《汽车动力性常》PPT课件.ppt

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1、第二章第二章 汽车动力性汽车动力性本节课内容提要汽车动力性概念汽车动力性概念汽车动力性指标汽车动力性指标驱动轮受力分析驱动轮受力分析.第二章第二章 汽车动力性汽车动力性用户需要生产企业需要公安和交通管理部门的需要:1995年交通部为了提高在用汽车的技术性能，发布了JT/T198-95汽车技术等级评定标准，将动力性作为第一项主要性能进行评定。汽车动力性的由来第二章第二章 汽车动力性汽车动力性汽车动力性汽车动力性 在良好、平直的路面上行驶时所能达到的平均行驶速度。动力性与用户的目标相联系海豚:跳的高度老虎:跨步距离跳的远壕沟起重机:起吊的重量装载机:最大牵引力综合指标第一节第一节 汽车动力性的评价

2、指标汽车动力性的评价指标最大车速umax加速时间t最大爬坡度imaxEvaluation Criteria of Vehicle Performance Maximum SpeedAcceleration TimeMaximum Gradability最高车速最高车速umax最最高高车车速速，是是指指汽汽车车在在平平直直、良良好好道道路路（混混凝凝土土或或柏柏油油）上上所所能能达达到到的的平平均均最高行驶车速。最高行驶车速。Max.SpeedGB/T1254490GB/T1254490汽车最高车速试验方法汽车最高车速试验方法 最高车速试验图加速时间评价方法加速时间评价方法超车加速时间超车加速时

3、间 以最高档或次高档，以以最高档或次高档，以最大加速最大加速强度强度,把握最好的换档时机把握最好的换档时机,加速至加速至某一高速所用的时间。某一高速所用的时间。原地起步加速时间原地起步加速时间 由由I或或II档起步，以档起步，以最大加速最大加速强度强度,并考虑换档时机，一般用并考虑换档时机，一般用0400m或者或者0（96.6mile/h)100km/h的时间表示原地起的时间表示原地起步的加速时间。步的加速时间。Acceleration time汽车加速度曲线GB/T1254390GB/T1254390汽车加速性能试验方法汽车加速性能试验方法 爬坡能力的评价爬坡能力的评价 以满载、良好路面上的

4、以满载、良好路面上的imax来表示。来表示。商用车商用车3030或或16.516.5；越野汽车越野汽车6060或或3131；轿车最高车速较大，轿车最高车速较大，且通常在良好的市且通常在良好的市区道路行驶，一般不强调爬坡度。区道路行驶，一般不强调爬坡度。有的国家要求汽车在常遇坡道上汽车必有的国家要求汽车在常遇坡道上汽车必须保持的速度表明其加速能力。须保持的速度表明其加速能力。Maximum Gradability最大爬坡度最大爬坡度，按GB/T12539进行一系列不同坡度,最低档,节气门全开,汽车满载问题:最大爬坡度时,没有合适的坡度怎么办?第二节第二节 汽车受力分析汽车受力分析汽车行驶方程式是

5、：汽车行驶方程式是：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副变速器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轮边减速器器车轮车轮图22汽车驱动力Tractive Force一、汽车的驱动力一、汽车的驱动力主减速器传动比主减速器传动比部分负荷特性部分负荷特性：节气门部分开启时，转矩：节气门部分开启时，转矩或功率等与转速的关系或功率等与转速的关系使用特性曲线使用特性曲线：即带有附件时的负荷特性，：即带有附件时的负荷特性，通常汽油机小通常汽油机小15，而柴油机小，而柴油机小10外特性曲线外特性曲线：节气门：节气门(油门油门)全开时，转全开时，转

6、矩或功率等与转速的关系矩或功率等与转速的关系 图图1-3 汽油发动机外特性汽油发动机外特性Braking TorqueBraking Horsepower2.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。液力损失液力损失,如搅动和磨擦。它与润滑油品种、如搅动和磨擦。它与润滑油品种、温度、转速、油面高度等有关温度、转速、油面高度等有关。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

7、(双级)汽车传动系机械效率轿车T=0.900.92商用车T=0.820.85越野车T=0.800.853.车轮半径车轮半径 r自由半径自由半径 r (无载状态无载状态)静力半径静力半径 rs (静载状态静载状态)滚动半径滚动半径 rr=rs=r=s/(2n)(负载运负载运动状态动状态)S行驶距离，行驶距离，n转动圈数转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定义：定义：用用Ft-ua曲线图来全面地描曲线图来全面地描述汽车的驱动力。若已知外特述汽车的驱动力。若已知外特性曲线、传动系速比、传动系性曲线、传动系速比、传动系机械效率就可求计

8、算驱动力。机械效率就可求计算驱动力。本节小节动力性的由来动力性概念动力性的指标驱动轮受力分析驱动力的计算方法驱动力影响因子(课后思考题)最大爬坡度时,没有合适的坡度怎么办?二、汽车行驶阻力二、汽车行驶阻力1.滚动阻力滚动阻力Ff :轮胎内部摩擦产生的轮胎内部摩擦产生的迟滞损失。这种迟滞损失表现为阻碍迟滞损失。这种迟滞损失表现为阻碍车轮运动的阻力偶。车轮运动的阻力偶。干扰阻力干扰阻力：汽车突出部件，如后视镜、：汽车突出部件，如后视镜、门把手、导水槽、驱动轴、悬架导向杆等，门把手、导水槽、驱动轴、悬架导向杆等，约占约占14。内循环阻力内循环阻力：发动机冷却系、车身通风：发动机冷却系、车身通风等气流

9、流过汽车内部，占等气流流过汽车内部，占12。诱导阻力诱导阻力：空气升力在水平方向的分力，：空气升力在水平方向的分力，占占7。摩擦阻力摩擦阻力：9。空气阻力空气阻力Fw正比于气流相对运动的动压正比于气流相对运动的动压力：力：影响影响 Fw 的因素：的因素：CD 和和 A由于乘坐空间的制约由于乘坐空间的制约A变化不大变化不大但但CD变化较大变化较大，195070年年 CD=0.40.6 1990年年CD=0.250.40 概念车概念车CD=0.2CD大小对轿车（高速）汽车的性能影响极大大小对轿车（高速）汽车的性能影响极大例如例如：帕萨特：帕萨特(Passat )CD=0.28前部低，前部低，过渡平

10、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。CD3.坡度阻力坡度阻力汽车上坡时，汽车重力沿着坡道的分力称为坡道阻力汽车上坡时，汽车重力沿着坡道的分力称为坡道阻力Fi，即：，即：Fi=Wsin=mgsin上坡行驶时，重力在垂直于路面的分力为上坡行驶时，重力在垂直于路面的分力为mgcos,则则滚动阻力滚动阻力Ff为：为：Ff=fmgcos 当当 较小时，较小时，sin tan

11、=i。则。则i=h/s=tg。实际上，除了山岭重丘之外，普通公路坡度一般实际上，除了山岭重丘之外，普通公路坡度一般小于小于5%。这时，坡道阻力可表示为。这时，坡道阻力可表示为 Fi=mgi同理，滚动阻力同理，滚动阻力Ff可表示为可表示为 Ff=fmgcos fmg 坡道阻力Fi和滚动阻力Ff均为与道路有关的行驶阻力，通常将这两个阻力合在一起，称作道路阻力F，即F=Ff+Fi=(i+f)mgmg则定义道路坡道阻力系数为=f+i4.加速阻力加速阻力汽车加速行驶时，需要克服本身质量加速运动的惯性力，该力称为加速阻力Ff。为了能用一个公式计算，一般把旋转质量惯性力偶矩在数值上等效转换为平移质量惯性力。

12、对于固定档位，常用系数作为考虑旋转质量力偶矩后的汽车旋转质量换算系数。这时，汽车的加速阻力Fj为式中：为汽车旋转质量换算系数，1；du/dt为汽车加速度。主要与发动机飞轮的转动惯量、车轮的转动惯量以及传动系统的转动比有关，即式中：Iw为车轮的转动惯量；If为飞轮的转动惯量。1.汽车行驶的驱动附着条件汽车行驶的驱动附着条件四、汽车行驶条件四、汽车行驶条件Adhensive force后驱动汽车后驱动汽车第三节第三节 动力性的评价方法：驱动力行驶阻力图动力性的评价方法：驱动力行驶阻力图一、驱动力行驶阻力图驱动力行驶阻力图只要汽车行驶，汽车行驶阻力中的滚动阻力只要汽车行驶，汽车行驶阻力中的滚动阻力F

13、f 和空气阻和空气阻力力Fw 就存在。在良好典型路面上，汽车驱动力与这两个就存在。在良好典型路面上，汽车驱动力与这两个阻力之差就是汽车可用于克服坡道阻力阻力之差就是汽车可用于克服坡道阻力Fi 或是汽车加速或是汽车加速需要克服的加速阻力需要克服的加速阻力Fj。这就是所谓的汽车驱动力和汽。这就是所谓的汽车驱动力和汽车行驶阻力的平衡。车行驶阻力的平衡。为了形象地说明汽车行驶时驱动力和行驶阻力的关系，通为了形象地说明汽车行驶时驱动力和行驶阻力的关系，通常将汽车驱动力常将汽车驱动力Ft 以及始终存在的两个行驶阻力以及始终存在的两个行驶阻力Ff 和和Fw 绘制成力和车速的关系曲线图，称为汽车驱动力行驶阻绘

14、制成力和车速的关系曲线图，称为汽车驱动力行驶阻力平衡图力平衡图.动力性指标(最高速度,加速能力,爬坡能力)便可分析汽车在附着条件良好路面上的行驶能便可分析汽车在附着条件良好路面上的行驶能力。即在油门全开时，汽车可能达到最高车速、加力。即在油门全开时，汽车可能达到最高车速、加速能力和爬坡能力。速能力和爬坡能力。行驶方程式反映了汽车行驶时，驱动力和外界阻力行驶方程式反映了汽车行驶时，驱动力和外界阻力之间的普遍情况。当已知条件：之间的普遍情况。当已知条件：图125汽车驱动力行驶阻力平衡图驱动力驱动力Ft1.1.最大速度和部分负荷时的力平衡最大速度和部分负荷时的力平衡以及以及 uamax 和部分负荷时

15、的等速和部分负荷时的等速2.2.加速能力加速能力3.3.最大爬坡度最大爬坡度2.加速能力加速能力 它用它用a aj j,但但a aj j不方便评价不方便评价。通常通常用用加速时间或加速距离加速时间或加速距离来评价来评价。图图1-251-25 汽车加速度速度图汽车加速度速度图加速度加速度aj图图127 加速度倒数曲线加速度倒数曲线 由驱动力、滚动阻力和空气阻力，就由驱动力、滚动阻力和空气阻力，就可按行驶方程式计算加速度及其倒数，从可按行驶方程式计算加速度及其倒数，从而求得加速时间或者加速距离。而求得加速时间或者加速距离。手工计算手工计算时时,一般忽略原地起步过程一般忽略原地起步过程的离合器打滑过

16、程的离合器打滑过程.即假设在最初时刻，即假设在最初时刻，汽车已具备起步换档所需的最低车速。汽车已具备起步换档所需的最低车速。换档时刻的确定：换档时刻的确定：若若I-III-II加速度曲加速度曲线线相交相交，则规定在，则规定在交点处换档交点处换档；若；若I-III-II的加速度曲线的加速度曲线不相交不相交，则规定在发动机，则规定在发动机最高转速处换档最高转速处换档；换档时间一般忽略不；换档时间一般忽略不计（正态分布计（正态分布t=0.20.4s)。计算加速时间的用途计算加速时间的用途：确定汽车加：确定汽车加速能力；传动系最佳匹配；合理选择发速能力；传动系最佳匹配；合理选择发动机的排量。动机的排量

17、。其前提条件是路面良好，克服其前提条件是路面良好，克服 Fw+Ff 后的全部力都用于克服坡道阻力，即后的全部力都用于克服坡道阻力，即3.利用驱动力利用驱动力-行驶阻力平衡图行驶阻力平衡图 确定汽车的爬坡能力确定汽车的爬坡能力二、动力特性图二、动力特性图动力因数动力因数第四节第四节 汽车的功率平衡汽车的功率平衡 汽车在行驶时驱动力与行驶阻力平衡汽车在行驶时驱动力与行驶阻力平衡 发动机输出功率也与行驶阻力功率平衡发动机输出功率也与行驶阻力功率平衡功率平衡图功率平衡图 用纵坐标表示功率，横坐标表示车用纵坐标表示功率，横坐标表示车速，将发动机功率与经常遇到的阻力功速，将发动机功率与经常遇到的阻力功率对

18、车速的关系绘制在直角坐标图上，率对车速的关系绘制在直角坐标图上，就得到功率平衡图。就得到功率平衡图。档位不同时车速的范围不同档位不同时车速的范围不同，但是，但是功率的功率的大小不变大小不变，只是各档的功率曲线对应的车速，只是各档的功率曲线对应的车速位置不同。低档时车速低，速度变化区域窄；位置不同。低档时车速低，速度变化区域窄；高档时车速高，所占速度变化区域大。高档时车速高，所占速度变化区域大。滚动阻力滚动阻力功率在功率在低速低速时近似为时近似为直线直线，而在，而在高速高速时是时是二次曲线二次曲线（低速、货车！）（低速、货车！）空气阻力空气阻力功率曲线为三次函数功率曲线为三次函数在在低速低速时以

19、时以滚动阻力滚动阻力功率为主，而在功率为主，而在高速高速时以时以空气阻力功率空气阻力功率为主。为主。汽车后备功率越大，汽车的动力性越好。汽车后备功率越大，汽车的动力性越好。利用后备功率也可确定汽车的利用后备功率也可确定汽车的爬坡度爬坡度和和加加速度速度。功率平衡也可描述汽车行驶时的发动机负功率平衡也可描述汽车行驶时的发动机负荷率，有利于分析汽车燃油经济性荷率，有利于分析汽车燃油经济性。后备功率后备功率离合器打滑过程分析离合器打滑过程分析 在在汽汽车车起起步步离离合合器器接接合合过过程程中中，离离合合器器从从动动盘盘上上的的扭扭矩矩是是随随离离合合器器同同步步时时间间和和接接合合时时转转速速的的

20、变变化化而而变变化化的的。离离合合器器的的实实际际接接合合过过程程如如右右图图所所示示。对对离离合合器器的的接接合合过过程程我我们们最最感感兴兴趣趣的的是是离离合合器器从从动动轴轴扭扭矩矩的的增长过程，它是时间增长过程，它是时间t的函数。的函数。返回发动机转速发动机转速离合器从动轴扭矩离合器从动轴扭矩离合器从动轴转速离合器从动轴转速换换档档规规律律汽汽车车在在实实际际行行驶驶时时，货货车车高高档档位位使使用用率率90%以以上上。为为了了合合理理利利用用有有限限的的档档位位，使使汽汽车车具具有有良良好好动动力力性性和和燃燃料料经经济济性性，将将传传动动比比间间隔隔由由低低档档到到高高档档逐逐渐渐

21、减减小小的的偏偏等等比比级级数数分分配配各各档档传传动动比比，使使变变速速器器在在不不同同档档位位工工作作时时发发动动机机的的转转速速范范围围不不同同。低低档档时时转转速速范范围围宽宽，而而高高档档时时窄窄，使使高高档档两两档档之之间间的的重重合合区区域域增增大大。当当汽汽车车高高速速行行驶驶变变速速器器在在高高档档之之间间换换档档时时，发发动动机机功功率率下下降降较较小小，在在发发动动机机工工作作区区内平均功率较大。内平均功率较大。就燃料经济性，高档之间的传动比间隔减就燃料经济性，高档之间的传动比间隔减小，增加了发动机在经济区工作的可能性，小，增加了发动机在经济区工作的可能性，可降低燃料消耗

22、量。可降低燃料消耗量。为了保证汽车的动力性，应使汽车在为了保证汽车的动力性，应使汽车在较低的档位行驶。较低的档位行驶。换档点的选择问题，应该在两档车速换档点的选择问题，应该在两档车速驱动力曲线相交时刻换档。驱动力曲线相交时刻换档。在保证动力性的换档程序中，以驱动在保证动力性的换档程序中，以驱动轮上驱动力的大小来判断相邻两个档位轮上驱动力的大小来判断相邻两个档位之间是否有交叉点。之间是否有交叉点。动力性换档规律 汽车在一定的道路条件下按一定的工况行驶汽车在一定的道路条件下按一定的工况行驶时，某时刻所需驱动功率一定，传动效率变化时，某时刻所需驱动功率一定，传动效率变化很小。汽车行驶的燃油消耗量与发

23、动机的比油很小。汽车行驶的燃油消耗量与发动机的比油耗成正比。在经济性换档程序中，以发动机的耗成正比。在经济性换档程序中，以发动机的比油耗作为换档判别依据，保证汽车总是以使比油耗作为换档判别依据，保证汽车总是以使发动机比油耗最小的档位行驶。在汽车运行工发动机比油耗最小的档位行驶。在汽车运行工况中，速度是时间的连续函数，因此在经济性况中，速度是时间的连续函数，因此在经济性换档程序中，考虑了当前档换档程序中，考虑了当前档i以及以及i+1+1和和i-1-1档的档的经济性，从这三个档位中选取比油耗最小的档经济性，从这三个档位中选取比油耗最小的档位作为该时刻变速器的工作档位。位作为该时刻变速器的工作档位。

24、经济性换档规律1.如何利用汽车行驶方程式求轮如何利用汽车行驶方程式求轮式汽车的极限加速度式汽车的极限加速度？2.在计算汽车动力性时所使用的发在计算汽车动力性时所使用的发动机功率与计算汽车燃料经济性时动机功率与计算汽车燃料经济性时所使用的发动机功率有何不同？所使用的发动机功率有何不同？在计算汽车动力性时所使用的发动在计算汽车动力性时所使用的发动机功率与计算汽车燃料经济性时所使机功率与计算汽车燃料经济性时所使用的发动机功率有何不同？用的发动机功率有何不同？前者使用是发动机的外特性。即前者使用是发动机的外特性。即后者利用阻力功率反推求得发动机输出功率后者利用阻力功率反推求得发动机输出功率第五节第五节

25、 影响汽车动力性的主要因素影响汽车动力性的主要因素一、发动机参数的影响一、发动机参数的影响1，发动机的最大功率的影响，发动机的最大功率的影响2，发动机的最大转矩的影响，发动机的最大转矩的影响3，发动机的外特性，发动机的外特性二、传动系的影响二、传动系的影响1，传动系的效率，传动系的效率2，主减速器传动比，主减速器传动比3，传动系的挡数，传动系的挡数4，变速器传动比，变速器传动比三、空气阻力系数的影响三、空气阻力系数的影响四、汽车质量的影响四、汽车质量的影响五、轮胎的尺寸，形式的影响五、轮胎的尺寸，形式的影响1，轮胎半径，轮胎半径2，轮胎花纹，形式，轮胎花纹，形式六、使用条件的影响六、使用条件的

26、影响汽车滑行试验方法汽车滑行试验方法执行标准执行标准:GB/T 12536-90试验要点试验要点:1、第五轮仪或相应的车速、行程记录装置，精度不低于、第五轮仪或相应的车速、行程记录装置，精度不低于0.5%。2、在长约、在长约100Om的试验路段两端立上标杆作为滑行区段，汽车在进入滑行区段前车速应的试验路段两端立上标杆作为滑行区段，汽车在进入滑行区段前车速应稍大于稍大于5Okm/h。汽车驶入滑行区段前，驾驶员将变速器排档放入空档汽车驶入滑行区段前，驾驶员将变速器排档放入空档(松开离合器踏板松开离合器踏板)，汽车开始滑行。，汽车开始滑行。当当50km/h时时(汽车应进入滑行区段汽车应进入滑行区段)，用第五轮仪进行记录，直至汽车完全停住为止。，用第五轮仪进行记录，直至汽车完全停住为止。在滑行过程中，驾驶员不得转动方向盘。在滑行过程中，驾驶员不得转动方向盘。滑行图片