汽车工程学-图文-2-4 汽车行驶受力分析

C 2—后轮驱动汽车驱动
轮的附着率；
后轮驱动汽车的附着条件
也可以表达为 C2
前轮驱动时，附着条件是
FX1 FZ1
令
C1

FX 1 FZ1
C1—前轮驱动汽车驱动
轮的附着率；
前轮驱动汽车的附着条件
也可以表达为 C1
附着率越小或路面附着系数越大 ，附着条件越容易满足。
25
2.附着条件
轮胎与地面的附着条件
F Fx max FZ Tt
若Fx FZ，
du m2 dt d
则产生滑转现象 dt
Fx 2
Iw2
d dt
W2
Fp 2
Tf 2
F0
FZ 2
Adhensive force
23
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
2.附着条件
后轮驱动时，附着条件是 FX 2 FZ 2
dt 1 du a
t
t
dt
u2 1du
1
ua2 1du A
0
a u1
3.6 a ua1
由加速度曲线 做加速度倒数曲线， 再积分，即可求出 加速时间。
思考：从图中看，在什 么时候换挡可以使加速 时间最短？
6
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
dt 1 du a
2
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
最高车速行驶时 Fi=0 Fj=0
Ft=Ff+Fw
1.确定uamax
思考
当Ff+FW与Ft5没有 交点时，如何确定最高 车速？此时对应的发动 机工况如何？
发动机以部分 负荷工作即可
Ff
u a'
uamax
3
奥迪A4 轿车驱动力—行驶阻力平衡图
F /N


G g
hg L
hg L

Iw Lr 2
Iw Lr 2

If ig2i02 Lr 2
If ig2i02 Lr 2
du dt
du dt

FZw1
G
rf L
cos



FZw 2
G
rf L
cos

32
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
17
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
一、汽车行驶的附着条件
1.附着力 F
地面对轮胎切向反作 用力的极限值（最大值） 即为附着力。
常见路面的平均附着系数
路面条件 干沥青路面 湿沥青路面
附着系数 0.7～0.8 0.5～0.6
FX max F FZ
FZ—地面作用在车轮上
干燥的碎石路 干土路 湿土路
G cos G sin i 100%即 45o
1
即只有附着系数大于1时，才有可能爬上100%的坡道。
29
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
此时必须依靠越野轮胎花纹的抓地性，并与良好 的路面相配合，才能提高附着系数。
30
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
二、汽车的附着力与地面法向反作用力
装用TCS（ASR）驱动力控制系统，通过对驱 动轮作用制动力矩控制起步过程的FX2。
FX 2 Tt Tr2 Tf 2 / r FZ 2
进而减少燃油喷射量
28
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
思考
max 0.8 ，越野车如何爬上100％的坡道？
越野汽车爬坡时
Fi G sin FXmax F G cos 只有F Fi才有可能爬上坡道
D1max fcosmax sinmax cosmax 1 sin 2 max
max
arcsin
D1max

f
1

D2 1max
1 f 2

f2
14
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
3）计算加速时间
i0
du g (D f )
dt
做出加速度曲线
（1）静态轴荷的法向反作用力
FZs1

G
b L
cos

hg L
sin

FZs2

G
a L
cos

hg L
sin

主要与质心位置 及坡度角有关。
（2）动态分量
FZd1


G g

hg L

g G
Iw Lr 2

g G
If ig2i02 Lr 2

8000
7000
6000 Ft1
5000
Ft2
Ft3
4000
Ft4
Ft5
3000
Ft6
Ff+Fw 2000
1000
0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310
0.6～0.7 0.5～0.6 0.2～0.4
的法向反力；
滚压后的雪路
0.2～0.3
—附着系数，与路面
和轮胎都有关。
思考：为什么汽车在湿土路上容 易出现打滑现象？
18
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
思考
胎面与 的关系？
光面胎和带花纹的轮胎在 干燥硬路面上的附着系数有何 不同？
轮胎花纹起什么作用？
忽略旋转质量惯性阻力偶矩和滚动阻力偶矩之后
地
面 法 向 反 作 用
FZ1

G FFZ 2

FZs 2
FZw2
G g
hg L
du

dt
力
41
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力
切向反作用力最大值出现在汽车加速爬坡的工况， 以下将在此工况下进行分析。
19
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
20
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
F1方程式赛车在不同天气条件下 使用的不同胎面花纹的轮胎
21
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
胎面的四道沟槽减小了车轮和地面间的有效接地面积， 使车轮的附着力下降，汽车的车速得以控制。
22
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
8
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
计算得到的加速度曲线
直接挡加速 所用时间较短 Ⅱ挡原地起步换挡加速
9
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
3.确定最大爬坡度imax
du 0 dt
Fi Ft (Ff Fw )
G sin


Ttqigi 0 T
r
Gf
gdt
gdt
1）计算最高车速
du 0 dt
i0
D f
f
uamax
13
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
2）计算爬坡度
du 0 dt
iD f
由动力特性曲线，即可做出各挡的爬坡度图。
Ⅰ挡工作时，爬坡度较大，此时以 imax＝D1max－f 计算的误差也较大，可以用下式计算
Tt
Tf 2 r

FX 2

FZ 2
附着条件：地面作用在驱动轮上的切向反力小于驱动
轮的附着力。
思考
驱动轮上的切向反力主要与哪些因素有关？其 大小可否通过驾驶员合理控制？
24
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
3.附着率
由附着条件可得
FX 2
FZ 2
令
C 2

FX 2 FZ 2
二、动力特性图
Ft Ff Fi Fw Fj
Ft Fw du
G
gdt
D Ft Fw G
D—动力因数。
思考：动力因数能否反映汽 车动力性的好坏？已知哪些 参数可做出动力特性图？
12
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
由动力特性图确定动力性评价指标
D du f i du
du dt
FZd2

G g

hg L

g G
Iw Lr 2

g G
If ig2i02 Lr 2
du dt
思考：汽车加速前进 时，前后轮的垂直载荷 发生什么变化？
33
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
思考：加速时，前驱车还是后驱车容易满足附着条件？
加速时 FZd1 FZd2
后驱车容易满足 附着条件
跑车大多采用后轮驱动
保时捷911 双座跑车采用 后置式发动机 后轮驱动。
34
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
绝大多数双座跑车采用中置发动机后轮驱动。 思考：要想使发动机转矩得到充分发挥，又满足附 着条件，最理想的驱动方式是什么？
四轮驱动
35
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
ua/(km/h)
uamax=205km/h
ua /(km h1)
4
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
2.确定加速时间t
Fi=0
du dt

1
m
Ft
(Ff

Fw )
由驱动力—行 驶阻力平衡图可以 做出加速度曲线。
5
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
什么路面条件下，附着条
湿滑路面、冰雪
件不易满足？
路面、沙地等。
解
当路面有积雪时，起步用
用高挡轻踩加速
释 为
高挡好还是用低挡好？
踏板起步较好。
什 么
？
汽车在什么工况下工作，
起步急加速。
附着条件会不易满足？
27
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
起步过程中，驱动轮的严重滑转会加剧轮胎的磨损。
解决方案
cos

CD Aua2 21.15

arcsin Ft (Ff Fw )
G
10
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
由驱动力—行驶 阻力平衡图和
arcsin Ft (Ff Fw )
G
i=tanα
可以做出爬坡度图。
11
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
42
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率 将整车分解为车身、驱动轮（前轮）、从动轮（后轮）三部分，分别分析其受力。
43
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
Fp2

m2
du dt
Gw2
sin


FX 2
FX 2r Tf 2 Tjw2
FX 2

Tf 2 r
Tjw2 r
思考：什么车型适合用四轮驱动？
高级轿车 自重大，Ff大；车速高，车体大，FW大；
发动机排量大，Ft大。
超级跑车 车速高，FW大；发动机排量大， Ft大。
越野车 道路条件差，附着系数小。
重型货车 自重大，Ff大，道路条件差，附着系数小。
36
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
（3）空气升力
CLFf－Zw1前 12空C气Lf A升u力r2 系数；CLr－后FZ空w2气 升12 C力Lr A系数ur2 。
汽车在加速上坡时，附着条件不易满足。 以下将在此工况下，分析路面作用在车轮上的法向 力FZ和切向力FX。
31
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
FZ1

G
b L
FZ 2

G
a L
cos cos

hg L
hg L
sin




G g
sin


第三节 汽车的驱动力—行驶阻力平
衡图与动力特性图
本节将通过作图法确定汽车动力性指标。
1
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
一、驱动力—行驶阻力平衡图
Ft Ff Fw Fi Fj
在驱动力图的 基础上，画出 Ff+FW=f (ua) 就是驱 动力行驶阻力平衡 图。
Ff
计算加速度的倒数，并做出加速度倒数曲线，图解 积分即可计算加速时间。
15
第三节 汽车的驱动力—行驶阻力平衡 图与动力特性图 本节内容结束 下一节
16
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
本节将介绍附着力、附着条件、附着率等基本概 念，分析汽车在纵向坡道上加速上坡时的受力 ，确 定汽车在不同行驶条件下的附着率。
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
路面附着系数低时车轮会出现滑转（视频）
26
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
前轮驱动时， 如果FX1小、FZ1大、C1 小，附着条件
容易得到满足。
路面条件好，车速低，Ff 小；行驶车速低， Fw 小；路面平坦，Fi 小；不急加速，Fj 小。
FX1小
37
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
38
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
39
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
40
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
（4）滚动阻力偶矩产生的部分
rf FZf1 G L cos
FZf2

G
rf L
cos
此项较小，可以忽略不计
t
t
dt
u2 1du
1
ua2 1du A
0
a u1
3.6 ua1 a
由加速度曲线 做加速度倒数曲线， 再积分，即可求出 加速时间。
思考：从图中看，在什 么时候换挡可以使加速 时间最短？
7
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
积分时可 以将积分区域 划分成若干个 小区间，采用 图解积分的方 法求面积和。