汽车系统动力学-第5章-纵向动力学性能分析

车辆与交通工程学院王宁凯《汽车系统动力学》第五章：纵向动力学性能分析HenanUniversityofScienceandTechnology车辆与交通工程学院第五章纵向动力学性能分析5.1动力的需求与供应5.2动力性5.3燃油经济性车辆与交通工程学院1.车辆对动力的需求5.1动力的需求与供应□车辆行驶阻力车辆行驶阻力包括车轮滚动阻力、空气阻力、坡度阻力、加速阻力（平动分量和转动分量）。加速阻力转动分量atwa,rddMFrr坡度阻力G()sinvcFmmgG()vcGFmmgi加速阻力平动分量a,()tvcxFmmaa,r2dxaFr图1加速上坡行驶阻力图车辆与交通工程学院□等效转动惯量等效转动惯量必须考虑所有传动部件的转动惯量，包括所有车轮。等效的原则是保持动能一致。5.1动力的需求与供应222iw0dr0gecTi()ΘΘiΘiiΘΘΘ图2非匀速工况下旋转质量的转动惯量车辆与交通工程学院□旋转质量换算系数若i大于2，表明用来加速旋转质量的动力需求高于平动加速。戴姆勒-奔驰1632K：1档10.12；2档3.18；……8档1.085.1动力的需求与供应定义由车辆参数描述的旋转质量换算系数mv是整车整备质量ii2vd1Θmr车辆的总加速阻力aivcx()Fmma总的车辆加速阻力iavcx2d()aΘFmmr车辆与交通工程学院□车辆行驶阻力曲线车辆总行驶阻力反映了不同驱动工况下车辆所需的驱动力矩，也称动力需求特性曲线。5.1动力的需求与供应2aDemivcxGRvcD()()()2FmmaifmmgCAu■对于高速行驶的乘用车，空气阻力起主导作用。■除空气阻力外，其它阻力分量均与车重成正比。车辆与交通工程学院2.车辆的动力供应驱动力定义为地面作用于驱动轮胎接地印迹内纵向作用力的的合力。车辆沿前进方向的动力供求平衡方程5.1动力的需求与供应xHdeg0td//FMrMiiretg02aivcxGRvcDd()()()2MiimmaifmmgCAur车辆与交通工程学院1.概述5.2动力性PNmax为汽车能产生的最大功率特性曲线。车辆动力性由加速能力、爬坡能力和最高车速来衡量。□驱动力平衡图表示某工况的动力供求关系。图3驱动力平衡图车辆与交通工程学院将某车速下的驱动力和行驶阻力值与车速相乘得到的，即传递至轮毂的功率PH与行驶时需克服的PDem，即将功率供应和功率需求绘于同一图中。5.2动力性□驱动功率平衡图图4驱动功率平衡图车辆与交通工程学院□后备驱动力Fx,ex:车辆行驶时实际需要的驱动力FDem与车辆所能提供的最大驱动力Fx的差值。2.爬坡能力5.2动力性车辆与交通工程学院假设车辆匀速行驶，全部后备驱动力都用于克服坡度阻力，可以得到特定档位车速下的最大爬坡角。2.爬坡能力5.2动力性x,exG,maxvcsin()Fmmg车辆与交通工程学院3.加速能力重型货车低速档i较大，对加速能力的影响也很大。5.2动力性车辆加速能力用可达到的最大加速度来表示。车辆要想达到最大加速度，后备驱动力需全部用来克服加速阻力。若不考虑旋转质量的影响，i=1，加速能力曲线与后备驱动力曲线一致。x,exivcmax()Fmma图5重型货车旋转系数对加速能力的影响车辆与交通工程学院后备功率3.加速能力5.2动力性exx,exivcmax()PFummau图6加速能力与后备功率关系的功率平衡图车辆与交通工程学院4.传动系统设计方案的影响在设计传动系统时，必须校核每个档位的加速能力和爬坡能力。5.2动力性图7不同坡度下的驱动力（功率）平衡图车辆与交通工程学院换档策略为实现车辆的最大加速能力，换档的最佳时机应为发动机达到最高转速；相邻高档能够提供比当前档位更高的加速度。各档后备驱动力曲线的交点即代表了相邻两档间的最佳换档时机。5.2动力性图8旋转质量换算系数对加速工况下最佳换挡时机的影响车辆与交通工程学院下长坡时的行驶稳定性分析由于下坡时坡度阻力与汽车行驶方向相同，导致阻力曲线处于横轴以下；为增大阻力，需采用缓速装置电涡流缓速器能维持更高的稳定车速；在低速范围内，发动机制动的效果更好。图9采用发动机制动和电涡流缓速器的车辆下坡行驶稳定性分析5.2动力性车辆与交通工程学院单位里程燃油消耗量Btr和单位时间燃油消耗量Btp5.3燃油经济性1.燃油消耗量的计算根据发动机万有特性图可得到燃油消耗率曲线图10发动机万有特性图车辆与交通工程学院燃油消耗率的确定5.3燃油经济性1.燃油消耗量的计算ML为转矩损失Vs为发动机排量，i为每缸每转点火次数。根据pme和ne确定该工况的燃油消耗率be(g/(kw.h))车辆匀速行驶所需发动机转矩DemdDemLg0FrMMii所需发动机缸内平均有效压力Demmes2MpVi发动机转速eg0d/(2)nuiir车辆与交通工程学院5.3燃油经济性1.燃油消耗量的计算对于循环行驶工况，须将过程划分成若干段稳定工况，分别计算燃油消耗量，再求和。若发动机处于不稳定工况，则只能求近似解。单位时间的燃油消耗量tpeef/BbP单位里程的燃油消耗量trtpa/BBu根据所需功率及燃油密度得：车辆与交通工程学院2.减少油耗的途径5.3燃油经济性减少燃油消耗量的途径发动机的工作状况传动系统效率车辆行驶阻力MT车辆变速器传动比和主减速比的设计及换档时机的选择，AT车辆的换档控制策略对燃油消耗率有很大的影响。车辆燃油消耗量treDemft/()BbF车辆与交通工程学院水平路面减速行驶的燃油消耗曲线5.3燃油经济性考虑变速器的增矩作用和传动系的功率损失，将随车速变化的滚动阻力曲线转换到发动机万有特性图上。图11发动机特性曲线与功率需求曲线车辆与交通工程学院有级变速器车辆的油耗状况相同车速下，高速档的燃油消耗量少；常用档位的燃油消耗量曲线应当尽量靠近最省油的工作点。5.3燃油经济性图12匀速工况下某货车不同档位下的燃油消耗量车辆与交通工程学院不同动力总成匹配方案的工作特性5.3燃油经济性CVT系统可以根据所需功率控制传动比，在发动机特性图上任意选择工作点，使发动机总是工作在最省油的工况。图13发动机特性曲线与功率需求曲线车辆与交通工程学院车辆燃油消耗量的影响因素轿车车辆参数变化对燃油消耗量的影响对于货车，整车质量对滚动阻力和耗油量起决定作用。常以最高车速行驶，调整空气动力学参数更为重要。5.3燃油经济性图14各参数的变化对轿车燃油消耗量的影响谢谢