汽車動力學.ppt

1、汽車動力學,汽車工程學院 楊波 Y,2020/8/1,1,參考文獻,汽車理論，余志生，機械工業(yè)出版社 汽車操縱動力學，郭孔輝，吉林科學技術(shù)出版社 汽車動力學（A，B，C卷），M. 米奇克著，人民交通出版社 汽車系統(tǒng)動力學及仿真，雷雨成，國防工業(yè)出版社 車輛動力學：模擬及其方法，德威魯麥特，北京理工大學出版社 汽車系統(tǒng)動力學 ，張洪欣，同濟大學出版社,2,2020/8/1,課程主要內(nèi)容,第一章 汽車空氣動力學 第二章 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動力學 第三章 前軸及轉(zhuǎn)向輪系統(tǒng)動力學 第四章 汽車傳動系統(tǒng)動力學 第五章 汽車懸架系統(tǒng)動力學 第六章 汽車制動系統(tǒng)動力學 第七章 汽車驅(qū)動控制系統(tǒng)動力學,2020/8

2、/1,3,第一章 汽車空氣動力學,1.1 概述 1.2 汽車空氣動力 1.3空氣阻力與汽車基本尺寸之間的關(guān)系 1.4 空氣阻力對汽車性能的影響 1.5 汽車空氣動力學試驗,2020/8/1,4,1.1 概述,汽車在路面上行駛時，除受到路面作用力外，還受到周圍氣流對它作用的各種力和力矩，研究這些力的特性及其對汽車性能所產(chǎn)生的影響的學科稱為汽車空氣動力學 與空氣對汽車的相對速度的平方成正比，因此隨著汽車行駛速度的日益提高，汽車空氣動力的作用對汽車性能的影響也會愈來愈顯著,2020/8/1,5,1.1 概述,汽車空氣作用的六分力與汽車運動狀態(tài)的關(guān)系，主要靠模型或?qū)嵻嚨娘L洞試驗求得。 坐標系 風壓中心

3、（C.PCenter of air presure） 空氣動力的合力作用點，位于汽車對稱平面內(nèi)，不一定與重心重合 所有的空氣動力向坐標原點化簡，即產(chǎn)生三個分力和繞x,y,z三個坐標軸的力矩,2020/8/1,6,1.1 概述,空氣動力的各分力的數(shù)值都與動壓力和迎風的汽車正投影面積成正比，其比例系數(shù)稱為空氣動力系數(shù)(風阻系數(shù)) 空氣密度， vr氣流相對汽車速度A汽車正投影面積，L汽車特征長度單位,2020/8/1,7,第一章 汽車空氣動力學,1.1 概述 1.2 汽車空氣動力 1.3空氣阻力與汽車基本尺寸之間的關(guān)系 1.4 空氣阻力對汽車性能的影響 1.5 汽車空氣動力學試驗,2020/8/1,

4、8,1.2 汽車空氣動力,1.2.1 氣動阻力 1.2.2 升力和俯仰力矩 1.2.3 側(cè)向力和橫擺力矩 1.2.4 側(cè)傾力矩,2020/8/1,9,1.2.1 氣動阻力,空氣作用于車身的向后縱向分力稱為氣動阻力 與車速平方成正比,2020/8/1,10,與車身形狀有很大關(guān)系,升力在水平方向上的分力,由于空氣具有粘性，在流經(jīng)車身表面對空氣質(zhì)點與車身表面的摩擦力在逆行駛方向的分力,車身表面突起物造成的阻力,為了發(fā)動機冷卻和乘坐艙內(nèi)換氣而引起空氣氣流通過車身內(nèi)部構(gòu)造所產(chǎn)生的阻力,11,后視鏡,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,12,后視鏡,后視鏡設(shè)計 也要注重流線形,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,

5、13,后視鏡,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,14,后視鏡,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,15,門把手,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,16,思考,夏季在高速公路上開空調(diào)省油還是開窗通風省油？,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,1.2.1 氣動阻力,氣動阻力（系數(shù)）與車身外形的關(guān)系,2020/8/1,17,Cd（風阻系數(shù)）世界記錄Cd 年款 車型 注釋 0.137 1986 福特 Probe V 概念車 0.19 1996 通用 EV1 電動車 0.25 1999 本田 Insight 混合動力車 0.25 2000 雷克薩斯 LS430 0.25 2000 奧迪 A2 3 升 0.26 19

6、89 歐寶 Calibra 2.0i 基本型 0.26 2000 奔馳 C180 0.27 1996 奔馳 E230 0.27 1997 大眾 帕薩特 0.27 1997 雷克薩斯 LS400 0.27 1998 寶馬 318i 0.27 2000 奔馳 C 級,重視人體工程學，內(nèi)部空間大，乘坐舒適 空氣阻力大，妨礙了汽車前進的速度，,越呈流線型汽車的正面阻力和后面渦流越小 乘員活動空間狹小 對橫風的不穩(wěn)定性,汽車車室置于兩軸之間 解決了對橫風不穩(wěn)定的問題 車的尾部過長，為階梯狀，高速行駛時會產(chǎn)生較強的空氣渦流，影響了車速的提高,后窗傾斜大，面積大，降低了車身強度 汽車高速行駛時易產(chǎn)生很大的升

7、力，使汽車地面附著力減小，使汽車行駛穩(wěn)定性和操縱穩(wěn)定性降低,車身整體向前下方傾斜，車身后部像刀切一樣平直，這種造型能有效地克服升力 楔型對于目前的高速汽車，已接近理想造型,減少氣動阻力系數(shù)的措施,光順車身表面的曲線形狀，消除或延遲空氣附面層剝離和渦流的產(chǎn)生。 調(diào)整迎面和背面的傾斜角度，使車頭、前窗、后窗等造型的傾斜角度有效地減少阻力、升力的產(chǎn)生。 減少凸起物，形成平滑表面，如門手柄改為凹式結(jié)構(gòu)，刮水器改為內(nèi)藏式，車身側(cè)面窗玻璃與與窗框齊平，玻璃表面和車身整體表面平滑。 設(shè)計空氣動力附件、整理和引導(dǎo)氣流流向，如設(shè)前阻流板、后擾流板或氣流導(dǎo)向槽等。,2020/8/1,18,19,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動

8、力與行駛阻力,發(fā)動機蓋應(yīng)向前下傾,減小CD值要遵循的要點,1）車身前部,20,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,面與面交接處的棱角應(yīng)為圓柱狀。,21,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,面與面交接處的棱角應(yīng)為圓柱狀。,22,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,風窗玻璃應(yīng)盡可能“躺平”，且與車頂圓滑過渡。,23,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,越野車很難做到,風窗玻璃應(yīng)盡可能“躺平”，且與車頂圓滑過渡。,24,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,盡量減少燈、后視鏡和門把手等凸出物。,25,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,上掀式前照燈,26,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,在保險杠下面，應(yīng)安裝合適的擾流板。,2

9、7,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,車輪蓋應(yīng)與輪胎相平。,28,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,整個車身應(yīng)向前傾12。,2）整車,29,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,水平投影應(yīng)為腰鼓形。,30,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,后端稍稍收縮，前端呈半圓形。,31,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,最好采用艙背式或直背式。,3）汽車后部,32,應(yīng)安裝后擾流板。,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,33,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,當車速超過120km/h，尾翼會自動升高160mm，為車身增加30的下壓力；在車速低于80km/h，尾翼又會自動降低。,應(yīng)安裝后擾流板。,34,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛

10、阻力,應(yīng)安裝后擾流板。,35,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,應(yīng)安裝后擾流板。,36,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,應(yīng)安裝后擾流板。,37,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,若用折背式，則行李箱蓋板至地面距離應(yīng)高些，長度要短些。,38,后面應(yīng)采用鴨尾式結(jié)構(gòu)。,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,39,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,后面應(yīng)采用鴨尾式結(jié)構(gòu)。,40,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,所有零件應(yīng)在車身下平面內(nèi)且較平整，最好有平滑的蓋板蓋住底部。,4）車身底部,41,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,底部比較凌亂,42,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,底部比較凌亂,43,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與

11、行駛阻力,仔細選擇進風口與出風口的位置，精心設(shè)計內(nèi)部風道。,5）發(fā)動機冷卻通風系統(tǒng),44,冷卻前制動器,冷卻前制動器,冷卻發(fā)動機和制動器,冷卻后制動器和潤滑系統(tǒng),第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,45,冷卻發(fā)動機和前制動器,冷卻后制動器,為發(fā)動機提供充足的空氣,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,46,什么是超級跑車？,限量生產(chǎn)、價格高昂、動力強勁（3.5L以上、8缸以上）、起步快（0100km/h時間在5s以內(nèi)）、技術(shù)超群、車身自重輕（采用碳纖維或輕質(zhì)合金材料）、外觀超前等。,形象的描述：外觀鮮亮，讓人愛得要死；加速時令人皮膚繃緊、汗毛直豎，讓人嚇得要死；數(shù)量奇少，價格奇高，讓人想得要死。,第二節(jié)

12、 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,思考：對于轎車和超級跑車，哪種車型的空氣阻力系數(shù)更大？為什么？,47,三種超級跑車,蘭博基尼,法拉利,保時捷,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,48,答案 由于尾翼的影響、發(fā)動機和制動器通風冷卻的需要，超級跑車的空氣阻力系數(shù)一般會大于普通轎車。,蘭博基尼跑車 在冷卻通風口關(guān)閉且擾流板擺平時，CD值為0.33；展開時，CD值為0.36。,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,思考：對于轎車和超級跑車，哪種車型的空氣阻力系數(shù)更大？為什么？,49,減小CD值要遵循的要點總結(jié)如下：,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,50,第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力與行駛阻力,未來轎車的外形,51,第二節(jié) 汽

13、車的驅(qū)動力與行駛阻力,6）貨車和半掛車的空氣阻力也很重要，不少貨車駕駛室上已裝用導(dǎo)流板等裝置，以減小空氣阻力、節(jié)省燃油。,某轎車各部分最佳化措施,2020/8/1,52,1.2.2 升力和俯仰力矩,升力是由于汽車行駛中車身上部和車身底部空氣流速不等形成壓力差而造成的 升力不通過重心時，對汽車產(chǎn)生俯仰力矩 升力使車輪有抬升的趨勢，減小驅(qū)動輪上的附著力，對轉(zhuǎn)向車輪的影響是升力使側(cè)向最大附著力和側(cè)偏剛度降低，而使轉(zhuǎn)向性能變壞 前輪裝置負升力翼，由于負升力的作用，使汽車接地性增加，改善了輪胎的轉(zhuǎn)向性能，因此容許汽車以較高速度轉(zhuǎn)彎，同樣驅(qū)動輪接地性改善后，有利于發(fā)動機功率的利用和動力性的改善,2020/

14、8/1,53,升力的影響因素,車身形狀 中線前高后低，迎角為正，反之為負 正迎角越大，升力越大 如果汽車的風壓中心處于重心之前，則升力對對重心造成俯仰力矩，使前輪更加有離地趨勢 驅(qū)動形式 一般前置前驅(qū)動汽車其風壓中心與車身重心接近，后置發(fā)動機汽車的重心往往偏后，因而風壓中心可能在重心前，俯仰力矩大些,2020/8/1,54,汽車的各個橫斷面形心的連線稱為中線，可近似用連接前后端形心的用直線表示,中線與水平面的夾角，稱為迎角,盡量做到風壓中心與重心接近 盡量壓低車身前端，使之成楔形，同時尾部肥厚向上翹以產(chǎn)生負迎角 車身前部設(shè)阻風板，后部設(shè)擾流板使后面翹起來,1.2.3 側(cè)向力和橫擺力矩,如果側(cè)向

15、風的風壓中心在重心之前，則汽車順風偏轉(zhuǎn)，側(cè)向風及橫擺力矩增大，導(dǎo)致穩(wěn)定性變壞 如果側(cè)向風的風壓中心在重心之后，則汽車逆風偏轉(zhuǎn)，使側(cè)向力及橫擺力矩減小有利于行駛穩(wěn)定性 如果側(cè)向風的風壓中心與重心重合，則汽車在側(cè)向的作用下側(cè)移，但能保持行駛方向 減小側(cè)向力影響的措施： 盡量使風壓中心位于重心之后，如采用前置前驅(qū)動形式或前低后高的造型 盡量壓低車身高度，處理好橫載面的流線型性，增加車寬,2020/8/1,55,1.2.4 側(cè)傾力矩,側(cè)傾力矩直接影響到汽車的側(cè)傾角，并影響左右車輪負荷重新分配。 側(cè)傾力矩主要由車身側(cè)面形狀決定，減少側(cè)傾力矩的措施主要是 盡量降低車身；增大車寬； 使風壓中心在高度上接近側(cè)

16、傾軸線,2020/8/1,56,第一章 汽車空氣動力學,1.1 概述 1.2 汽車空氣動力 1.3空氣阻力與汽車基本尺寸之間的關(guān)系 1.4 空氣阻力對汽車性能的影響 1.5 汽車空氣動力學試驗,2020/8/1,57,1.3 空氣阻力與汽車基本尺寸之間的關(guān)系空氣阻力系數(shù),車長與阻力的關(guān)系車愈長，阻力愈小 車寬與阻力的關(guān)系車愈寬，阻力愈小 車高與阻力的關(guān)系車愈高，阻力愈大,2020/8/1,58,1.4 空氣阻力對汽車性能的影響,行駛方程 最高車速 燃油消耗率 加速度,2020/8/1,59,第一章 汽車空氣動力學,1.1 概述 1.2 汽車空氣動力 1.3空氣阻力與汽車基本尺寸之間的關(guān)系 1.4 空氣阻力對汽車性能的影響 1.5 汽車空氣動力學試驗,2020/8/1,60,1.5 汽車空氣動力學試驗,室外試驗 室內(nèi)試驗,2020/8/1,61,把實車在室外試驗場上進行空氣阻力系數(shù)的測定和研究橫風對汽車