第二章 汽车动力性本节课内容提要汽车动力性概念 汽车动力性指标 驱动轮受力分析.第二章 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 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 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最高车速，是指汽车在平最高车速，是指汽车在平 直、良好道路（混凝土或直、良好道路（混凝土或 柏油）上所能达到的平均柏油）上所能达到的平均 最高行驶车速。最高行驶车速。Max. SpeedGB/T1254490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超车加速时间以最高档或次高档，以最大加速 强度,把握最好的换档时机,加速至某 一高速所用的时间。原地起步加速时间由I或II档起步，以最大加速 强度, 并考虑换档时机，一般用0 400m或者0（96.6mile/ h) 100km/h的时间表示原地起步的 加速时间。Acceleration time汽车加速度曲线GB/T1254390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imax来表示。 商用车30或16.5； 越野汽车60或31； 轿车最高车速较大， 且通常在良好的 市区道路行驶，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 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/T 12539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 汽车受力分析 汽车行驶方程式是：汽车动力传递路线：发动机离合器变速器副变 速器传动轴主减速器差速器半轴轮边减速 器车轮 图22 汽车驱动力Tractive Force一、汽车的驱动力主减速器传动比 部分负荷特性：节气门部分开启时，转 矩或功率等与转速的关系 使用特性曲线：即带有附件时的负荷特 性，通常汽油机小15，而柴油机小10外特性曲线：节气门(油门)全开时，转 矩或功率等与转速的关系图1-3 汽油发动机外特性Braking TorqueBraking Horsepower2.传动系机械效率T 主要损失部件 变速器和主减速器(含差速器) 主要损失形式 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、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 =0.96 68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 轿车T=0.900.92商用车T=0.820.85越野车T=0.800.853.车轮半径 r 自由半径 r (无载状态) 静力半径 rs (静载状态) 滚动半径 rr= rs = r=s/(2n) (负载运 动状态)S行驶距离，n转动圈数 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： 用Ft-ua曲线图来全面地描 述汽车的驱动力。若已知外特 性曲线、传动系速比、传动系 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 1.滚动阻力Ff : 轮胎内部摩擦产生的 迟滞损失。这种迟滞损失表现为阻碍车 轮运动的阻力偶。 定义：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 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58。 干扰阻力：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，约 占14。 内循环阻力：发动机冷却系、车身通风 等气流流过汽车内部，占12。 诱导阻力：空气升力在水平方向的分力 ，占7。 摩擦阻力：9。 空气阻力Fw正比于气流相对运动的动压 力：影响 Fw 的因素：CD 和 A 由于乘坐空间的制约A变化不大 但CD变化较大，195070年 CD =0.40.61990年CD =0.250.40概念车CD =0.2 CD大小对轿车（高速）汽车的性能影响极大 例如：帕萨特 (Passat ) CD= 0.28前部低， 过渡平滑， 后部加扰流板， 掠背式， 底部导流，平整化，向后应逐 步升高， 整车俯视形状为腰鼓式， 改进通风进口、出口位置， 商用车顶部安装导流罩系统。CD3.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Fi ，即： Fi=Wsin=mgsin 上坡行驶时，重力在垂直于路面的分力为mgcos ,则 滚动阻力Ff为： Ff=fmgcos 当 较小时，sintan=i。则i=h/s=tg。实 际上，除了山岭重丘之外，普通公路坡度一般小 于5%。这时，坡道阻力可表示为Fi=mgi 同理，滚动阻力Ff可表示为Ff=fmgcosfmg 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)mg mg 则定义道路坡道阻力系数 为 =f+i 4.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。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四、汽车行驶条件Adhensive force后驱动汽车第三节 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 只要汽车行驶，汽车行驶阻力中的滚动阻力Ff 和空气阻 力Fw 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Fi 或是汽车加速需要 克服的加速阻力Fj 。这就是所谓的汽车驱动力和汽车行驶 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 常将汽车驱动力Ft 以及始终存在的两个行驶阻力Ff 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 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。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： 图125 汽车驱动力行驶阻力平衡图驱动力Ft1. 最大速度和部分负荷时的力平衡以及 uamax 和部分负荷时的等速2. 加速能力3. 最大爬坡度 2. 加速能力 它用aj,但aj不方便评价 。通常用加速时间或加速距离来评价。 图1-25 汽车加速度速度图加速度aj 图127 加速度倒数曲线由驱动力、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 而求得加速时间或者加速距离。 手工计算时,一般忽略原地起步过程 的离合器打滑过程.即假设在最初时刻 ，汽车已具备起步换档所需的最低车速 。 换档时刻的确定：若I-II加速度曲 线相交，则规定在交点处换档；若I-II 的加速度曲线不相交，则规定在发动机 最高转速处换档；换档时间一般忽略不 计（正态分布t=0.20.4s)。 计算加速时间的用途：确定汽车加 速能力；传动系最佳匹配；合理选择发 动机的排量。 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3. 利用驱动力-行驶阻力平衡图确定汽车的爬坡能力二、动力特性图动力因数第四节 汽车的功率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 功率平衡图 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 率对车速的关系绘制在直角坐标图上， 就得到功率平衡图。 档位不同时车速的范围不同，但是功率的大小不变，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；高档时车速高，所占速度变化区域大。 滚动阻力功率在低速时近似为直线，而在高速时是二次曲线（低速、货车！） 空气阻力功率曲线为三次函数 在低速时以滚动阻力功率为主，而在高速时以空气阻力功率为主。 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爬坡度和加 速度。 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。后备功率离合器打滑过程分析在汽车起步离合器接合过程中， 离合器从动盘上的扭矩是随离合器 同步时间和接合时转速的变化而变 化的。离合器的实际接合过程如右 图所示。对离合器的接合过程我们 最感兴趣的是离合器从动轴扭矩的 增长过程，它是时间t的函数。返回发动机转速离合器从动轴扭矩离合器从动轴转速换 档 规 律汽车在实际行驶时，货车高档位使用率 90%以上。为了合理利用有限的档位，使汽 车具有良好动力性和燃料经济性，将传动比 间隔由低档到高档逐渐减小的偏等比级数分 配各档传动比，使变速器在不同档位工作时 发动机的转速范围不同。低档时转速范围宽 ，而高档时窄，使高档两档之间的重合区域 增大。当汽车高速行驶变速器在高档之间换 档时，发动机功率下降较小，在发动机工作 区内平均功率较大。 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， 可降低燃料消耗量。 换档时刻选择为了保证汽车的动力性，应使汽车在 较低的档位行驶。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。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 之间是否有交叉点。 动力性换档规律换档时刻选择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 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 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 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i以及i+1和i-1档的 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。 经济性换档规律1. 如何利用汽车行驶方程式求轮 式汽车的极限加速度？2. 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 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？ 前者使用是发动机的外