第一章汽车使用性能1

汽车动力性
汽车动力性：是指汽车以最大可能的平均行驶速度运送货物或乘客的 能力。
汽车的动力性
良好的路面 直线行驶 平均行驶速度
运输效率等
动力性评价指标
行驶方程式
最基本的性能 纵向受力
一、 汽车动力性评价指标
汽车动力性指标的要素
汽车的最高车速 Vm ax
汽车的加速时间 t
汽车的最大坡度 im a x
1/a ~ V 曲线
矩形积分
加速时间
2. 汽车的动力特性 动力因数
Ft Ff Fw Fi Fj
Ft Fw f cos sin dV
G
g dt
令 : D Ft Fw ,则D称为汽车的动力因数。
G
D 的物理意义
D表示单位车重所具有的剩余驱动力，标志着汽车克服
3600
dV ) dt
f 的随车速V的增大，Pf 的增加更快
f

f0

f1
(V 100
)

f
4
(V 100
)
4
Pw是车速V的三次函数
功率平衡图
汽车的功率平衡
汽车的功率平衡
确定最高车速 确定后备功率
Pe (Pf Pw ) /T
节气门全开
后备功率
后备功率可用来加速或 爬坡， 后备功率越大， 汽车的动力性越好。
汽车的功率平衡
Ft F f Fw Fi Fj
Teigi0T G cos f CD A V 2 G sin m dV
r
21.15
dt
Pe Pt /T
Pt FtV
Pe
1
T
GfV ( 3600

CD A V 3 76140

GiV 3600

mV
第一章 汽车使用性能
学习目标：
熟悉汽车主要使用性能及其评价指标 掌握汽车主要使用性能的影响因素 了解汽车主要使用性能的检测或试验方法 学会分析、评价汽车主要使用性能 知道如何提高汽车使用性能，合理使用汽车
§1-1 汽车动力性
汽车的动力性评价指标 汽车行驶原理 汽车动力性分析 影响汽车动力性的主要因素
V
Tt
r
Ft
F0
Ft

Tt r
汽车的驱动力
输入功率×机械效率＝输出功率
PeT Pt
TeT Ttw Tt Teigi0T
Ft

Teig i0T
r
w


ig i0
Ft

Tt r
汽车驱动力影响因素 Te -发动机外特性的转矩
发动机的外特性曲线 发动机的部分特性曲线 发动机的使用外特性曲线
,N
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
CD
典型轿车 1.7～2.1 0.3～0.41
货 车 3～7 0.8～1.0
大 客 车 4～7 0.5～0.8
坡度阻力定义
坡度阻力
Fi
h
汽车上坡行驶
G
α
s
汽车重力沿坡道的分力
λ——径向变形系数：0.1～0.16。
一般近似 rs rr rd r
汽车驱动力图
汽车的驱动力图 Ft ~ V
发动机外特性曲线 Pe，Te ~ n
传动系的传动 ig，i0 传动效率ηT 车轮半径 r 汽车行驶速度 V
发动机转速 n
Ft

Teig i0T
r
V r r 2nw
由于f较小，汽车行驶附着条件： Ft FZ2
附着条件
Ft FZ
汽车正常行驶条件
Ff Fw Fi Ft F
三、汽车动力性分析 1. 汽车的驱动力平衡 汽车驱动力平衡是指汽车行驶时驱动力恒等于行驶阻力。
Ft Ff Fw Fi Fj
Teigi0T G cos f CD A V 2 G sin m dV
14% 内循环阻力
干挠阻力
空气阻力
空气阻力计算
Fw

1 2
CD AVr2
1.2258 N s2 m4
Vr V
Fw

1 2
CD A1.2258 (V
1000 )2 3600
CD AV 2 21.15
空气阻力
在一般动力计算中，认为空气阻力作用在风帆中心
FW

CD AV 2 21.15
汽车行驶的附着条件
附着力定义 定义: 地面对轮胎切向反作用力极限值。
附着力
地面对轮胎的作用力 切向的作用力 极限值
汽车行驶的附着条件
附着力计算
在硬路面上： FX max F FZ
式中： 为附着系数。
对于后轮驱动的汽车：
∵
，∴ FX 2

Tt
Tf 2

FZ2

Ft FZ2 ( f )
r
21.15
dt
汽车的驱动力平衡 汽车驱动力—行驶阻力平衡图
汽车的驱动力平衡 求解动力性评价指标
行驶方程式
汽车的基本参数
汽车的动力性能
最高车速
加速能力
爬坡能力
汽车的驱动力平衡
确定汽车最高车速
驱动力
行驶阻力
驱动力曲线与Ff十Fw曲线的交点所对应的车速即为汽车最高车速。
汽车的驱动力平衡 确定汽车爬坡能力
其中：δ ——汽车旋转质量换算系数（ δ ＞1）；
m ——汽车质量，Kg；
dv ——行驶加速度，m/s2 。 dt δ的物理意义：将旋转质量的惯性力偶矩等效地叠加到平移质量惯性力
上时，平移质量惯性力应扩大的倍数。 δ主要与飞轮的转动惯量If、车轮的 转动惯量Iw 和传动系传动比有关。
3.汽车行驶条件 汽车行驶方程式
档位不同， 车速不同， 其后备功率不同。
V/（km/h）
汽车的功率平衡
确定负荷率 发动机负荷率是指发动机在某一转速下实际发出的功率与所
能发出的功率之比值。 图中bc与ac的比值即为汽车
在V′车速下的发动机负荷率。 负荷率的高低表明了汽车功率
的利用程度，负荷率低，表示汽 车功率利用较少，汽车的后备功 率较大， 此时汽车具有良好的加速能力或爬坡能力； 负荷率 高，表示汽车此时的功率利用较大，适当提高汽车发动机负荷 率，可提高汽车的燃油经济性。
汽车加速行驶
克服加速运动的惯性力
加速阻力
平移质量 汽车质量
旋转质量
平移惯性力
汽
车
加
汽车旋转质量
速
换算系数
行
驶
惯性力偶矩
加速阻力
加速阻力计算 为便于计算，把旋转质量惯性力转化为平移质量惯性力，以系数δ作为计
入旋转质量后的汽车旋转质量换算系数。即：
Fj

dv dt
G g
.m dv
dt
（N）
D2 Im a x

2
f
2
精确
i0max D0max f
3. 汽车的功率平衡
功率平衡定义 汽车的功率平衡是指发动机发出的功率恒等于汽车行驶阻力
所消耗的功率与机械传动损失功率之和。
发动机功率
行驶阻力功率 传动损失功率
滚动阻力功率Pf 空气阻力功率Pw 坡度阻力功率Pi 加速阻力功率Pj
功率平衡式
驱动轮输出功率
kW
驱动轮输出功率
驱动轮输出功率是汽车发动机和传动系工作过程的输出参 数，它完全取决于发动机发出的功率和传动系的机械效率。
常用发动机在额定转矩和额定功率时的驱动轮输出功率来 评价在用汽车的动力性。
二、 汽车行驶原理
汽车动力传动过程
发动机
变速器 减速器等
驱动轮
驱动力
1. 汽车的驱动力 汽车驱动力
驱动力Ft
滚动阻力Ff
ห้องสมุดไป่ตู้等速
空气阻力Fw
爬坡能力
Fi Ft (Ff Fw )
dV / dt 0
确定汽车爬坡能力
G sin Teigi0T (Gf CD A V 2 )
r
21.15
arcsin Ft (Ff Fw )
G
汽车的驱动力平衡
确定汽车加速能力 求加速度
轿车滚动阻力系数
f 0.0116 0.000142V
空气阻力
空气阻力
定义：空气作用在汽车行驶方向上的分力。
空气阻力
空气阻力组成
空气作用
汽车行驶
空气阻力
压力阻力 （法向力）
形状阻力 干挠阻力 内循环阻力 诱导阻力
摩擦阻力 （切向力）
形状阻力
摩擦阻力
诱导阻力
9% 7%
58%
12%
四、影响汽车动力性的主要因素
1. 发动机参数
汽车比功率 发动机最大功率 发动机最大转矩
Ft Ff Fw Fi Fj
Fj

m
dV dt
Fi 0
dV dt


1 m
[Ft
(Ff
Fw )]
a ~V
确定汽车加速能力 汽车的加速度曲线
V
求加速时间
确定汽车加速能力
a dV dt
dt 1 dV a
t
t
dt
V2 1dV A
0
a V1
发动机使用外特性曲线
传动系传动效率
汽车驱动力影响因素
功率输入Pin
传动系
功率输出
变速器、 减速器等
T

Pin PT Pin
T

Pin PT Pin
Pe PT Pe
1 PT Pe
等速行驶工况
汽车驱动力影响因素
车轮半径
自由半径 r
静力半径 动力半径 滚动半径
W
rs
W
Tt rd
V在150～200 km/h时，V↑，振动Hz↑，轮胎周向、侧向扭曲变 形↑， f↑↑，产生驻波现象。 前后轴平行性及前轮定位失准， f↑。
滚动阻力
推荐使用的滚动阻力系数 滚动阻力系数一般通过试验确定，也可通过查表或由经验 公式确定。
货车滚动阻力系数
f 0.0076 0.000056V
r 2 n 1 3600 1
igi0 60
1000
0.377 rn ig i0
(km/h)
货车的驱动力图 货车的驱动力图
2. 汽车行驶阻力 汽车的行驶阻力
Ft F
F Ff Fw Fi F j
滚动阻力
滚动阻力产生的原因 车轮滚动时的能量损失是产生滚动阻力的根本原因 车轮变形； 路面变形； 汽车振动； 悬架减振。
摩擦阻力 轮胎与地面存在纵向、横向局部滑移； 轮胎变形使外胎与内胎，内胎与胎垫之间摩擦； 汽车振动时，钢板间及各活动悬架之间摩擦。
滚动阻力 能量损失产生滚动阻力机理
载荷
迟滞损失
轮胎/路面接触
轮胎变形
阻力偶
滚动阻力
滚动阻力系数
Fp1
Ff
等速行驶
Ff Fp1 Wf
f Fp1 W
i h s tan sin
坡度阻力
Fi G sin
Fi Gi
道路阻力
坡度阻力 滚动阻力
坡度阻力
道路阻力
F Ff Fi
G cos f G sin
F G( f i)
道路阻力系数 f i
F G
加速阻力
加速阻力定义：汽车加速时，需要克服其质量加速运动时的 惯性力。
Ft F
Ft Ff Fw Fi Fj
Teigi0T G cos f CD A V 2 G sin m dV
r
21.15
dt
汽车行驶方程式
汽车行驶方程式有关说明 汽车行驶方程式表明了各物理量之间的数量关系，可方便
地进行动力分析。 汽车行驶方程式中某量并不表示汽车外力，如Ft、Ff、Fj等。 汽车行驶方程式中的结论总是正确的。
汽车行驶条件 汽车行驶的驱动条件
Ft
(Ff
Fw

Fi
)

m
dV dt
＞0，加速 ＝0，匀速 ＜0，减速或无法行驶
Ft Ff Fw Fi ,称为汽车行驶的驱动条件。
汽车行驶条件
汽车行驶的附着条件
驱动力大
动力性好
驱动力大
足够的附着力 （切向力）
动力性好
满足轮胎与地 面的附着条件
式中f称为滚动阻力系数。 f的物理意义是：单位汽车重力所需之推力。
汽车的滚动阻力Ff= Ff1＋ Ff2=Gfcosα
滚动阻力
影响滚动阻力系数的主要因素 道路影响：见下表，路面塑性变形大，f↑。 轮胎结构：子午胎比普通胎 f↓，刚度好变形小。 轮胎气压：气压↓，变形↑，f↑，但坏路f↓。 车重：车重↑，轮胎变形↑， f↑。 车速：当V＜50km/h时，f≈c ；当V＞100km/h时， V↑， f↑；
车轮旋转
与平移运动 折算半径
rr
汽车驱动力影响因素
滚动半径的计算
rr

S
2nw
即：滚动半径=滚动圆周/2π
子午: 0.97自由半径 rr 普通: 0.95自由半径
动力半径的计算
rd

0.0254

d 2
b.(1 )
，m
式中：d——轮辋直径，in；
b——轮胎宽度，in；
F
、F
f
、F
i
j
的
能力，可用于比较不同质量、不同空气阻力的汽车。
动力特性图
汽车的动力特性
汽车的动力特性 求解动力性评价指标
汽车的动力特性图（D ~ V）
阻力曲线
最高车速的确定
加速时间的确定
dV g (D f )
dt
最大爬坡度的确定
max

arcsin DImax
f 1 1 f