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第二章汽车动力性汽车行驶时所需要的功率取决于行驶阻力:当匀速加速§2-1汽车行驶需要的功率和能量)(aVFPP驱)(aVFPP驱一、汽车的行驶阻力1.车辆阻力2.空气阻力3.上坡(度)阻力4.加速阻力1.车轮阻力组成:1)滚动阻力2)路面阻力3)轮胎侧偏阻力1)滚动阻力a.变形阻力b.摩擦力1)滚动阻力a.变形阻力b.摩擦力a.变形阻力轮胎在滚动时,有两种变形:径向变形周向变形轮胎滚动时的滞后损失。弹性轮胎在硬路面上的滚动实质,如下图滚动阻力:∵∴令,即滚动阻力系数.lFMzglFMrTgd21reFrMTZgazGZFrefb.摩擦力a)胎面与路面的摩擦b)轮胎变形使外胎与内胎,内胎与垫之间c)汽车振动时,钢板间及各活动悬架之间2)路面阻力a.柔软路面b.积水路面3)轮胎侧偏阻力当Va=40km/h时变形阻力:90~95%摩擦阻力:2~10%影响滚动阻力的因素:1)车重:转动↑轮胎变形↑f↑2)路面:路面塑性变形大f↑3)轮胎结构:子干胎比普通胎f↓刚度好变形小4)轮胎气压:气压↓变形↑f↑但坏路f↓5)车速:当Va<50km/hf≈c当Va>100f↑Va<150~200当Va↑,振动Hz↑,轮胎周向,侧向扭曲变形↑2.空气阻力定义:汽车在直线行驶时,空气作用力在行驶方向上的分力。1)组成:空气阻力由表面阻力和压力阻力组成。表面阻力:空气有粘度压力阻力:车外形状诱导阻力:空气升力在水平方向投影内部阻力:流经散热器,发动机,车箱的阻力干扰阻力:表面突起物,车门把手,后视镜底盘其中,压差和诱导阻力:50~90%(干扰在内)内部阻力:2~11%表面阻力:3~30%2)计算方法:空气对物体的阻力与下列因素有关。流速U:对汽车来说,相对速度V=Va±Vf密度:空气密度,在一定条件下是常数迎风面积A:与车形有关式中为无因次的空气阻力系数。202ACFDDC在一般动力计算中,认为空气阻力作用在风帆中心,NAVCFDW15.212式中:CD——空气阻力系数,实验得出;A——迎面面积,汽车在行驶方向的投影,m2;V——相对速度,km/h。例:A典型轿车1.4~2.60.4~0.6货车3~70.8~1.0大客车4~70.6~0.73)影响空气阻力因素(1)车速:与V2成正比关系,而功率则与V3成正比关系(2)A:车型,H↓为好(3)表面:突出物及光洁程度(4):车身形状(流线型好)DCDC式中:——坡道角度∵对公路来说:i很小<9%∴故由于坡道阻力及滚动阻力与道路有关,所以通常以道路阻力代表两者之和。4.加速阻力定义:汽车加速时,需要克服其质量加速时的惯性力。汽车质量:①平移质量②旋转质量3.坡度阻力:汽车重力沿坡道的分力。sinGFitgshitgsingdtGdvFjtrIFjr/iGGGFfitgsin为了便于计算:把旋转质量惯性力转化为平移质量惯性力,以系数作为计入旋转质量后的“汽车质量换算系数”。即(N)其中:——汽车旋转质量换算系数(>1);G——汽车质量,Kg;——行驶加速度,m/s2。主要与飞轮的转动惯量车轮的转动惯量传动系转动惯量有关dtdvmgGdtdvFj.dtdv202iiImRI20iIc忽略传动系:当进行动力性初步计算时,若不知道准确,可按下列经验公式估算:mkmRriiImrIm22022111RmII、2211ki05.0~03.021二、汽车行驶方程式根据上述分析,可得出汽车行驶方程式或1.式中表明了各物理量之间的数量关系,可方便地进行动力分析。2.式中某量并不表示汽车外力:质心的(总效应)3.结论是正确的。所需要的功率:jiftFFFFFdtdvGVACGriiMmiaDfdTks2015.21ftFF、dtdvdtdvmmaaaaaVVACVdtdvmVifGP215.21.)(三、循环行驶1.几种典型的行驶循环例1:日本1975年排气规定:10人以下的轿车,25人以下的轻型车,按10工况热循环试验:模拟起步、停车多的市中心行驶条件,=17.7km/h。n工况冷循环试验:发动机起动后还未走热,汽车已起程,例如从郊区向市内行驶,km/h。2.循环行驶的能量平路无风条件下:其中,滚动阻力部分消耗:风阻部分消耗:加速阻力部分消耗:以上就是循环行驶中功率和能量的关系。V5.30VtdtPW0taaDdtVVACdtdvgGfGW02}15.21.{taRdtVGfW0taDdtVACWw0315.21tajdtVdtdvgGW0§2-2汽车的驱动系统一、汽车动力装置的评价与选择1.使用性能:特性曲线、操纵性、起动性2.经济性:燃料消耗、泵位功率的成本3.对环境的影响:排气、噪声、振动二、活塞式内燃机特性发动机特性曲线:发动机功率、转矩、油耗与发动机转速之间的函数关系曲线。当节流阀全开:发动机外特性曲线当节流阀部分开:发动机负荷特性曲线转矩、功率和转速之间的关系式:kw式中:——发动机转矩,N.m;——发动机转速,r/min。9549.nMPeMn注意:1.发动机制造厂提供的特性曲线:在试验台上无空滤、水泵、风扇、消声、发电机等件,若全带上则称为“使用特性曲线”。2.台架试验是在稳定转速下测定P、M。实际上,发动机热工况,混合气浓度与台架不同。例如加速时,M比稳定工况下降5~8%。但是1.变工况的研究不多见2.数值相差不大所以,动力性估算中,仍用台架使用外特性。三、离合器和液力偶合器特性特点:,效率:滑转率:功率损失:AEMMAEnnEAEEAAEAnnnMnMPP..1EAEnnnSEEPSP.)1(1.机械式离合器主动片:外特性一点、、、从动片:,当时,,(接合完毕)2.液力偶合器(主动)泵轮:其中:是随涡轮与泵轮转速比变化的系数。当~一个工作点当接合完毕当为减少损失尽量接近,一般ccncMcPcAMMcAnn0SEAPP22PPDKnMK0/PTnnMcnnPT/1/PTnn0KTnPnPTnn98.0四、变速器和液力变扭器特性驱动轮上理想的扭矩、功率特性。在整个转速范围内都能使用最大功率。特点:1)功率曲线平行于轴2)扭矩曲线是双曲线效率:功率损失:nEEAAEAnMnMPPEP)1(1.机械式变速器固定速比:()例如:4档变速器EAAEMMnni1∵与理想扭矩特性有空隙∴a.合理选速比b.多设档位最高档速比——最高车速最低档速比——最大驱动扭矩,汽车最低稳定车速中间速比——发动机工作稳定性aV即在扭矩曲线点右边工作发动机稳定工况条件dVdmdVdMe'maxM)(maxMnn换档时:①相邻两档中,高档在立即换入低档:低档应在)(maxMnmaxn②设计时,高档略高于低档略低于)(maxMnmaxn③实际换档,不考虑车速下降即令如上所述1010.2.2kdkkdkiirniirnVkkkknnii11kknnq1)(maxmaxMnnq0.2~5.1maxq速比分配方法:1.等比级数分配车速与档位关系:速比等比级数分配图如右:cq342321.qiqiqiikdKiinrU0.2例题已知:CA10B一档四档求:按等比级数分配的、解:∵∴∴故24.61i14i2i3iqiiiiii43322114i321iii232ii331ii313ii1i3212ii313ii14i2)渐近式速比分配现代轿车使用车速范围大,多采用渐进式速比分配。以4档变速为例:;;;高速间速比值小于低挡间速比比值。cq02143qqii12132qqii22121qqii2.1~1.12q从下图中可看出①在高档↓②特性场中空隙低档比高档大2.液力变矩器“自学”V§2-3动力性分析一、驱动力——行驶阻力平衡图、动力特性图、功率平衡图*汽车行驶方程式:a)车速km/h式中:——车轮滚动半径,m;——发动机转速,r/min。b)半径自由半径——轮胎自由状态下的半径。滚动半径=滚动圆周/动态半径:受扭矩时的m式中:——轮辋直径,in;——轮胎宽度,in;——径向变形系数:0.1~0.16。jwiftFFFFFdtdVmVACiGfGrniiMaadmks.45.21...2000377.0iinrVkarn95.0:97.0:2自由半径普通自由半径子午)1.(20254.0bdrdbdc)传动效率功率损失:①机械损失②液力损失由实验得到1.驱动力—车速图:各档驱动力与车速的关系。驱动力—行驶阻力图:在上图上再画上行驶阻力曲线。2.动力特性图:动力因数—车速关系曲线物理意义:单位车重所具有的后备驱动力,标志着汽车克服、、能力,可用于比较不同重量、不同空气阻力的汽车。eTeTemPPPPP1mGFFDwtfFiFjF3.功率平衡图:驱动功率、行驶阻力功率与车速的关系。kwmstPP9549nMPs二、分析驱动平衡图可方便、形象地确定汽车最高车速、加速性能和爬坡能力1.最高车速驱动力曲线与总阻力曲线的交点wiftFFFF2.汽车的爬坡能力汽车爬坡能力指在良好路面上,克服之后,剩余驱动力全部用来爬坡所能爬上的坡度。wfFF0dtdv)(wftiFFFF)(sinwftFFFGGFFFwft)(sinmaxcosfD3.汽车的加速能力当可知,可求出,作出图。由于需用仪器测定,一般常用加速时间评价汽车加速性能。例如:最高档加速性能15km/h0.8当从但与的关系式不易确定,所以一般用图解法.gfDgGFFFdtdvwft)(jVjjmaxVdtdvj1V2VtVVdvjdtT0211j1dv一、汽车行驶的驱动——附着条件∵∴才能加速行驶1、驱动条件——第一条件2、附着条件——第二条件附着力——地面对轮胎切向反作用力极限值。在硬路面上其中为附着系数。对于后轮驱动的汽车:∵∴又∵(附着条件)综合上述,汽车驱动附着条件:§2-4行驶附着条件)(.iwftfFFFdtdvmiwftFFFF.maxZXFFF22ZftXFMMF)(2fFFZt0f2ZtFFZtwifFFFFF二、车轮法向反作用力汽车的附着力取决于法向反作用力和附着系数,其中附着系数在第四章介绍这里仅介绍车轮法向反作用力。1.静态法向反力前轴:后轴:2.惯性力引起的法向反力前轴:后轴:LLGFZ210LLGFZ120lhdtdvmFdZ1lhdtdvmFdZ2021dZdZFF3.空气阻力引起的法向反力前轴:后轴:4.升力引起的法向反力前轴:后轴:其中、为前后轴升力。综合上述,汽车行驶前后轴的反力分别为:LhFF1LhFF2ssZFF11ssZFF22sF1sF2swwaZswwaZFLhFLhdtdvmLLGFFLhFLhdtdvmLLGF212121三、附着条件限制的加速能力条件:低速档加速能力(最大)1及忽略2忽略旋转惯性力矩前驱动其中——极限值∵∴故同理,后驱动:全驱动:∵∴xX2wFsFiFXmFXmFFffX22111ZXFFLhdtdvmLLGFaZ21dtdvgGFLhdtdvmLLGfa22ghfLLLfdtdv)(.21ghfLLLfdtdv)(.12dtdvgGGagdtdv.四、附着条件限制的上坡能力前驱动:相当于∵相当于后驱动:∵∴全驱动:五、驱动系统布置和行驶附着条件
本文标题:第二章汽车动力性
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