汽车动力性计算

1．机械式变速器 固定速比： 例如：4档变速器
i
nE M A nA M E
（ 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 Va 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
发动机稳定工况条件
dM e dm' dV dV
当进行动力性初步计算时，若不知道准确 I m、I R ，可按下列经验公式估算：
1 1 2ik2
1 2 0.03 ~ 0.05
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 M s ik i0 T
rd
Ft Ff F Fi Fj
f e r
，即滚动阻力系数.
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/h f≈c 当Va＞100 f↑ Va＜150～200 当Va↑，振动Hz↑，轮胎周向，侧向扭曲变形↑
令
q
即
i k 1 n k 1 ik nk
n k 1 nk
如上所述
q
nmax n( M max )
qmax 1.5 ~2.0
速比分配方法： 1．等比级数分配 2 .rd n U K i0 i k 车速与档位关系：
qc
i1 i2 q i3 q 2 i4 .q 3
三、离合器和液力偶合器特性
特点： 效率：
ME MA
，
nE n A
PA M A .n A nA PE M E .nE nE
滑转率： 功率损失：
nE n A S 1 nE
(1 ) PE S.PE
1．机械式离合器
主动片：外特性一点
c 、 nc 、
P Mc c 、
式中： r ——车轮滚动半径，m； n ——发动机转速，r/min。 b）半径 自由半径——轮胎自由状态下的半径。
子午 : 0.97 自由半径 滚动半径=滚动圆周/ 2 普通 : 0.95自由半径
动态半径：受扭矩时的
式中：
d b
d rd 0.0254 b .( 1 ) 2 ——轮辋直径，in； ——轮胎宽度，in； ——径向变形系数：0.1～0.16。
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， V =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， V 30.5 km/h。 t 2．循环行驶的能量 W Pdt
F0 C D A
式中

2
2
CD为无因次的空气阻力系数。
在一般动力计算中，认为空气阻力作用在风帆中心，
C D AV 2 FW N 21.15
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 1.4～2.6 0.4～0.6 货 车 3～7 0.8～1.0 大 客 车 4 ～7 0.6～0.7 3）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） CD ： 车身形状（流线型好）
1）滚动阻力 a. 变形阻力 a. 变形阻力 轮胎在滚动时，有两种变形： 径向变形
b. 摩擦力
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 ： ∵ ∴
M g Fz l
T1rd M g F2l
T Mg r FZ e r
Fz Z Ga
令
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： Gd v F jt ① 平移质量 gdt ② 旋转质量
Fjr I / r
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 dv G dv Fj .m （N）
接合完毕
K 0
为减少损失 nT 尽量接近 nP ，一般 nT 0.98nP
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n 轴 2）扭矩曲线是双曲线
效率：

PA M A n A PE M E nE
功率损失： (1 ) PE
M .n P e kw 9549 M ——发动机转矩，N.m； 式中：
n ——发动机转速，r/min。
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。
第二章
汽车动力性
§2-1 汽车行驶需要的功率和能量
汽车行驶时所需要的功率取决于行驶阻力： 当P 匀速 驱 P ( F Va ) 加速 P P( F V )
驱 a
一、汽车的行驶阻力
1．车辆阻力 2．空气阻力 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 3．上坡（度）阻力 4．加速阻力
即在扭矩曲线 M max 点右边工作 n n( M max )
换档时： ①相邻两档中，高档在n( M max ) 立即换入低档：低档应在 nmax ②设计时，高档略高于n( M max ) 低档略低于 nmax
③实际换档，不考虑车速下降
2 .nk rd 2 .nk 1 rd V i0 i k i0 ik 1
dv 0 dt Fi Ft ( Ff Fw )
sin Ft ( F f Fw ) G
G sin Ft ( Ff Fw )
D f cos max
3．汽车的加速能力
以上就是循环行驶中功率和能量的关系。
§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：
3．坡度阻力：汽车重力沿坡道的分力。
Fi G sin
式中： ——坡道角度 h ∵ i tg s 对公路来说： i 很小 ＜9%
∴ 故
sin tg
Fi G f sin G tg G i
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。
2．液力变矩器 “自学”
§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： Ft Ff Fi Fw F j M s ik .i0 nm C0 A 2 dVa G. f G.i Va .m rd 21.45 dt r n V 0 . 377 a）车速 km/h a i k i0
dt g
dt
其中： G
——汽车旋转质量换算系数（ ＞1）； ——汽车质量，Kg；
dv 2。 —— 行驶加速度， m/s dt

主要与飞轮的转动惯量 车轮的转动惯量
I mi i0
2
2
IR
传动系转动惯量
I c i0
2
有关
忽略传动系：
2 1 I R 1 I mik2i0 1 m 2 2 m r m r
PA PE 从动片： M A M c ，当 n A nc 时， S 0 ， （ 接合完毕）
2．液力偶合器 （主动）泵轮：
2 2 M KnP DP
其中：K 是随涡轮与泵轮转速比变化的系数。 当 当 当
nT / nP 0 nT / nP c
nT / nP 1
M ～一个工作点
m
c）传动效率
ห้องสมุดไป่ตู้
Pe PT P 1 T Pe Pe
功率损失： ①机械损失 ②液力损失 m 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
Ft Fw D G
物理意义：单位车重所具有的后备驱动力， 标志着汽车克服 F f 、 Fi 、 F j 能力， 可用于比较不同重量、不同空气阻力的汽车。
2）渐近式速比分配
qc
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： i1 i2 2 1 i3 0 ； ； ； q2 1.1 ~ 1.2 q q q q q1 q2 1 2 1 2 高速间速比值小于低挡间速比比值。
i4
i3
i2
从下图中可看出 ① V 在高档↓ ②特性场中空隙低档比高档大
Gf CD A 2 dv Va Gi m 21.15 dt
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： F 、F t f 质心的 dv dv m m （总效应） dt dt 3. 结论是正确的。 所需要的功率：
P G ( f i )Va .m C A dv Va a Va2 Va dt 21.15
3．功率平衡图：驱动功率、行驶阻力功率与车速的关系。
Pt Ps m
Ps
M n 9549
kw
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
Ft F f Fi Fw
2．汽车的爬坡能力 汽车爬坡能力指在良好路面上，F f Fw 克服之后，剩余驱动 力全部用来爬坡所能爬上的坡度。
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

0
平路无风条件下：
W {G. f
0
t
G dv C D A 2 Va }Va dt g dt 21.15
其中，滚动阻力部分消耗: 风阻部分消耗： 加速阻力部分消耗：
WR
Ww
Gf
0
t
t
Va dt
CD A 3 0 21.15 Va dt tG dv Wj Va dt 0 g dt
速比等比级数分配图如右：
例题 已知：CA10B 一档 i1 6.24 四档 i 4 1 求： 按等比级数分配的 i 2 、 i3 i i1 i 解： 2 3 q
∵ ∴
i4 1
i2
i3
i4
i1 i2 i3
i3 3 i1
2 i2 i3
3 i1 i3
∴
故
i1
i 2 3 i12 i3 3 i1 i4 1