汽车驱动力和行驶阻力.ppt

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1、1/481.2 汽车驱动力和行驶阻力汽车驱动力和行驶阻力汽车动力传递路线：发动机汽车动力传递路线：发动机离合器离合器变速器变速器副变速器副变速器传动轴传动轴主减速器主减速器差速器差速器半轴半轴轮边减速器轮边减速器车轮车轮问题问题1、汽车的动力传递路线？、汽车的动力传递路线？2/48图1-2 汽车驱动力Tractive Force3/48部分负荷特性部分负荷特性：节气门部分开启时，转矩或功率：节气门部分开启时，转矩或功率等与转速的关系等与转速的关系外特性曲线外特性曲线：节气门：节气门(油门油门)全开时，转矩或全开时，转矩或功率等与转速的关系功率等与转速的关系4/48 图图1-3 汽油发动机外特性

2、汽油发动机外特性Braking TorqueBraking Horsepower5/48发动机过渡工况的速度特性发动机过渡工况的速度特性在过渡工况，功率和转矩下降约在过渡工况，功率和转矩下降约5%5%6%6%。6/48外特性使用或制作方法表格法（辅助插值）曲线族方法数学模型法n1n2n3nnPe1Pe2Pe3PenTt1Tt2Tt3Ttnbe1be2be3ben7/488/48图图1-4 汽油发动机外特性及部分负荷特性汽油发动机外特性及部分负荷特性9/48外特性曲线：外特性曲线：通常是在试验台上未带水泵、发电机等条通常是在试验台上未带水泵、发电机等条件下测得。件下测得。使用外特性曲线使用外特性

3、曲线：即带有全部附件时的负荷特性，通常：即带有全部附件时的负荷特性，通常汽油机较外特性小汽油机较外特性小15左右，而柴油机小左右，而柴油机小10左右。左右。图图1-6 发动机外特性和使用外特性发动机外特性和使用外特性10/48传动系机械效率传动系机械效率T主要损失部件主要损失部件 变速器和主减速器变速器和主减速器(含差速器含差速器)主要损失形式主要损失形式 液力损失和机械摩擦损失。液力损失和机械摩擦损失。液力损失：如搅动和磨擦。它与润滑油品种、温度、液力损失：如搅动和磨擦。它与润滑油品种、温度、转速、油面高度等有关转速、油面高度等有关。机械损失：齿轮传动副、轴承、油封等处的摩擦损失机械损失：齿

4、轮传动副、轴承、油封等处的摩擦损失11/48传动系机械效率的确定传动系机械效率的确定 通常，传动系机械效率是在专门的试验台上测得的，下图为某通常，传动系机械效率是在专门的试验台上测得的，下图为某变速器在四档（直接档）、五档（超速档）工作时的传动效率。变速器在四档（直接档）、五档（超速档）工作时的传动效率。问题：问题：为什么四档的效率较五档大？为什么四档的效率较五档大？同一档位转矩增加时，润滑油损失减小，效率高；同一档位转矩增加时，润滑油损失减小，效率高；转速低时，搅油损失小，传动效率高。转速低时，搅油损失小，传动效率高。1-1200r/min,2-1600r/min3-1900r/min,4-

5、2200r/min12/48汽车传动系总成机械效率46档变速器T=0.9668档变速器T=0.95传动轴T=0.98主减速器T=0.96(单级)T=0.92(双级)汽车传动系机械效率l轿车T=0.900.92l商用车T=0.820.85l越野车T=0.800.8513/48某汽车变速器的机械效率某汽车变速器的机械效率14/48车轮半径车轮半径 r自由半径自由半径r静力半径静力半径 rs滚动半径滚动半径 rr=S/(2n)S滚动距离，n滚动圈数欧洲车轮委员会欧洲车轮委员会 rr=Fd/(2)其中:子午线轮胎 F=3.05 斜交轮胎 F=2.99动力学分析时，用静力半径动力学分析时，用静力半径；运

6、动学分析时，；运动学分析时，用滚动半径。常不计它们的差别，而认为：用滚动半径。常不计它们的差别，而认为：rr=rs=r15/48定义：定义：用用Ft-ua曲线图来全面地描述汽车的驱动力。曲线图来全面地描述汽车的驱动力。若已知外特性曲线、传动系传动比、传动系机若已知外特性曲线、传动系传动比、传动系机械效率就可以计算驱动力。械效率就可以计算驱动力。17/48汽车行驶阻力汽车行驶阻力滚动阻力滚动阻力Ff :轮胎内部摩擦产生的迟轮胎内部摩擦产生的迟滞损失滞损失。这种迟滞损失表现为阻碍车这种迟滞损失表现为阻碍车轮运动的阻力偶。轮运动的阻力偶。18/48图图1-9 轮胎径向变形曲线轮胎径向变形曲线19/4

7、8图111从动轮从动轮20/48滚动阻力系数滚动阻力系数 轮胎内部摩擦产生迟滞损失，这种轮胎内部摩擦产生迟滞损失，这种损失表现为阻碍车轮运动的阻力偶。损失表现为阻碍车轮运动的阻力偶。21/48滚动阻力系数滚动阻力系数 车轮在一定条件下，滚动所车轮在一定条件下，滚动所需要推力需要推力Fp1与负荷与负荷W1之比，之比，即单位重力的推力即单位重力的推力：22/48阻力偶用滚动阻力描述阻力偶用滚动阻力描述 滚动阻力无法在受力图上画出，它是滚动阻力无法在受力图上画出，它是一个数值一个数值，在受力图上它是切向反力。在受力图上它是切向反力。在实际计算时在实际计算时，可不必考虑阻可不必考虑阻力偶，而用力偶，而

8、用滚动阻力替代滚动阻力替代23/48图图112驱驱动动轮轮受受力力图图24/48真正驱动车轮前进的力是地面切向反真正驱动车轮前进的力是地面切向反力力Fx2。数值上等于汽车驱动力数值上等于汽车驱动力Ft与滚与滚动阻力动阻力Ff之差。之差。25/48滚动阻力系数的试验确定法滚动阻力系数的试验确定法牵引法、滑行法和转鼓法牵引法、滑行法和转鼓法1.速度速度ua对对 f 的影响的影响对对 f 的影响的影响因素因素26/48 2.轮胎的结构、材料、帘线对轮胎的结构、材料、帘线对f 的影响也很大。的影响也很大。子午线轮胎子午线轮胎 f 小，天然橡胶小，天然橡胶 f 低。低。27/48f 的的经验公式经验公式

9、28/48 一、车轮滚动阻力FRFg轮胎滚动阻力；Fs路面阻力；FQ轮胎侧偏引起的阻力。1.轮胎滚动阻力Fg 1)弹簧轮模型通常以弹簧轮模型解释轮胎变形产生阻力（变形、与地面摩擦）的原因。在硬路面上，变形阻力是轮胎滚动阻力的主要组成。29/48 (a)弹性车轮在硬路面上的滚动一、车轮滚动阻力FR弹性物质的迟滞损失 (b)迟滞损失造成的反力合力中心前移 30/48 2 2）轮胎滚动阻力各成分构成比例随车速的变化关系）轮胎滚动阻力各成分构成比例随车速的变化关系一、车轮滚动阻力FR变形阻力占9095%，摩擦阻力占210%，轮胎空气阻力所占比例很小。31/48轮轮胎胎滚滚动动阻阻力力在在144km/h

10、（40m/s）以以上上时时增增加加较较快快，162km/h(45m/s)以以上上增增加加更更快快，180km/h(50m/s)达达到到某某一一临临界界车车速速时时急急剧剧增增加加，轮轮胎胎发发生生驻驻波波现现象象，轮轮胎胎周周缘缘不不再再是是圆圆形形而而呈呈现现明明显显的波浪形。的波浪形。出出现现驻驻波波后后，不不但但滚滚动动阻阻力力显显著著增增加加，轮轮胎胎的的温温度度也也很很快快增增加加到到100度度以以上上，胎胎面面与与轮轮胎胎帘帘布布层层脱脱落落，几几分分钟钟内内就就会会出出现现爆爆破破现现象象，对对高高速速行行驶驶的的车车辆辆极极为危险。为危险。一、车轮滚动阻力FR32/483 3）

11、轮胎滚动阻力系数）轮胎滚动阻力系数f fg g的定义的定义单位轮荷的轮胎滚动阻力来定义无因次的滚动阻力系数单位轮荷的轮胎滚动阻力来定义无因次的滚动阻力系数fg Fg轮胎滚动阻力 Z 轮胎载荷,可用FZ表示一、车轮滚动阻力FR即33/48根据力矩平衡式：从而：一、车轮滚动阻力FR4）轮胎滚动阻力同车轮上的力及力矩的关系结论：滚动阻力与偏心距和轮胎半径有关34/48一、车轮滚动阻力FR35/482.2.各种路面上车轮滚动的附加阻力各种路面上车轮滚动的附加阻力1）由路面不平产生的附加阻力）由路面不平产生的附加阻力fb：悬架系统的变形形成阻尼功并转化为热能，悬架系统的变形形成阻尼功并转化为热能，产生附

12、加阻力，通常情况下可以忽略产生附加阻力，通常情况下可以忽略一、车轮滚动阻力FR2）由路面变形（柔性路面）产生的附加阻力36/48一、车轮滚动阻力FR37/483 3）积水路面上的阻力）积水路面上的阻力轮胎排水产生排水阻力轮胎排水产生排水阻力:h 水层厚度；b 轮胎宽度；水的密度；v 挤水速度。排水阻力系数 fs=Fs/Z ，与车速的关系见后图 一、车轮滚动阻力FR38/48一、车轮滚动阻力FR39/48 3.3.轮胎侧偏引起的附加阻力轮胎侧偏引起的附加阻力侧偏附加阻力系数 fQ=FQ/Z 前束角为时，FQ1=2Ysin/2侧偏附加阻力 FQ=Ysin Y 侧向力；侧偏角。一、车轮滚动阻力FR4

13、0/484.4.车轮阻力系数各分量与车速的关系车轮阻力系数各分量与车速的关系一、车轮滚动阻力FR41/48在实际计算中可由下表中选用。在实际计算中可由下表中选用。一、车轮滚动阻力FR从而有：最后有：42/48二、空气阻力FW长方体试验，给出了CW与气流速度、物体特征尺寸等因素的关系。汽车直线行驶时受到的空气阻力在汽车行驶方向上的分力。汽车直线行驶时受到的空气阻力在汽车行驶方向上的分力。分类：压力阻力和摩擦阻力分类：压力阻力和摩擦阻力 压力阻力主要受形状、扰动和诱导阻力组成。压力阻力主要受形状、扰动和诱导阻力组成。形状阻力主要与汽车的形状有关，约占形状阻力主要与汽车的形状有关，约占58。计算公式

14、为：计算公式为：43/48二、空气阻力FW44/48图中雷诺数：试验表明：圆角半径对阻力影响很大。当圆角半径选择适当，空气阻力系数可以降低到0.15左右。在无风条件下，va的单位为km/h；A的单位为m2；一般=1.2258Ns2m-4，则：二、空气阻力FW45/48二、空气阻力FW5070年代初，轿车年代初，轿车CW在在0.40.6左右；左右；70年年代代能能源源危危机机后后，为为降降低低油油耗耗，各各国国都都致致力力于于降降低低CW值；值；90年年代代，不不少少轿轿车车的的CW值值已已降降到到0.3甚甚至至更更低低。如如Passat轿车的轿车的CW已低到已低到0.28；新设计车型新设计车型

15、:0.30以下以下.46/481.1.空气阻力的组成空气阻力的组成 压差阻力、诱导阻力、表面阻力、内部阻力压差阻力、诱导阻力、表面阻力、内部阻力二、空气阻力FW1）压差阻力空气阻力空气阻力Fw正比于气流相对运动正比于气流相对运动的动压力的动压力，作用在汽车外形表面上的法向力的合力在行驶方向的分力，约占9%。47/482 2）诱诱导导阻阻力力车车辆辆上上下下压压差差形形成成横横向向气气流流，导导致致车车身身表表面面产产生生涡涡流流分分离离现象，产生所谓诱导阻力，即现象，产生所谓诱导阻力，即空气升力在水平方向的分力，占空气升力在水平方向的分力，占7。车尾的横向气流还形成两股很大的纵向涡流。车尾的横

16、向气流还形成两股很大的纵向涡流。二、空气阻力FW48/483 3）表表面面阻阻力力车车身身表表面面气气流流的的层层流流层层、紊紊流流区区的的摩摩擦擦力力形形成成的的阻阻力力。车车身身长长的的车车辆辆不可忽视。不可忽视。4 4）内部阻力）内部阻力流经散热器、发动机舱和车身内部的气流，由于动量损失形成的阻力。流经散热器、发动机舱和车身内部的气流，由于动量损失形成的阻力。空气阻力各组成部分的比例大致为：空气阻力各组成部分的比例大致为：压差和诱导阻力压差和诱导阻力 50%90%表面阻力表面阻力 3%30%内部阻力内部阻力 2%11%二、空气阻力FW空气阻力系数CW需经试验测量得到：新设计轿车平均0.3

17、左右；大客车0.40.9；货车及全挂列车0.50.8549/48空气阻力又可分为空气阻力又可分为压力阻力和摩擦阻力压力阻力和摩擦阻力压力阻力压力阻力：压力阻力又分为形状阻力、干扰阻力、内循环阻力和诱导阻力。压力阻力又分为形状阻力、干扰阻力、内循环阻力和诱导阻力。摩擦阻力摩擦阻力：由于空气的粘度在车身表面产生切向力的合力在行驶方向的分力。由于空气的粘度在车身表面产生切向力的合力在行驶方向的分力。二、空气阻力FW对一般轿车：压力阻力占91%。其中形状阻力占58%；干扰阻力占14%；内循环阻力占12%；诱导阻力占7%；摩擦阻力占9%。50/482.2.当空气流入角当空气流入角 不为零时空气阻力的变化

18、不为零时空气阻力的变化 经试验测定：无论轿车还是货车，在经试验测定：无论轿车还是货车，在=25=253535时的空气阻力比时的空气阻力比 =0=0时时可高出可高出65%65%。二、空气阻力FW51/48前部低，前部低，过渡平滑，过渡平滑，后部加扰流板，后部加扰流板，掠背式，掠背式，底部导流，平整化，向后应逐底部导流，平整化，向后应逐步升高，步升高，整车俯视形状为腰鼓式，整车俯视形状为腰鼓式，改进通风进口、出口位置，改进通风进口、出口位置，商用车顶部安装导流罩系统。商用车顶部安装导流罩系统。CD52/4853/48坡道阻力坡道阻力54/48加速阻力加速阻力F Fj j：平移质量惯性力平移质量惯性

19、力Fjt，旋转质量惯性力，旋转质量惯性力Fjr四、加速阻力Fj 车辆加速、减速时55/48四、加速阻力Fj旋转部件转动惯量折算到车轮上的转动惯量以及车辆转动惯量的总和为：式中 IR 全部车轮转动惯量；Ic传动轴、差速器等转动惯量(可忽略)；Im发动机、离合器、变速器转动惯量；ig变速器速比；i0主减速器速比速度改变时必须考虑的旋转部件 56/48汽车的总加速阻力：四、加速阻力Fj旋转质量系数 57/48加速情况下汽车行驶阻力(动态行驶阻力)：忽略传动轴、差速器等转动惯量，则上式可为：四、加速阻力Fj58/48在干燥平直路面上则有：加速情况下汽车行驶所需驱动功率 四、加速阻力Fj59/48功率与

20、车速的关系 四、加速阻力Fj60/48 61/4862/4863/48从动轮受力分析从动轮受力分析64/48从动轮受力分析从动轮受力分析（续续）65/4866/48驱动轮受力分析驱动轮受力分析67/48驱动轮受力分析（驱动轮受力分析（续续）68/48小结小结 汽车行驶方程仅表示各个汽车行驶方程仅表示各个物理量之间的数量物理量之间的数量关系关系 汽车行驶方程有些项汽车行驶方程有些项并不是外力并不是外力 Ft不是作用于车轮的地面不是作用于车轮的地面（切向）（切向）反作用力，仅反作用力，仅为了计算方便才将其定义为为了计算方便才将其定义为驱动力驱动力 滚动阻力滚动阻力也不是作用于汽车上的阻力，而是以也不是作用于汽车上的阻力，而是以滚滚动阻力偶矩动阻力偶矩的形式作用的形式作用于于车轮上车轮上 作用在汽车上的惯性力是作用在汽车上的惯性力是mdu/dt而不是而不是mdu/dt 飞轮的飞轮的惯性力矩作用在汽车的横截面惯性力矩作用在汽车的横截面上，而不作上，而不作用用于于车轮上车轮上 Fj只是代表惯性力和惯性力矩的只是代表惯性力和惯性力矩的总效应总效应