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

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。
2.空气阻力
②诱导阻力
1）空气阻力的组成
车尾的横向气流 还形成两股很大 的纵向涡流，对 空气阻力有强烈 影响 。
2.空气阻力
1.车轮阻力
1)轮胎滚动阻力
汽车在转鼓试验台上的试 验结果表明:
✓汽车速度超过45m/s以后， 变形阻力急剧增加。 此时，轮胎开始振动，形 成振动变形波。 ✓轮 胎 除 了 接 触 部 分 之 外 ， 其他部分也在运动，结果 使阻尼功急剧增加。
1.车轮阻力
1)轮胎滚动阻力
在40km/h以下的速度范围内
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
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。
2.空气阻力
①压差阻力
1）空气阻力的组成
涡流区域越大，压差 阻力也就越大。 尽管迎流断面积A相 同，车辆造型不同会 使涡流区Aa的大小差 别很大，压差阻力也 就各不相同。
2.空气阻力
①压差阻力
1）空气阻力的组成
如果迎流物体周围 的气流中没有涡流 分离现象产生，在 运动方向上的合力 分量就不存在，压 差阻力也就为零 。
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
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
1）空气阻力的组成
2.空气阻力
③表面阻力
平板气流状态的转变过程
1）空气阻力的组成
2.空气阻力
③表面阻力
大客车空气阻力沿车长方向的分配
1）空气阻力的组成
2.空气阻力
④内部阻力
流经散热器、发动机舱和乘坐区的气 流由于动量损失而形成的内部阻力。
2.空气阻力
1）空气阻力的组成
④内部阻力
空气阻力各分量
1
1 m
Iw rd2
1 m
i02ig2 I f id2
综合各部分阻力，汽车在加速过程中的行驶阻力
F Ff FW Fi Fj
Ff—为车轮阻力
2.旋转质量的加速与减速
在干燥平直路面上，汽车行驶阻力
F Gf
Gi
m
dv dt
CD
A
2
va2
v
2 f
阻力与车 速的关系
2.旋转质量的加速与减速
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
所以因侧风影响形成的β角很少超过15°。
2)流入角不为零时的空气阻力
3.坡度阻力
汽车上坡受力 Fi----坡度阻力 M----汽车质量 g ----重力加速度 α----坡度角
i ----坡度
四级公路的坡度，所以用取代的误差不超过0.5%
1.平移质量的加速与减速
车辆加速时，出现了平移质量的加速惯性阻力
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
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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。
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
③积水路面的阻力
轮胎与路面之间 仅有局部接触
轮胎与路面之 间才能有力的
传递
2)路面阻力
1.车轮阻力 ③积水路面的阻力
轮胎排挤水层时就产生 了排水阻力 Fs
Fs
hb
1 2
u2
h —水层厚度 b —轮胎宽度 ρ—水的密度 μ—挤水速度
1.车轮阻力 2)路面阻力 ③积水路面的阻力
排水阻力系数 fs(fs= Fs /Fz)随水层厚度和 速度变化的关系。
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
②诱导阻力
2.空气阻力
1）空气阻力的组成
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。
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
➢ 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。
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
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。
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
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)流入角不为零时的空气阻力
2.空气阻力
流入角β对轿车空气阻力系数的影响
2)流入角不为零时的空气阻力
2.空气阻力
带蓬货车(总高3.6cm)的空气阻力系数随β变化情况
2)流入角不为零时的空气阻力
2.空气阻力
无论是轿车还是货车，在β=25°～30°时， 其空气阻力比β=0时，可高达65%。
由于β角是指合成气流与车辆纵轴线的夹角， 而现代汽车车速相当高
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
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
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)
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）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。