒng)，實際是以實現(xiàn)前、后輪同時抱死為目標，以求較好好地利用附著系數，縮短制動距離。3.6 汽車的穩(wěn)定性 汽車的穩(wěn)定性是指汽車抗傾翻和抗滑移的能力以及汽車能按照駕駛員給定的方向行駛和抵抗外界干擾、保持穩(wěn)定行駛的能力。汽車穩(wěn)定性是汽車安全行駛的主要性能。3.6.1 汽車的縱向和橫向穩(wěn)定性1汽車的縱向穩(wěn)定性 汽車的縱向行駛穩(wěn)定性是指汽車在縱向坡道

52、上行駛具有的抗傾翻和抗滑移的能力。 從圖3-6-1可以看出，汽車在坡道角為的縱向坡道上行駛，前輪地面反作用力Z1和汽車重力的分力Gsina傾翻力矩，力圖使汽車朝所示的方向繞A點（后輪的著地點傾翻點）翻轉。當角足夠大時，就有可能發(fā)生翻轉。可以證明，汽車不發(fā)生翻轉的極限坡度角為： Tanmax=b/hg b是汽車質心到汽車后軸中心之間距離，hg汽車的質心高度。上式說明汽車的質心愈低，質心位置離傾翻點越遠，汽車不致于傾翻的極限坡度愈大。汽車的縱向翻傾是很危險的，應當極力避免。2.汽車的橫向行駛穩(wěn)定性 汽車的橫向穩(wěn)定性是指汽車抗側向傾翻和側滑的能力。橫向坡度、側向風、彎道行駛的汽車離心力是引起側翻的主

53、要原因。圖3-6-2示出汽車在橫向坡道上的受力圖。汽車重力的分力Gsin力圖使汽車沒坡道下滑或者繞A點傾翻。而汽車重力的分力Gcos對A點的力矩阻力傾翻。當a角足夠大時，下滑力Gsin產生的力矩大于Gcos產生的力矩，汽車就會產生傾翻。產生橫向傾翻的極限坡度。 Tanmax=B/2hg 式中：B汽車輪矩； hg汽車質心高度。與縱向穩(wěn)定性相似，滿足汽車橫向側滑發(fā)生在側翻之前的條件是： B/2hg> 3.6.2 汽車的轉向特性 1輪胎的側偏特性 汽車輪胎是具有一定徑向和側向彈性充氣輪胎在受到側向力作用下滾動時，將因側向變形而引起側向偏離。輪胎的側偏特性主要是指側偏力，回正力矩與側偏角的關系。

54、 由于輪胎的變形，車輪實際滾動方向并不是沿著車輪平面方向滾動，而是與車輪平面方向成一個角度（如圖3-6-3箭頭方向）滾動。這種現(xiàn)象稱為彈性輪胎的側偏現(xiàn)象。角度a是由于側向力引起的，稱為側偏角。產生側偏角a時的地面?zhèn)认蜃饔昧ΓQ為側偏力Ya。 沒有彈性的剛性輪胎在側向力作用下沒有側偏角。彈性的側偏性質用側偏剛度K來表示，單位是kN/rad。 側偏力Y與側偏角關系是 Y=k · 試驗證明，輪輞寬度，輪胎氣壓和車輪的垂直載荷等的增加，引起側偏剛度k增加；子午線輪胎比普通斜交輪胎的側偏剛度大。2轉向特性 由于輪胎是彈性的，當汽車在彎道行駛時，汽車的離心力對車輪施加側向力，使前、后輪胎都產生側向變形。設前輪的側偏角1，后輪的側偏角為2，且2>1，前軸中點轉過B角。O點為轉向平心位置。雖然導向輪轉過相同的角度B，但由于輪胎有彈性，當1>2時，實際的轉向半徑變?yōu)镽