中职教育-《汽车运用工程》第四版课件：第二章 汽车动力性(一).ppt

1.车轮阻力
1)轮胎滚动阻力
路面与轮胎之间的摩 擦阻力产生的原因: 车轮滚动中，轮胎面 上某点在通过与地面 接触区域时，胎面到 轮 轴的距 离由 r变 为 rΔr，然后再变为r。
1.车轮阻力
1)轮胎滚动阻力
车轮角速度虽然不变， 但胎面各点的圆周速 度却是变化的。 在接地区域内胎面与 地面之间就存在纵向 和横向的相对局部滑 动，形成摩擦阻力。
1.车轮阻力
轮胎滚动阻力
轮胎变形阻力(90~95%) 路面和轮胎之间摩擦力(2~10%) 轮胎空气阻力
1)轮胎滚动阻力
弹簧轮模型描述轮胎 变形阻力产生的原理。 将弹簧轮抽象为由轮 周围均匀分布的许多 微小弹簧和微小阻尼 器形成。
1.车轮阻力
1)轮胎滚动阻力
在轮胎滚动过程中， 各个弹簧和阻尼器反 复经历压缩和伸展作 用，其阻尼功即为变 形阻力。 变形阻力可用单位行 程的阻尼功表示。
➢ 变形阻力占轮胎滚 动阻力90%~95%。
➢ 摩擦阻力占2%~10% ➢ 轮胎空气阻力所占
比率极小。
1.车轮阻力
1.车轮阻力
1)轮胎滚动阻力
高速时滚动阻力的急剧增加与轮胎的结构形式有关
子午线轮胎比斜交轮胎 的滚动阻力小得多，同 时，它的滚动阻力在超 过使用速度范围界限后 的急剧增加也比斜交轮 胎明显得多。
第二章 汽车动力性
第一节 汽车行驶阻力 第二节 汽车动力传动系统 第三节 汽车动力性分析 第四节 汽车行驶附着条件 第五节 汽车动力性试验
一、稳定行驶阻力 二、动态行驶阻力
车辆稳定行驶阻力
滚动阻力 空气阻力 坡度阻力
1.车轮阻力
车轮阻力
轮胎滚动阻力 路面阻力 轮胎侧偏引起的阻力
1)轮胎滚动阻力
汽车行驶所需驱动功率
P
Fva
mg
f
cos
sin va
m
dv dt
va
CD A
2
va v f
2
阻力功率与 车速的关系
阻力种类 压差和诱导阻力
表面阻力 内部阻力
比例 50%～90% 3%～30% 2%～11%
2.空气阻力
1）空气阻力的组成
轿车的CD值在0.3～0.51,平均值为0.4 普通阶梯式的CD值比斜顶式(又称快背式)高的多 大客车的CD值为0.5～0.9 带篷货车(总高3.6cm),CD =0.6 集装箱半挂列车(总高4m),按驾驶室形式的不同 CD=0.73～0.85 全挂列车的总高为3.2m时,CD=0.76,总高为4m时，CD =0.81
使地面材料压缩和移动，形成轮辙所需的力 克服轮辙与轮胎之间摩擦所需的力
2)路面阻力
1.车轮阻力 ②柔性路面的阻力
柔性路面上的附 加滚动阻力与地 面压强有关。
柔性路面与硬路面相反 减小轮胎气压有助于降低滚动阻力
2)路面阻力
在积水硬路 面上运动的 车轮与路面 之间衔接的
三轮个胎区与域 地面被 水膜隔 开
②诱导阻力
2.空气阻力
1）空气阻力的组成
பைடு நூலகம்
③表面阻力
紧贴车辆表面的空气层速度为零，向外各层 空气速度逐渐增加，形成气流速度梯度。
由于流体黏滞性的效应，在车辆表面与空气 之间存在着摩擦，相邻空气层之间也存在着 摩擦，从而产生车辆表面阻力。
空气紊流速度梯度远大于层流，所以在紊流 区的摩擦力要大得多。
车辆表面的层流区是很有限的，一般只有 20~30cm。
这样，弹性悬架回收的能量比输入的能量略小， 其差值就是阻尼功。
单位行程的阻尼功就表现为不平路面的附加滚动 阻力（由于不平路面引起的轮胎变形阻力增量可 忽略），附加的阻力系数。
2)路面阻力
车轮在柔性路 面上(土路、草 地、沙土、雪 地)运动时，需 要克服附加的 滚动阻力。
1.车轮阻力 ②柔性路面的阻力
0.02～0.03
坑洼的碎石路面
0.03～0.04
良好的土路
0.045
土路
0.05～0.15
沙路
0.15～0.3
2.空气阻力
影响气流中物体阻力的因素
Fw
C
D
A
2
v
2
流速v 空气密度ρ 物体迎流面积A 物体形状
FW----空气阻力系数 CD----无因次的空气阻力系数
若vr以km/h计， ρ=1.2258NS2m-4
变速器各档速比不同I值也随档位不同而异
2.旋转质量的加速与减速
总加速阻力
Fj
F jt
F jr
m
dv dt
1 rd 2
dv dt
m
dv dt
汽车旋转质量换算系数δ
1
I mrd2
1 1 m
Iw rr2
1 i02 Ic m rr2
1 m
i02ig2 I f rr2
2.旋转质量的加速与减速
由于传动轴和差速器等的转动惯量较小， 对的影响很小，可忽略不计
为了驱动车轮，必须在轮缘施
加一个力矩，即
T f FZ a Wa
1)轮胎滚动阻力
1.车轮阻力
力矩Tf又可表示为滚动阻力 Ff与动力半径rd的乘积，即
T f F f rd
这样，滚动阻力系数为 f F f / W T f /( rd Fz ) a / rd
可见，rd越小或α越大，则滚动阻力越大。
如果车辆在气流中行驶
vr va v f
va —车速 vf —风速
2.空气阻力
Fw
CD Av 2 21.15
在车辆设计时，影响空 气阻力的主要因素是CD 和A。
如果车辆轮廓尺寸基本 确定，则只能通过改变 CD来影响空气阻力。
1）空气阻力的组成
2.空气阻力
车辆的空气阻力的组成
压差阻力(又称形状阻力) 诱导阻力 表面阻力(又称摩擦阻力) 内部阻力(又称内循环阻力)
1）空气阻力的组成
车辆向前运动时， 由于其主体形状所 限，在车辆表面上 发生涡流分离现象， 被车辆分开的空气 无法在后部平顺合 拢和回复原状。
2.空气阻力
①压差阻力
1）空气阻力的组成
在车辆后部形成的 涡流区产生负压Aa ， 从而在汽车运动方 向上产生压差阻力。 涡流区域越大，压 差阻力也就越大。
dt rd dt
,所以 Fjr
1 rd 2
dv dt
2.旋转质量的加速与减速
速度改变时必须 考虑的旋转部件
I I w i02 Ic i02ig2 I f
Lf—发动机、离合器和变速器转动惯量
Lc—传动轴、差速器等转动惯量 ig —变速器速比
Lw—全部车轮转动惯量总和
i0 —主减速器速比
2.旋转质量的加速与减速
FE F f cos FY sin
FYsin α即为曲线行 驶时的附加阻力FQ
1.车轮阻力
3)轮胎侧偏引起的阻力
1.车轮阻力
曲线行驶的附加滚
动阻力系数FQ(fQ= FQ/Fz)与侧偏角的 关系
当侧偏角α很小时，
侧向力FY与α近似 成正比，即
fQ a2
3)轮胎侧偏引起的阻力
对于前束角为δ的一 对车轮在直线行驶时， 相当于每个车轮的侧 偏角为δ/2
Fjt
m
dv dt
dv —汽车加速度
dt
加速时 dv >0，减速时 dv <0
dt
dt
2.旋转质量的加速与减速
车辆加速时，车上旋转质 量的转速也相应增加，引 起了旋转质量的加速阻力
Fjr
I rd
d
dt
I — 折算到驱动轮上全
部旋转部件包括车轮
的转动惯量
d—车轮的角加速度
dt rD
— 车轮动力半径
由于 d 1 dv
当水层厚度较大时 在高速段产生了滑 水现象（接触区域 消失），使fs趋于定 值．而与v无关。
1.车轮阻力 3)轮胎侧偏引起的阻力
车轮受侧向力，车轮平面与运动方 向之间出现夹角α时，其阻力为
FE F f cos FY sin
FYsin α即为曲线行驶时的附加阻力FQ
3)轮胎侧偏引起的阻力
车轮受侧向力，车轮平 面与运动方向之间出现 夹角α时，其阻力为
1.车轮阻力
由前轮前束所引起的 附加阻力为
FQ1 2FY sin / 2
当＝时，FQ1约为整车阻力的3%
3)轮胎侧偏引起的阻力
车轮阻力 系数各分 量与车速 的关系
1.车轮阻力
1.车轮阻力
车轮滚动阻力系数
路面种类
f
新完工的水泥、沥青、石块硬路面
0.008～0.015
良好的碎石路面、坑洼的沥青、水泥 和石块路面
1)轮胎滚动阻力
1.车轮阻力
轮胎滚动阻力Ff与轮胎载荷W及轮胎气压pi有关
2)路面阻力
1.车轮阻力
①不平路面的阻力 ②柔性路面的阻力 ③积水路面的阻力
2)路面阻力
1.车轮阻力 ①不平路面的阻力
车轮和车轴通过弹簧—阻尼元件安装在车架上。
当车轮驶过凸起路面时，弹簧被不断地压缩和伸 展，在减振器内形成阻尼功并转化成热能。
1)轮胎滚动阻力
1.车轮阻力
Ff—轮胎滚动阻力，N W—轮胎载荷，N
一般情况下，f 可取为常数
f Ff /W
模拟计算时，考虑到车速 的影响，采用近似公式
f C0 C1v C2v4
v—车辆速度，m/s C0 、 C1 、 C2—常系数
1)轮胎滚动阻力
1.车轮阻力
由于轮胎接地部分变形，使得 压力分布不再对称于轮胎中心， 结果地面法向反力相对于车轮 中心前移了一个距离。
2.空气阻力
①压差阻力
1）空气阻力的组成
车身上部和底部的空 气压力存在差值，引 起横向气流以及车辆 的升力。横向气流也 会在车身表面产生涡 流分离现象，造成压 差，产生诱导阻力。