汽车整车性能与检测资源2

学习情境2汽车动力性能检测学习目标：通过本学习情境的学习，你将做到：1）能对汽车的动力性能进行评价和分析。2）能提出改善汽车动力性能的方法。3）能够制定工作计划并完成汽车动力性能的检测任务。4）能对检测结果进行分析判定。情境描述：维修站业务接待员接待一位客户，客户反映他驾驶的丰田轿车在公路上行驶加速、爬坡无力，要求对汽车动力性能进行检测。售后服务经理要求你承接此项工作，做出工作计划和信息采集，并完成该车动力性能的检测工作。咨询：要完成上述工作，必须具备的知识和技能有：1）汽车动力性能评价指标及其影响因素。2）汽车动力性能检测设备的结构、原理和使用方法。3）汽车动力性能的检测方法。4）国家相关的检测标准。根据以上分析，汽车动力性能检测的学习情境可通过实施以下四个工作任务来完成：汽车动力性能分析汽车发动机功率检测汽车底盘输出功率检测汽车动力性能道路试验工作任务1：汽车动力性能分析【基础知识】一、汽车动力性能评价指标汽车的动力性能由以下3方面指标来评价：1、汽车的最高车速uamax(km/h)汽车的最高车速是指汽车以厂定最大总质量状态在风速≤3m/s的条件下，在干燥、清洁、平坦的混凝土或沥青路面上，汽车直线行驶能够达到的最高稳定行驶速度。2、汽车的加速能力汽车的加速能力是指汽车在各种使用条件下迅速增加行驶速度的能力，通常用加速过程中的加速时间来评定。加速时间是指汽车以厂定最大总质量状态在风速≤3m/s的条件下，在干燥、清洁、平坦的混凝土或沥青路面上，由某一低速加速到某一高速所需的时间。汽车加速时间包括原地起步加速时间和超车加速时间两种。（1）原地起步加速时间指汽车由低档起步，并以最大的加速强度逐步换至最高档，达到某一车速或距离所需的时间。一般常用原地起步行驶，从0→100km/h车速所需的时间来表明汽车原地起步加速时间；也有用原地起步从以0→400m距离所需的时间来表明汽车原地起步加速时间。工作任务1：汽车动力性能分析【基础知识】（2）超车加速时间指用高档由某一较低车速全力加速至某一高速所需的时间。因为超车时汽车与被超车辆并行，容易发生交通安全事故，所以，超车加速能力强，并行行驶时间短，行驶就安全。超车加速能力采用较多的是用高档由30～40㎞/h全力加速行驶至某一高速所需的时间来表示。还有用车速——加速时间关系的加速曲线来全面反映汽车的加速能力。3、汽车的上坡能力汽车的上坡能力是指在风速≤3m/s的条件下，汽车满载时在良好路面上的最大爬坡度imax来表示。最大爬坡度是指一档时的最大爬坡度。轿车最高车速高，加速时间短，经常行驶在良好路面上，一般不强调它的爬坡能力，但实际上它的低档加速能力大，故爬坡能力也强。货车在各种路面上行驶，要求具有足够的爬坡能力，一般在30%即16.7°左右。越野汽车要在坏路或无路条件下行驶，故它的最大爬坡度要求达到60%即31°左右。工作任务1：汽车动力性能分析【基础知识】二、汽车的驱动力与行驶阻力1．汽车的驱动力Ft汽车发动机发出的转矩，经传动系传给驱动车轮，此时作用于驱动车轮上的转矩Tt可由下式求得：式中Ttq——发动机转矩(N·m)ig——i0——主减速器传动比；ηT——驱动车轮在Tt的作用下，在其与地面的接触处，车轮对地面作用一圆周力F0，与此同时，地面给驱动车轮一反作用力Ft，Ft即为驱动力，其值为：式中r——车轮半径（m将式(2-1)代入式(2-2)，得：上式即为驱动力的计算公式，由此看出汽车的驱动力是一个变量，其数值大小与变速器所处的档位有关，与发动机输出转矩有关。TgtqtiiTT0rTFttriiTFTogtqt工作任务1：汽车动力性能分析【基础知识】2．汽车的行驶阻力汽车运动时需要克服运动中所遇到的各种阻力。这些阻力包括汽车在水平道路上等速行驶时来自汽车赖以行驶的地面的滚动阻力和来自汽车周围的空气阻力；汽车上坡行驶时的上坡阻力以及汽车在加速行驶过程中产生的加速阻力。因此汽车行驶的总阻力为：∑F＝Ff＋Fw＋Fi＋Fj在上述各种阻力中，滚动阻力和空气阻力在任何行驶条件下都是存在的。克服这两个阻力所消耗的能量是纯消耗，不能回收利用。但坡度阻力和加速阻力并不是这样，它们可分别在下坡和滑行时重新利用。并且上坡阻力只在汽车上坡行驶时存在，在水平道路上行驶时没有；加速阻力只在汽车加速行驶时存在，等速行驶时没有加速阻力。工作任务1：汽车动力性能分析【基础知识】（1）滚动阻力Ff滚动阻力是当车轮在路面上滚动时，由于两者间的相互作用和相应变形所引起的能量损失的总称。车轮滚动时，轮胎与路面的接触区域产生相互作用力，轮胎和支承路面发生相应的变形。由于轮胎和支承面的相对刚度不同，它们的变形特点也不同。当弹性轮胎在混凝土路、沥青路等硬路面上滚动时，轮胎的变形是主要的。这时，轮胎由于有内部摩擦产生弹性迟滞损失，使轮胎变形时，损耗了一部分能量，如图2-2b）中OCADEO的面积大小。车轮在软路面上的滚动损失大部分是消耗于土壤的变形损失，即土壤变形时其微粒间的机械摩擦损失。汽车行驶时，滚动阻力可用下式计算：式中：G—汽车的重力（N）；f—滚动阻力系数。GfFf工作任务1：汽车动力性能分析【基础知识】滚动阻力系数由试验确定，其数值与以下因素有关：1）轮胎的结构、材料和气压。在保证轮胎具有足够的强度和使用寿命的条件下，采用较少的帘布层、较薄的胎体以及采用较好的轮胎材料均可减少轮胎滚动时的迟滞损失，减小滚动阻力系数。子午线轮胎的滚动阻力系数较低。在软路面上行驶的汽车，采用大直径宽轮缘的轮胎，使其与路面的接触面积增加，减小路面变形，因而可得较小的滚动阻力系数。轮胎的充气压力对滚动阻力系数数值影响很大，在硬路面上行驶的汽车，为了提高汽车的行驶平顺性及车轮与道路的附着性能而多采用低压轮胎，轮胎气压降低，轮胎在滚动过程中的变形加大，迟滞损失增加，因而低压轮胎比高压轮胎有较高的滚动阻力系数；在软路面上行驶的汽车，降低轮胎气压可增大轮胎与地面的接触面积，降低轮胎对地面的单位压力，减小土壤变形，轮辙深度变浅。因而由于土壤变形而引起的滚动阻力减小，滚动阻力系数较小。但过多的降低轮胎气压，致使轮胎变形过大，由于轮胎变形而引起的滚动阻力急速增长，亦可导致滚动阻力系数增加。故在软路面上行驶的轮胎，对于一定的使用条件有一最佳轮胎气压值。2）行驶车速。行驶速度较低时，滚动阻力系数无显著变化，但在高速行驶时，由于轮胎质量的惯性影响，迟滞损失随变形速度的提高而加大，滚动阻力系数迅速增长。当车速达到某一临界车速时，轮胎会发生驻波现象，即由于轮胎变形速度提高，轮胎来不及恢复原形而使轮胎周缘不再是圆形而呈明显的波浪形;出现驻波后，不但滚动阻力系数显著增加，轮胎的温度也很快增加到100℃以上，胎面与轮胎帘布层脱落，会出现爆胎现象。3）径向载荷。滚动阻力系数与径向载荷有一定关系，载荷增加使轮胎变形增加，加大迟滞损失，因而滚动阻力系数也增加，但影响很小，所以可以认为滚动阻力系数不随径向载荷的大小而变化。4）路面状况。混凝土路面、沥青路面、碎石路面、土路、沙地、雪地、冰道等路面类型和干燥、潮湿、有无尘土和雪等表层、高低凹凸不平程度等表面状态以及道路粒度、多孔度、抗压强度、抗剪强度等力学物理性质都会影响路面有无变形、变形的大小和性质。不仅如此，在不同路面上，不同的轮胎型式、结构、材料、尺寸、气压和不同的行驶车速、受力情况对滚动阻力系数的影响也不相同。所以，不同路面，尤其是在各种因素的综合影响下，所有的滚动阻力系数能在很大的范围内变动。即使同一种轮胎沿各种类型路面滚动时的滚动阻力系数差别也很大。所以在汽车工程的实际应用中，滚动阻力系数可近似地按路面类型取用，而忽略其他因素的影响。工作任务1：汽车动力性能分析【基础知识】（2）空气阻力Fw汽车在空气介质中运动，空气介质本身也有运动，这均将对汽车的运动产生阻力。汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力称为空气阻力。空气阻力由两大部分组成：一是具有粘性的空气对车身表面的摩擦作用产生的阻力，称为摩擦阻力；二是作用在汽车外形表面上的法向压力在行驶方向上的分力，称为压力阻力。压力阻力又可分为形状阻力、干扰阻力、内循环阻力和诱导阻力四部分。形状阻力是由汽车形状引起的阻力，与车身主体形状有关；干扰阻力是车身表面上一些如把手、后视镜、引水槽、驱动轴等突起物而引起的阻力；内循环阻力为发动机冷却系统以及车身通风等所需要的空气在车体内部流动时形成的阻力；诱导阻力是汽车行驶时的空气升力沿行驶方向上的分力。一般在轿车中，形状阻力占58%，干扰阻力右14%，内循环阻力占12%，诱导阻力占7%，摩擦阻力占9%。汽车匀速行驶时，且无风条件下，空气阻力可用下式计算：式中：CD—空气阻力系数；A—汽车的迎风面积（m2）；ua—汽车与空气的相对速度（km/h）。空气阻力系数值可由道路试验、风洞试验等方法求得。迎风面积是汽车在其纵轴的垂直平面上投影的面积，这面积可直接在投影面上测得，亦常用汽车的轮距与汽车的高度之乘积近似地表示。以近似法求得的面积，对轿车来说常较实际面积大5%～10%，而对货车则常小5%～10%，计算时应加以校正。15.212aDwAUCF工作任务1：汽车动力性能分析【基础知识】（3）上坡阻力Fi汽车上坡行驶时，汽车重力沿坡道的分力称为汽车上坡阻力，如图2-3所示。图2-3汽车的上坡阻力汽车上坡行驶时，上坡阻力可用下式计算：当坡度角不大时(ａ15°），坡度阻力可近似用下式计算Fi=Gi。由于坡度阻力与滚动阻力都是与道路有关的阻力，而且都和汽车重力成正比，所以可把这两种阻力合在一起考虑，称为道路阻力。sinGFi工作任务1：汽车动力性能分析【基础知识】（4）加速阻力Fj汽车加速行驶时产生的惯性力就是加速阻力，可用下式计算：式中：δ——汽车旋转质量换算系数；G——汽车重力（N）；g——重力加速度（m/s2）；du/dt——汽车行驶加速度（m/s2）。汽车的质量包括平移质量和旋转质量两部分，加速时平移质量产生惯性力，旋转质量(主要是曲轴、车轮、离合器总成和所有车轮)产生惯性力偶矩。为了计算方便，通常把旋转质量的惯性力偶矩转化为平移质量的惯性力，计算时，用系数δ作为旋转质量惯性力偶矩的汽车质量换算系数。dtdvgGFj工作任务1：汽车动力性能分析【基础知识】三、汽车行驶的驱动与附着条件1．汽车行驶的驱动条件由汽车驱动力平衡方程Ft＝Ff＋Fw＋Fi＋Fj可知：Ft＝Ff＋Ft＋Fi汽车将等速行驶;FtFf＋Ft＋Fi汽车将加速行驶;FtFf＋Ft＋Fi汽车将无法开动或减速行驶以至停车。可见汽车行驶的驱动条件是：Ft≥Ff＋Ft＋Fi汽车行驶的驱动条件是汽车行驶的必要条件，但还不是汽车行驶的充分条件，它反应了汽车本身的行驶能力。可以采用增加发动机转矩、加大传动比的办法来增大汽车的驱动力，以保证汽车的驱动条件。2．汽车行驶的附着条件（1）附着力FΦ无侧向力作用时，地面对轮胎切向反作用力的极限值称为附着力FΦ。在硬路面上，它与地面对驱动轮的法向反作用力成正比。式中：FZ——地面对驱动轮的法向反作用力（N）；Φ——附着系数。ZFF工作任务1：汽车动力性能分析【基础知识】（2）附着系数Φ附着系数表示轮胎与路面的接触强度。主要受以下因素影响：1)路面的种类和状况。路面种类和状况对附着系数的影响见表2-1。松软土壤的抗剪强度较低，其附着系数较小。潮湿、泥泞的土路、土壤表层因吸水量多抗剪强度更差，附着系数下降很多，是汽车越野行驶困难的原因之一。坚硬路面的附着系数较大，因为在硬路面上，轮胎的变形远较路面的变形为大，路面的坚硬微凸起部分嵌入轮胎的接触表面，使接触强度增大。路面被污物(细沙、尘土、油污、泥)覆盖时，路面的凹凸不平被填充，或路面潮湿时有水起润滑作用，都使下降20%～60%，甚至更多。路面的结构对排水能力也有很大影响。路面的宏观结构应有一定的不平度而具有自动排水的能力;路面的微观结构应是粗糙而且有一定的尖锐棱角，以穿透水膜直接与胎面接触。轮胎花纹对附着系数的影响也较大，具有细而浅花纹的轮胎，在硬路面上有较好的附