汽车理论教程2

汽车理论第二讲主讲教师：杨志华学时：482第一章汽车动力性本节重点计算并分析汽车行驶过程中的驱动力和行驶阻力。第二节汽车的驱动力与行驶阻力返回目录3TtF0Ftrua第二节汽车的驱动力与行驶阻力一、驱动力Ft驱动力Ft：发动机产生的转矩经传动系传到驱动轮，产生驱动力矩Tt，驱动轮在Tt的作用下给地面作用一圆周力F0，地面对驱动轮的反作用力Ft即为驱动力。4TtF0Ftrtqg0TtTiiFrrTFttttqg0TTTiiuaTt—驱动力矩；Ttq—发动机转矩；第二节汽车的驱动力与行驶阻力一、驱动力Ftig—变速器传动比；i0—主减速器传动比；ηT—传动系的机械效率。5riiTFT0gtqt能否解释为什么汽车低挡的加速能力好于高挡？思考Ft与发动机转矩Ttq、变速器传动比ig、主减速器传动比i0、传动系的机械效率ηT和车轮半径r等因素有关。第二节汽车的驱动力与行驶阻力由可知6驱动力和车速都与发动机特性有直接关系，可以通过发动机特性曲线找出驱动力与车速之间的关系。发动机uaFt计算驱动力是为了确定汽车的动力性指标，也即要找出驱动力和车速的关系。第二节汽车的驱动力与行驶阻力7发动机的转速特性，即Pe、Ttq和b与n的关系曲线。节气门开启程度的不同外特性曲线部分负荷特性曲线思考计算汽车动力性指标时，需要用什么特性曲线？1.发动机的转速特性第二节汽车的驱动力与行驶阻力89550tqenTP第二节汽车的驱动力与行驶阻力外特性：节气门全开时,发动机转矩Ttq和功率Pe与转速n的关系。对于动力性分析而言，讨论的是汽车的最大运动能力，所以发动机特性都按外特性确定。9发动机转速特性曲线第二节汽车的驱动力与行驶阻力10第二节汽车的驱动力与行驶阻力带上全部附件设备时的发动机特性曲线，称为使用外特性曲线。一般，使用外特性与外特性相比：汽油机的最大功率约小15%；货车柴油机的最大功率约小5%；轿车与轻型货车柴油机的最大功率约小10%。11inTinTPPP等速行驶时einPPeTeTeT1PPPPPPT－传动系损失的功率。Pin—输入传动系的功率；第二节汽车的驱动力与行驶阻力2.传动系的机械效率ηT12转速机械损失液力损失转矩齿轮对数过低，热容量小过高，搅油损失大油面高度温度润滑油品质直接挡ηT最高ηT高损失小齿轮对数少ηT高损失的比重小损失大Ttq大传动系损失的功率PT主要与哪些因素有关？第二节汽车的驱动力与行驶阻力PT思考13部件名称ηT4～6挡变速器95%辅助变速器（副变速器或分动器）95%8挡以上变速器90%单级减速主减速器96%双级减速主减速器92%传动轴的万向节98%第二节汽车的驱动力与行驶阻力表1-1传动系各部件的传动效率14自由半径：车轮处于无载时的半径。静力半径rs：汽车静止时，车轮中心至轮胎与道路接触面间的距离。滚动半径rr：车轮几何中心到速度瞬心的距离。第二节汽车的驱动力与行驶阻力3.车轮半径上述三个术语的含义和应用范围均有不同，但在一般性分析、计算时，通常不计它们的差别，统称为车轮半径，符号记做r。15riiTFT0gtqt0ga377.0iinru做出的Ft-ua关系图，即驱动力图。依据下面两式其中Ttq来自发动机外特性曲线第二节汽车的驱动力与行驶阻力4.汽车的驱动力图161tF2tF3tF4tF5tF第二节汽车的驱动力与行驶阻力riiTFT0gtqt0ga377.0iinru17jiwfFFFFF滚动阻力Ff第二节汽车的驱动力与行驶阻力二、汽车的行驶阻力汽车在行驶过程中将会遇到哪些行驶阻力？如何保证汽车可以加速或爬坡？空气阻力Fw坡度阻力Fi加速阻力Fj汽车行驶总阻力思考需要注意的是，这四种阻力并不一定同时存在。比如，汽车在水平路面上匀速行驶时，就没有坡度阻力和加速阻力，即，上式中的Fi和Fj都等于0。18软路面上硬路面上产生滚动阻力的主要原因轮胎变形轮胎变形和路面变形轮胎变形为什么会产生滚动阻力？轮胎的迟滞损失：轮胎在加载变形时所消耗的能量在卸载恢复时不能完全收回，一部分能量消耗在轮胎内部摩擦损失上，产生热量，这种损失称为轮胎的迟滞损失。1.滚动阻力Ff第二节汽车的驱动力与行驶阻力思考19ua加载变形区卸载变形区n'n思考由轮胎的迟滞损失图看，在轮胎径向变形相同的情况下，地面作用在加载变形区与卸载变形区的法向反力是否相等？第二节汽车的驱动力与行驶阻力20aun'nW'dd1pF1XFaun'nWp1F1XFaraun'nW1pF1XFZFZFOEFCDAhZF1）从动轮受力分析第二节汽车的驱动力与行驶阻力FZdFZd’fTZF21aFTZff1pTrFraFrTFZf1prafp1FWfWFf1pWfFfrTFfff—滚动阻力系数第二节汽车的驱动力与行驶阻力aun'nWp1F1XFarZFaun'nW1pF1XFfTZF令即，对于从动轮而言，滚动阻力就是地面给车轮的阻力。22auWp2F2XFZFtTaraFTrFZXt2ftTTrTrTFXft2ftFF即路面真正作用于驱动轮的切向力FX2比驱动力Ft要小，其差异就是滚动阻力。2）驱动轮受力分析第二节汽车的驱动力与行驶阻力对于汽车性能分析而言，我们无需细究驱动轮和从动轮的不同受力状况，而只需要知道整车受到的总的滚动阻力：Ff=GfG—整车重力；f—滚动阻力系数。其中，滚动阻力系数f是一个很重要的参数。它的大小，和轮胎结构、轮胎气压、法向载荷、行驶车速和道路条件等因素有关。在一般性分析、计算中，常认为在确定车辆和路面的条件下，滚动阻力系数是常数。比如，普通轮胎在正常充气压力下，在常见的沥青或混凝土路面上，滚动阻力系数大约在0.012-0.018范围内。244a4a10100100ufufffua高f大货车f=0.0076+0.000056ua3）具体影响因素第二节汽车的驱动力与行驶阻力轿车（1）车速ua25子午线轮胎比斜交轮胎的滚动阻力小20%～30％；滚动阻力与轮胎的帘线（棉、人造丝、尼龙、钢丝）和橡胶品质有关。（2）轮胎结构第二节汽车的驱动力与行驶阻力26（3）气压第二节汽车的驱动力与行驶阻力气压越高，轮胎变形及由其产生的迟滞损失就越小，滚动阻力也越小。27路面类型滚动阻力系数良好的沥青或混凝土路面0.010~0.018一般的沥青或混凝土路面0.018~0.020碎石路面0.020~0.025良好的卵石路面0.025~0.030坑洼的卵石路面0.035~0.050压紧土路干燥的0.025~0.035雨后的0.050~0.150泥泞土路（雨季或解冻期）0.100~0.250干沙0.100~0.300湿沙0.060~0.150结冰路面0.015~0.030压紧的雪道0.030~0.050第二节汽车的驱动力与行驶阻力由轮胎与土壤之间的粘着性所致（4）路面条件表1-2滚动阻力系数f的数值28第二节汽车的驱动力与行驶阻力本讲内容到此结束汽车理论第三讲主讲教师：杨志华学时：48对于汽车性能分析而言，我们无需细究驱动轮和从动轮的不同受力状况，而只需要知道整车受到的总的滚动阻力：Ff=GfG—整车重力；f—滚动阻力系数。其中，滚动阻力系数f是一个很重要的参数。它的大小，和轮胎结构、轮胎气压、法向载荷、行驶车速和道路条件等因素有关。在一般性分析、计算中，常认为在确定车辆和路面的条件下，滚动阻力系数是常数。比如，普通轮胎在正常充气压力下，在常见的沥青或混凝土路面上，滚动阻力系数大约在0.012-0.018范围内。31（1）压力阻力（占91％）汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向的分力称为空气阻力。作用在汽车外形表面上的法向压力的合力在行驶方向上的分力。2.空气阻力FW第二节汽车的驱动力与行驶阻力二、汽车的行驶阻力32取决于车身主体形状。1）形状阻力第二节汽车的驱动力与行驶阻力33后视镜车身表面的凸起物引起的阻力。2）干扰阻力第二节汽车的驱动力与行驶阻力34后视镜后视镜设计也要注重流线形第二节汽车的驱动力与行驶阻力35后视镜第二节汽车的驱动力与行驶阻力36门把手第二节汽车的驱动力与行驶阻力37悬架导向杆和传动轴第二节汽车的驱动力与行驶阻力38满足冷却、通风等需要，使空气流经车体内部时构成的阻力。4）诱导阻力空气升力在水平方向的投影。第二节汽车的驱动力与行驶阻力3）内循环阻力由于流经车顶的气流速度大于流经车底的气流速度，使得车底的空气压力大于车顶，从而空气作用在车身上的垂直方向的压力形成压差，这就是空气升力。39思考夏季在高速公路上开空调省油还是开窗通风省油？第二节汽车的驱动力与行驶阻力打开天窗换气和打开侧窗换气有何不同？打开天窗换气时，天窗上方的压力低于车内的压力。（2）摩擦阻力（9％）由于空气粘性作用在车身表面产生的切向力的合力在行驶方向的分力。汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向的分力称为空气阻力。（也就是我们常说的“风阻”。）第二节汽车的驱动力与行驶阻力汽车理论吉林大学远程教育学院15.212aDwAuCF空气阻力的计算：其中，CD—空气阻力系数；A—迎风面积（m2）；Ua—车速（km/h）。需要注意，上式必须按指定的单位计算，得到的空气阻力Fw单位就是N。[N]（3）空气阻力FW的计算41减小CD值要遵循的要点总结如下：第二节汽车的驱动力与行驶阻力42第二节汽车的驱动力与行驶阻力未来轿车的外形43车型空气阻力系数CD帕萨特0.28奥迪A40.28现代0.29奔驰C级0.26奔驰S级0.27保时捷0.31陆虎览胜0.38第二节汽车的驱动力与行驶阻力在现代汽车设计中，通过降低空气阻力系数来提高车辆的动力性（和燃油经济性）是非常重要的。下面是一些常见车型的空气阻力系数。44isinFG汽车重力沿坡道的分力。第二节汽车的驱动力与行驶阻力3.坡度阻力Fi45路面imax高速公路平原微丘区3%高速公路山岭重丘区5%一级汽车专用公路平原微丘区5%一级汽车专用公路平原重丘区6%四级公路平原微丘区6%四级公路平原重丘区9%一般道路的坡度均较小。一些常见路面的坡度第二节汽车的驱动力与行驶阻力46itansinGiGGFtansini第二节汽车的驱动力与行驶阻力47道路阻力cosψ()FGfGiGfiψfiFFFsincosGGf第二节汽车的驱动力与行驶阻力滚动阻力和坡度阻力之和。一般道路较小，≈1，≈i令f+i=ψ，ψ为道路阻力系数ψFGsin48平移质量的惯性力旋转质量的惯性力偶矩第二节汽车的驱动力与行驶阻力汽车加速行驶时，克服其质量加速运动时的惯性力。tumFddj22fg0Tw22111IiiImrmrδ—旋转质量换算系数IW—车轮转动惯量；If—飞轮转动惯量。4.加速阻力49第二节汽车的驱动力与行驶阻力挡位不同，δ值不同50总质量越小的车，旋转质量换算系数值越大。第二节汽车的驱动力与行驶阻力总质量不同，δ值不同51旋转质量换算系数δ大于1，这是考虑到汽车加速时，不仅整车质量要平移加速，飞轮和车轮等旋转质量也在加速，所以加速阻力比仅有平移质量m时要大些。同一汽车，传动比越大，δ越大。（即，低挡的旋转质量换算系数大。）旋转质量换算系数的具体推导比较复杂，基本思想如下：当车辆加速时，发动机（曲轴）输出功率不会完全转化为传动系输入功率，飞轮会扣除一部分用于自身加速，即，作用在驱动轮上的实际驱动力比名义驱动力小。而为了使车轮加速旋转，驱动轮和从动轮都不能再保持力矩平衡，而需要一个向前旋转的合力矩，为此，地面需要给车轮一个“额外”的切向反力，方向向后。即，加速时，车轮获得的推力减小，而阻力增大。所以加速度前面要乘以一个大于1的旋转质量换算系数。其基本思想是“加速度变小了”。riiTFT0gtqt52tfwijFFFFFcos1tqg0T2Dadcossin21.15dTiiCAuGfuGmrt