汽車理論汽車的動力性

1、會計學1汽車理論汽車的動力性汽車理論汽車的動力性汽車的動力性主要可由三方面的指標來評定：1）汽車的最高車速uamax水平良好路面（混凝土或瀝青）上汽車能達到的最高行駛速度。2）汽車的加速時間t常用原地起步加速與超車加速時間表示汽車的加速能力。3）汽車能爬上的最大坡度imax滿載（或某一載質量）時汽車在良好路面上的最大爬坡度。一、汽車的驅動力汽車發(fā)動機產生的轉矩經傳動系傳至車輪上。作用于驅動輪上的轉矩Tt產生一對地面的圓周作用力:0tq gTttT i iTFrr切記：Ft只是名義驅動力，并不是真正的地面驅動力。（一）發(fā)動機的轉速特性將發(fā)動機的功率Pe、轉矩Ttq以及燃油消耗率b與發(fā)動機曲軸轉速

2、n之間的函數關系用曲線表示，則此曲線稱為發(fā)動機的轉速特性曲線，或簡稱發(fā)動機特性曲線。外特性：發(fā)動機節(jié)氣門全開，發(fā)動機扭矩、功率、燃油消耗率隨轉速變化的特性。部分負荷特性：發(fā)動機節(jié)氣門開度一定，發(fā)動機功率扭矩、燃油消耗率隨轉速變化的特性。使用外特性：帶上全部附件設備時的發(fā)動機特性。外特性使用外特性（二）傳動系的機械效率輸入傳動系的功率Pin經傳動系至驅動輪的過程中，為克服傳動系各部件中的摩擦，消耗了一部分功率。傳動系的功率損失由傳動系中的部件變速器、傳動軸萬向節(jié)、主減速器等的功率損失組成。傳動系的功率損失分為機械損失和液力損失兩大類。機械損失指齒輪傳動副、軸承、油封等處的摩擦損失。液力損失指消耗

3、于潤滑油的攪動、潤滑油與旋轉零件之間的表面摩擦等功率損失。（三）車輪的半徑車輪處于無載時的半徑作為自由半徑。汽車靜止時，車輪中心至輪胎與道路接觸面間的距離靜力半徑，用rs表示。用車輪轉動圈數與實際車輪滾動距離之間的關系求得的車輪半徑稱為滾動半徑，用rr表示。對汽車作動力學分析時，應該用靜力半徑rs ；而作運動學分析時，應該用滾動半徑rr 。但一般情況下不計它們之間的差別，統(tǒng)稱車輪半徑，即2rwSrnsrrrr（四）汽車的驅動力圖發(fā)動機外特性確定的驅動力與車速之間的函數關系曲線Ftua稱為汽車的驅動力圖。發(fā)動機轉速與汽車行駛速度之間的關系為驅動力圖中的驅動力是根據發(fā)動機外特性求得的，它是使用各擋

4、位時在一定車速下的汽車能發(fā)出的驅動力的極值。實際行駛中，發(fā)動機常在節(jié)氣門部分開啟的情況下工作，相應的驅動力要比它小些。002600.3771000aggrnrnui ii i 00, ,egtgtTn i in i iFr二、汽車的行駛阻力fwijfwijFFFFFFFFF 滾動阻力空氣阻力坡度阻力加速阻力（一）滾動阻力由輪胎的遲滯變形和路面變形引起。遲滯損失表現為阻礙車輪滾動的一種阻力偶。由平衡條件得故令 ，且考慮到FZ與W的大小相等，常將Fx1寫作式中，f 稱為滾動阻力系數。要注意的是：只存在滾動阻力偶，滾動阻力只是一個名義上的說法。Fx1是地面切向力。1xfF rT1fxzTaFFrra

5、fr11xfFWfFfW或驅動輪在硬路面上滾動時的受力情況由平衡條件得22XtfftXtfF rTTTTFFFrr由此可以看出，真正作用在驅動輪上驅動汽車行駛的力為地面切向反作用力FX2，它的數值為名義上的驅動力Ft減去驅動輪上的滾動阻力。再次強調，滾動阻力僅是一個說法而已，受力圖上是畫不出來的。受力分析中僅存在滾動阻力偶，而沒有滾動阻力。滾動阻力的影響因素：（1）行駛車速低速時，滾動阻力隨車速增加逐漸加大，但變化不大；超過某一車速時，滾動阻力增長較快。車速達到某一臨界車速時，輪胎發(fā)生駐波現象，滾動阻力迅速增長。（2）輪胎的結構、簾線和橡膠的品種。（3）輪胎的充氣壓力。滾動阻力的估算公式：貨車

6、轎車40140.00760.000056100100aaafuuuffff（二）空氣阻力汽車直線行駛時受到的空氣作用力在行駛方向上的分力稱為空氣阻力。形狀阻力干擾阻力壓力阻力空氣阻力內循環(huán)阻力誘導阻力摩擦阻力作用在汽車外形表面上的法向壓力的合力在行駛方向的分力稱為壓力阻力。由于空氣的粘性在車身表面產生的切向力的合力在行駛方向的分力稱為摩擦阻力。形狀阻力：與車身主體形狀有關的阻力；干擾阻力：車身表面突起物（如后視鏡，門把手、引水槽、懸架導向桿、驅動軸等）所引起的阻力；內循環(huán)阻力：為了保證發(fā)動機冷卻及車內通風，有一部分氣流由車身前部流入，經車體內部再排出，在這個過程中對車輛所造成的阻力；誘導阻力：

7、空氣升力在水平方向的投影。在無風條件下，urua，將1.2588Ng2m-4代入上式，經過單位換算，得212wDrFC A u221.15DawC AuF 車身形狀與風阻這是一個汽車模型，可隨意改變車頭，車尾。結果：1）完全圓形的車頭形狀和檔風玻璃傾角為45度的形狀相比沒有明顯的改善。這個結論非常重要，因為一般的轎車不可能采用前部為圓形的車身。但擋風玻璃太陡時，空氣阻力系數顯著增加。 a) b)2）車尾越細長，空阻越小，當然要與車頭的形狀配合好。但車尾過長，車內空間利用差。曾設想過兩種縮短車尾的方法：做成擬流線體（圖a）和在適當長處將流線體截斷（圖b）。結果表明：后者有較低的空氣阻力系數。從降

8、低CD的角度出發(fā)，轎車總的發(fā)展趨勢是流線型，實現的細節(jié)可見教材。車身尺寸與風阻除車身形狀外，人們發(fā)現汽車基本設計尺寸與空氣阻力之間存在著一定的關系。當然，轎車的基本尺寸是考慮人體尺寸模型及功能兩方面因素而定的，不可能按風阻汽車尺寸來確定。但了解兩者的關系可以使設計者適當兼顧到這兩方面的要求?？諝庾枇Φ臏y量風洞試驗研究汽車的空氣動力學特性時，可以通過汽車實際行駛的方法來進行，但這種方法只能在無風的好天氣、平坦無坡的好路面來進行。并且也只能車輛設計出來，作成樣品車后才能進行。要想在設計之初就大致了解車輛的空氣動力學性能，只有風洞試驗才能勝任。風洞可提供人工控制的空氣密度均勻的層流，并可以從各個角度

9、吹向試驗對象，便于觀察與控制。如果車身的空氣阻力小，氣流貼著車身流過，車表面的紊流很少，用示蹤物可以觀察到氣流的流過車身的狀況，如用發(fā)煙法或絲叢法。（三）坡度阻力汽車上坡行駛時，汽車重力沿坡道的分力表現為汽車的坡度阻力，即道路的坡度以坡高與底長之比表示，即在坡度較小時siniFGtanhissintansintaniiFGGGi（四）加速阻力汽車加速行駛時需要克服的慣性力稱為加速阻力Fj。加速時，不僅平移質量產生慣性力，旋轉質量也要產生慣性力偶矩。計算時，一般把旋轉質量的慣性力偶矩轉化成平移質量的慣性力。式中稱為汽車旋轉質量換算系數。推導過程如下：jduFmdt002002 202 20221

10、1ggjwiwigTgTffffTgTfwffTgTffFFFFduFmdtTdduFIIrrdtrdti ii iddIFTIrrdtdti ii idIdIrdtrdti ii idIduIurdtrdt飛輪平移車輪平移車輪車輪飛輪飛輪002 202222 20222111ggTgTfwijfTgTfwifi ii idIIdududuFmIudtrdtrdtrdti ii idIIdumIumrmrdtrdthhhh=+驏=+桫02 222111gtwifi iIImrmrhd驏=+桫對裝有有級式固定傳動比變速器的汽車，00ffgdII i didtdt=jduFmdtd=三、汽車行駛方

11、程式推導過程如下1202cossin21.15tfwijffftq gTDFFFFFFFFT i iC AduGfuGmrdt21001111111111222222222222222sin()()XXwjjwXfjwfwfwXfwXtfjwtfwtfftwwXtftFFGFFFdIduF rTTTITdtr dtIduFFrdtdIduF rTTTTTITTdtrdtTTIduIduFFFrrrdtrdtF力平衡, 考慮車身和飛輪力矩平衡力矩平衡= : 2121022120222sin()sincossin21.15wwffwjwwtfwjDIduIduFFGFFrdtrdtIIduFFGF

12、FrrdtC AudufGGmdt代入第一式一、驅動力行駛阻力平衡圖最高車速、最大爬坡度最高車速：由驅動力行駛阻力平衡圖上曲線交點確定，或由變速器最高擋速比和主傳動比確定。最大爬坡度：驅動力：一般取一擋最大扭矩點；阻力：相應車速下的滾動阻力+坡度阻力0221.15tq gTDaT i iC AGfurmax1 02cossin21.15tqgTDaTi iC Aumgfmgr加速時間： 滾動阻力+加速阻力+空氣阻力 （固定速比）2102021.15111tq gTDatfwtfwtuuT i iC AduGfumrdtduaFFFdtmmdtduduaFFFtdtduAa二、動力特性圖動力因數

13、定義：最高車速：最大爬坡度：加速時間：cossincossintwFFduDfGgdtDfDfduDfgdtDf gduadtdudtDf g 一、汽車行駛的附著條件地面對輪胎切向作用力的極限值稱為附著力 。 稱為附著系數。后輪驅動汽車行駛的驅動附著條件：上式可寫成FXmazZFFF22XZFFF22XZFF22XZFF稱為后輪驅動汽車的驅動輪的附著率 ，即前輪驅動汽車行駛的驅動附著條件即：2C2C11XZFFF111XZFCF地面驅動力和附著力的關系當地面驅動力小于附著力時，其它條件不變，地面驅動力隨名義驅動力（由發(fā)動機所產生的傳到車輪的力）的增大或變速比的增大而增大，當地面驅動力達到附著力

14、之后，名義驅動力或變速比再增大，地面驅動力也不會再增大了。2. 考慮地面附著力時的汽車動力性指標由地面附著力所確定的最高車速：后輪驅動21111222212122221.1521.1521.1521.151xxwXfzXzDzzaDzwaDzwaaFFFFFf FFFC AFf FuC AF LGbF hGbuhC AF LGaF hGauhuG bah注意： Fz1和Fz2是個變化的值。運動時，Fz1隨車速的增高而變小，Fz2則相反，隨車速的增大而變大。這與靜止時不同。靜止時， Fz1和Fz2是個常量。在汽車設計中，常用一個術語，叫汽車的軸荷，如某車前軸的載荷為60，指的是汽車靜止時，前軸承

15、受了60的載質量。但汽車動起來后，汽車前軸的載質量未必是60。因此當其前驅時，只要它在運動，附著力160%FW同樣的道理，當它爬坡或加速時，附著力也不能用這個表達式來表示。最大爬坡度完整的分析方法：12 2011222 202 201cossincossincoscossinZf gfjwwggfjwf gwggwfggf gwwZF LGbI i iduduTTFhGhmhTTrdtdtI i iIduGbhm hFhTrrdthm hI i ibIduFhrGfFGLLLLrLrdtL 12222222212 20sinsin21.15coscossinXXwiwfwDwfaggf gww

16、LduFFFFmdtIduFGmFrdtC AIduFuGmrdtChm hI i ibIduFhrGfGLLLLrLrdtLL如果忽略滾動阻力、空氣阻力和旋轉質量慣性力偶矩(前提：車速很低，加速度很大或坡度很大）則有：1sincossin11cos()11cos11()cosgggdumgmdtChGdubGmLdtLduig dtGhbduiLg dtLqduqihbg dtqLL分子分母同除以cos式中當地面驅動力達到附著力時，有：在一定值路面上，能通過的等效坡度為：1CgqhbqLL1gbLqhL同樣的道理，對于后輪驅動汽車，忽略滾動阻力、空氣阻力和旋轉質量慣性力偶矩后可得（在后面推導

17、）：2sincossin11cos11cosgggdumgmdtChGduaGmLdtLduiqg dthhaaduqiLLLg dtL22 2011222 202 202cossincossincoscossinZf gfjwwggfjwf gwggwfggf gwwZF LGaI i iduduTTFhGhmhTTrdtdtI i iIduGbhm hFhTrrdthm hI i ibIduFhrGfFGLLLLrLrdtL 21112211222 20sinsin21.15coscossinXXwiwfwDwfaggf gwwLduFFFFmdtIduFGmFrdtC AIduFuGmr

18、dtChm hI i iaIduFhrGfGLLLLrLrdtLL當地面驅動力達到附著力時，有：在一定值路面上，能通過的等效坡度為：2CgqhaqLL1gaLqhL簡潔、有效的分析方法求最大爬坡度時，其加速度為零，由于速度低，風阻可忽略不計，另滾阻比坡阻小1個數量級。因此僅考慮地面切向力與坡道阻力：212211sinsinsin0sinsinsintantanxxxzxzFFGFFGaconGhLfFfFGb conGhLGaconGhGLaGconGLhaLhbLh同 理 ， 前 驅 時最大加速度：最大加速度時，爬坡度為0，車速很低，風阻可忽略不計，與慣性力相比，滾阻很小，可忽略。因此此時，

19、可以僅考慮地面切向力與慣性力的平衡。21221101xxxzxzduFFmdtduFFGamLdtfduFfFGbmhLdtduduGamhmLdtdtdumhGadtLLduagdtLhdubgdtLh同理，前驅時：對于四輪驅動的車但實際上能否做到，還與汽車前、后名義驅動力的分配有關。至少當前、后名義驅動力的分配之比等于前后輪法向反力之比時，才可能最經濟地實現上式。為了衡量地面附著力利用的合理性，引入一個概念，叫附著利用率，它被定義為：汽車附著力與四輪驅動車附著力之比。對前輪驅動汽車：對后輪驅動汽車：1212cosZZFFFFFG1FF2FF本節(jié)內容較多，基本概念總結如下：1）驅動附著條件2

20、）附著力，附著率3）附著利用率4）由地面附著力所確定的汽車最高車速、最大爬坡度、最大加速度。關鍵：受力分析方法。掌握了這一點，就可以分析教材中的任何問題，而不需要背大量的計算公式。功率平衡圖，負荷率汽車所消耗的功率功率平衡圖中的阻力功率為滾動阻力功率和空氣阻力功率之和。31cossin36007614036003600eaaDaaaTPF uGfuC AuGumududt31cos360076140aDaTGfuC Au阻力功率：bc 后備功率：ab 負荷率：利用功率平衡定性地分析設計、使用中的有關動力性問題比較方便。功率平衡的另一個優(yōu)點是能看出行駛時發(fā)動機的負荷率，所以燃油經濟性分析中也常用

21、它。bcac等功率發(fā)動機tqeTPn現有汽車如何滿足動力性的要求當現有汽車變速箱為無級變速時，才有可能逼進等功率曲線。液力變矩器液力變矩器由渦輪、泵輪和導輪組成。 三元件單級兩相液力變矩器簡圖和特性變矩器工作原理開始時，渦輪轉速nW為零，工作液在泵輪葉片帶動下，以一定速度沿圖中箭頭1的方向沖向渦輪葉片。因渦輪靜止不動，液流將沿著葉片流出渦輪并沿箭頭2方向沖向導輪。然后液流再從固定不動的導輪葉片沿箭頭3方向流入泵輪中。當液體流過葉片時，受到葉片的作用力，其方向發(fā)生變化。根據液流受力平衡條件，有MW = MbMd。由于液流對渦輪的作用轉矩MW（即變矩器輸出轉矩）與MW方向相反，大小相等，因而在數值

22、上渦輪轉矩MW等于泵輪轉矩Mb與導輪轉矩Md之和。此時渦輪轉矩MW大于泵輪轉矩Mb，即液力變矩器起了增大轉矩的作用。當變矩器輸出的轉矩，經傳動系傳到驅動輪上所產生的牽引力足以克服汽車起步阻力時，汽車即起步并開始加速，與之相連系的渦輪轉速nW也從零逐漸增加。這時液流在渦輪出口處不僅具有沿葉片方向的相對速度w，而且具有沿圓周方向的牽連速度u，因此沖向導輪葉片的液流的絕對速度v是二者的合成速度。因為原來設泵轉速不變，起變化的只是渦輪轉速，因此渦輪出口處相對速度w不變，只是牽連速度u起變化。從圖中可以看出，沖向導輪葉片的液流的絕對速度u將隨著牽連速度u的增加而逐漸向左傾斜，使導輪上所受的轉矩值逐漸減小

23、。當渦輪轉速增大到某一數值，由渦輪流出的液流正好沿導輪出口方向沖向導輪時，由于液體流經導輪時方向不改變，所以導輪轉矩Md為零，于是渦輪轉矩與泵輪轉矩相等，即MW = Mb。若渦輪轉速nW繼續(xù)增大，液流絕對速度v方向繼續(xù)向左傾，導輪轉矩方向與泵輪轉矩方向相反，則渦輪轉矩為泵輪轉矩和導輪轉矩之差（ MW = MbMd ），即變矩器輸出轉矩反而比輸入轉矩小。當渦輪轉速nW增大到與泵輪轉速nb相等時，工作液在循環(huán)圓中的循環(huán)流動停止，將不能傳遞動力。液力變扭器無因次參數變矩比：渦輪輸出扭矩與泵輪輸入扭矩之比變矩器速比：渦輪轉速與泵輪轉速之比效率：輸出功率與輸入功率之比TPTKTTPninTTPPT nK

24、iT n紅旗牌轎車綜合式液力變矩器的無因次特性式中：泵輪轉矩系數工作油的密度；D變矩器直徑；nP泵輪轉速。圖中隨速比的減小而增大，這意味著當外界阻力增大車輪轉速降低時，變矩器渦輪的轉速同樣會降低，但輸出的扭矩隨會增大，而且泵輪的轉速也會降低。5 2ppPTg Dn 泵輪轉矩系數隨速比而變的特性稱“透過性”，意即渦輪的轉速變化影響了泵輪的轉速變化。具有透過性和不具有透過性的變矩器與發(fā)動機匹配時，其特性有所不同。透過性變矩器與發(fā)動機匹配時，變矩器輸出的是一簇扭矩曲線。隨車輪阻力矩的增大，變矩系數增大，渦輪扭矩曲線更陡一些，泵輪轉速更低一些；隨車輪轉速的增高，渦輪扭矩曲線更緩一些，泵輪轉速也會高一些

25、，這充分發(fā)揮了發(fā)動機扭矩特性曲線的特性，因而在車用變矩器中，多采用透過性變矩器。液力機械變速器1：1、2均不起作用，離合器分離，空檔。2：制動帶1起作用，離合器不起作用，低速檔。3：離合器接合，制動帶1、2均松開，直接檔。4：離合器分離，制動帶2制動，倒檔。作用在中心輪1上的力矩： M1 = F1r1作用在齒圈2上的力矩： M2 = F2r2作用有行星架3上的力矩： M3 = F3r3 由F = 0 得（取行星輪）： F2 = F1 F3 = -2F2根據能量守恒定律，輸入輸出功率之和為零：設： 代入（1）式112233111222333314421211231213112300(1)2221210MnMnMnFrnFrnFrnrrrrrrrrrrrrrrrrnnn ; （1）可以看出當，三個輪中的只要有一個輪受到約束，其它兩個輪就可以以一定的傳動比傳遞動力。但受約束的輪不同，傳動比就不同，傳動方向也會發(fā)生變化。利用這一點可以得不同檔位和倒檔。（2）如果三個輪都不受約束，則各元件可自由轉動。（3）如兩個輪固定成一體旋轉，第三個輪的的轉速與前二者相同。速比為1，成直接檔傳動。發(fā)動機 機械變速器 主減速器發(fā)動機 液力變矩器+機械變速器 主減速器1、發(fā)動機與液力變矩器共同工作的輸入特性1）先收集液力變