汽车动力性计算分析

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.lFMzglFMrTgd21reFrMTZgazGZFrefb.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。202ACFDDC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。sinGFitgshitgsingdtGdvFjtrIFjr/iGGGFfitgsin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.dtdv202iiImRI20iIc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：mkmRriiImrIm22022111RmII、2211ki05.0~03.021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：jiftFFFFFdtdvGVACGriiMmiaDfdTks2015.21ftFF、dtdvdtdvmmaaaaaVVACVdtdvmVifGP215.21.)(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。V5.30VtdtPW0taaDdtVVACdtdvgGfGW02}15.21.{taRdtVGfW0taDdtVACWw0315.21tajdtVdtdvgGW0§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.nMPeMn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：AEMMAEnnEAEEAAEAnnnMnMPP..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ccncMcPcAMMcAnn0SEAPP22PPDKnMK0/PTnnMcnnPT/1/PTnn0KTnPnPTnn98.0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：nEEAAEAnMnMPPEP)1(1．机械式变速器固定速比：（）例如：4档变速器EAAEMMnni1∵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1010.2.2kdkkdkiirniirnVkkkknnii11kknnq1)(maxmaxMnnq0.2~5.1maxq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：cq342321.qiqiqiikdKiinrU0.2例题已知：CA10B一档四档求：按等比级数分配的、解：∵∴∴故24.61i14i2i3iqiiiiii43322114i321iii232ii331ii313ii1i3212ii313ii14i2）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。cq02143qqii12132qqii22121qqii2.1~1.12q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。jwiftFFFFFdtdVmVACiGfGrniiMaadmks.45.21...2000377.0iinrVkarn95.0:97.0:2自由半径普通自由半径子午)1.(20254.0bdrdbdc）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。eTeTemPPPPP1mGFFDwtfFiFjF3．功率平衡图：驱动功率、行驶阻力功率与车速的关系。kwmstPP9549nMPs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wiftFFFF2．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。wfFF0dtdv)(wftiFFFF)(sinwftFFFGGFFFwft)(sinmaxcosfD3．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)(jVjjmaxVdtdvj1V2VtVVdvjdtT0211j1dv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)(.iwftfFFFdtdvmiwftFFFF.maxZXFFF22ZftXFMMF)(2fFFZt0f2ZtFFZtwifFFFFF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：LLGFZ210LLGFZ120lhdtdvmFdZ1lhdtdvmFdZ2021dZdZFF3．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：LhFF1LhFF2ssZFF11ssZFF22sF1sF2swwaZswwaZFLhFLhdtdvmLLGFFLhFLhdtdvmLLGF212121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：∵∴xX2wFsFiFXmFXmFFffX22111ZXFFLhdtdvmLLGFaZ21dtdvgGFLhdtdvmLLGfa22ghfLLLfdtdv)(.21ghfLLLfdtdv)(.12dtdvgGGagdtdv.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