汽車動力性計算

關(guān)于汽車動力性計算第一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二汽車行駛時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

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．車輪阻力組成：1）滾動阻力

2）路面阻力

3）輪胎側(cè)偏阻力

1）滾動阻力

a.變形阻力

b.摩擦力

第二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二1）滾動阻力a.變形阻力

b.摩擦力

a.變形阻力

輪胎在滾動時，有兩種變形：

徑向變形

周向變形輪胎滾動時的滯后損失。彈性輪胎在硬路面上的滾動實質(zhì)，如下圖

第三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二滾動阻力

：

∵

∴

令

，即滾動阻力系數(shù).第四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二

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)汽車振動時，鋼板間及各活動懸架之間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

變形阻力：90～95%

摩擦阻力：2～10%

影響滾動阻力的因素：

1）車重：轉(zhuǎn)動↑

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)Va＜50km/hf≈c

當(dāng)Va＞100f↑Va＜150～200

當(dāng)Va↑，振動Hz↑，輪胎周向，側(cè)向扭曲變形↑第五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二2．空氣阻力定義：汽車在直線行駛時，空氣作用力在行駛方向上的分力。1）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)動機，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：

50～90%（干擾在內(nèi)）

內(nèi)部阻力：

2～11%

表面阻力：

3～30%2）計算方法：空氣對物體的阻力與下列因素有關(guān)。流速U：對汽車來說，相對速度V=Va±Vf

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)

式中為無因次的空氣阻力系數(shù)。第六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二在一般動力計算中，認(rèn)為空氣阻力作用在風(fēng)帆中心，

式中：CD——空氣阻力系數(shù)，實驗得出；

A——迎面面積，汽車在行駛方向的投影，m2；

V——相對速度，km/h。例：

A

典型轎車

1.4～2.60.4～0.6

貨

車

3～70.8～1.0

大

客

車

4～70.6～0.73）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）第七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二

式中：——坡道角度∵

對公路來說：i很?。?%∴

故由于坡道阻力及滾動阻力與道路有關(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，需要克服其質(zhì)量加速時的慣性力。汽車質(zhì)量：①平移質(zhì)量

②旋轉(zhuǎn)質(zhì)量3．坡度阻力：汽車重力沿坡道的分力。第八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二為了便于計算：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)動慣量

車輪的轉(zhuǎn)動慣量

傳動系轉(zhuǎn)動慣量有關(guān)第九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二

忽略傳動系：

當(dāng)進行動力性初步計算時，若不知道準(zhǔn)確，可按下列經(jīng)驗公式估算：第十頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二二、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，可方便地進行動力分析。

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：

第十一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二三、循環(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：模擬起步、停車多的市中心行駛條件，=17.7km/h。

n工況冷循環(huán)試驗：發(fā)動機起動后還未走熱，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

平路無風(fēng)條件下：

其中，滾動阻力部分消耗:

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。第十二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二§2-2汽車的驅(qū)動系統(tǒng)

一、汽車動力裝置的評價與選擇

1．使用性能：特性曲線、操縱性、起動性

2．經(jīng)濟性：燃料消耗、泵位功率的成本

3．對環(huán)境的影響：排氣、噪聲、振動二、活塞式內(nèi)燃機特性發(fā)動機特性曲線：發(fā)動機功率、轉(zhuǎn)矩、油耗與發(fā)動機轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系曲線。當(dāng)節(jié)流閥全開：發(fā)動機外特性曲線當(dāng)節(jié)流閥部分開：發(fā)動機負荷特性曲線轉(zhuǎn)矩、功率和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系式：

kw式中：——發(fā)動機轉(zhuǎn)矩，N.m；

——發(fā)動機轉(zhuǎn)速，r/min。第十三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二注意：1．發(fā)動機制造廠提供的特性曲線：在試驗臺上無空濾、水泵、風(fēng)扇、消聲、發(fā)電機等件，若全帶上則稱為“使用特性曲線”。2．臺架試驗是在穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下測定P、M。實際上，發(fā)動機熱工況，混合氣濃度與臺架不同。例如加速時，M比穩(wěn)定工況下降5～8%。但是1．變工況的研究不多見

2．?dāng)?shù)值相差不大所以，動力性估算中，仍用臺架使用外特性。第十四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二三、離合器和液力偶合器特性

特點：

，效率：滑轉(zhuǎn)率：功率損失：

第十五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二

1．機械式離合器主動片：外特性一點、、、

從動片：，當(dāng)時，，（接合完畢）

2．液力偶合器（主動）泵輪：

其中：是隨渦輪與泵輪轉(zhuǎn)速比變化的系數(shù)。

當(dāng)

～一個工作點

當(dāng)

接合完畢

當(dāng)

為減少損失

盡量接近，一般

第十六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二四、變速器和液力變扭器特性驅(qū)動輪上理想的扭矩、功率特性。在整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都能使用最大功率。特點：1）功率曲線平行于軸

2）扭矩曲線是雙曲線效率：

功率損失：

第十七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二1．機械式變速器固定速比：

（）例如：4檔變速器∵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)動扭矩，汽車最低穩(wěn)定車速中間速比——發(fā)動機工作穩(wěn)定性第十八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二

即在扭矩曲線點右邊工作

發(fā)動機穩(wěn)定工況條件

換檔時：①相鄰兩檔中，高檔在立即換入低檔：低檔應(yīng)在

②設(shè)計時，高檔略高于

低檔略低于第十九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二③實際換檔，不考慮車速下降

即

令

如上所述

速比分配方法：

1．等比級數(shù)分配

車速與檔位關(guān)系：速比等比級數(shù)分配圖如右：第二十頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二例題已知：CA10B一檔四檔求：

按等比級數(shù)分配的、解：∵

∴

∴

故2）漸近式速比分配現(xiàn)代轎車使用車速范圍大，多采用漸進式速比分配。以4檔變速為例：；；；高速間速比值小于低擋間速比比值。第二十一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二

從下圖中可看出①在高檔↓②特性場中空隙低檔比高檔大

2．液力變矩器“自學(xué)”第二十二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二§2-3動力性分析一、驅(qū)動力——行駛阻力平衡圖、動力特性圖、功率平衡圖*汽車行駛方程式：

a）車速km/h

式中：——車輪滾動半徑，m；

——發(fā)動機轉(zhuǎn)速，r/min。

b）半徑自由半徑——輪胎自由狀態(tài)下的半徑。

滾動半徑=滾動圓周/

動態(tài)半徑：受扭矩時的m

式中：——輪輞直徑，in；

——輪胎寬度，in；

——徑向變形系數(shù)：0.1～0.16。第二十三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二c）傳動效率功率損失：①機械損失②液力損失由實驗得到1．驅(qū)動力—車速圖：各檔驅(qū)動力與車速的關(guān)系。驅(qū)動力—行駛阻力圖：在上圖上再畫上行駛阻力曲線。2．動力特性圖：動力因數(shù)—車速關(guān)系曲線物理意義：單位車重所具有的后備驅(qū)動力，標(biāo)志著汽車克服、、能力，可用于比較不同重量、不同空氣阻力的汽車。第二十四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二3．功率平衡圖：驅(qū)動功率、行駛阻力功率與車速的關(guān)系。

kw二、分析驅(qū)動平衡圖可方便、形象地確定汽車最高車速、加速性能和爬坡能力

1．最高車速驅(qū)動力曲線與總阻力曲線的交點第二十五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二2．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)動力全部用來爬坡所能爬上的坡度。3．汽車的加速能力當(dāng)可知，可求出，作出圖。由于需用儀器測定，一般常用加速時間評價汽車加速性能。例如：最高檔加速性能15km/h0.8

當(dāng)從但與的關(guān)系式不易確定，所以一般用圖解法.第二十六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二一、汽車行駛的驅(qū)動——附著條件∵