流体力学在车辆工程中的应用与分析讲解

工作原理
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流体力学在转向系统中的应用
• 汽车在行驶过程中，需按照驾驶员的意志经常改 变其行使方向，即所谓汽车转向。液压式动力转 向系组成：由一套机械转向系和液压转向装置组 成。其中液压转向装置由转向油罐、转向油泵、 转向控制阀、转向动力缸组成
液压动力转向器
直 线 行 驶
右 转 向 时
增加附着力
• 从汽车的外形设计，需要考虑保持行车稳定所需 要的下压力，特别是在高速场合里。可以通过流 线形来改变空气于车体上部和地盘下部的气流流 速来控制下压力。赛车需要高速拐弯以及急加速 时，需要增加轮胎对地面确实的附着力，防止打 滑。车体底部的中间部分向下突起，使之与路面 的间距变窄，而车体的前后部与地面的距离较大。 这样，流体在通过狭窄的部分时，流速加快，此 处的压力就会下降，使车体被吸向路面，增加附 着力，从而防止打滑，使高速行驶变为可能
汽车悬架的作用
• 缓和车辆受到来自路面的 冲击力
• 衰减由于弹性系统引起的 振动
• 将轮胎所受侧向力、纵向 力传递至车身
• 使车轮和车身保持几何关 系
悬架实例
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流体力学在制动系统中的应用
• 由于汽车的行驶速度和单次运行距离都有了很大 地发展，行驶动能大幅度地提高，从而使得传统 的摩擦片式制动装置越来越不能适应长时间、高 强度的工作需要。由于频繁或长时间地使用制动 器，出现摩擦片过热衰退现象，严重时导致制动 失效，威胁到行车安全。车辆也因为频繁更换制 动蹄片和轮胎导致运输成本的增加。为了解决这 一问题，应运而生的各种车辆的助制动系统迅速 发展，液力缓速器就是其中的一种
换挡阀
实物图
实际应用
应用车型 —— 奥兹莫比尔 —— 劳斯莱斯 —— 吉姆
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流体力学在悬架系统中的应用
• 汽车电控液压悬架可以使司乘人员都有乘坐软弹 簧的舒服感，而且还能保证汽车的灵活性和稳定 性。目前轿车上采用的电子控制悬架都具有灵敏 的车高调节功能，不管车辆(规定范围)如何变化， 都可以保持汽车的一定高度，大大地减少了汽车 在转弯时产生的倾斜程度。当车辆在凸凹不平的 道路上行驶时可以提高车身的高度，当车辆高速 行驶时又可使车身的高度降低，以减少风的阻力。 汽车电控液压悬架还具有衰减力的调节功能，以 提高车辆的稳定性。在急转弯、急加速和紧急制 动时，还可以抑制车辆姿态的变化
应用范围
• 流体力学在汽车外型上的应用 • 流体力学在自动变速器中的应用 • 流体力学在悬架系统中的应用 • 流体力学在制动系统中的应用 • 流体力学在减震系统中的应用 • 流体力学在转向系统中的应用 • 流体力学在防抱死系统中的应用
减小阻力
• 随着汽车速度的增加，汽车外形不仅要考 虑机械工程学、人机工程学和美观，并且 越来越多的考虑空气动力学，以减小阻力。 降低风阻和提高下压力有两个主要的办法， 减少迎风面积和采用流线形状。流线型则 可以减少空气流经车身时产生的涡流，从 而减少阻力
阻力系数约为0.6
阻力系数0.45
左:船型汽车 右:楔形汽车 阻力系数0.3 阻力系数0.2
未来型汽车 阻力系数0.137
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流体力学在自动变速器中的应用
• 汽车自动变速器常见的型式有液力自动变速器 （AT）、机械无级自动变速器(CVT)、电控机械 自动变速器(AMT)、双离合器变速器（DSG）。 目前应用最广泛的是AT，AT几乎成为自动变速器 的代名词。AT是由液力变扭器、行星齿轮和液压 操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式 来实现变速变矩。其中液力变扭器是最重要的部 件，它由泵轮、涡轮和导轮等构件组成，兼有传 递扭矩和离合的作用。
流体力学在车辆工程中的 应用与分析
讨论背景
• 近年来随着液压与气压技术的发展和在车辆工程 的应用，车辆的各项性能都有了很大地提高，尤 其是现代车辆上使用了电脑、机电液一体化的高 新技术，使车辆的发展更上了一个新的台级。了 解流体力学在车辆工程中的应用，不仅可以加深 我们对于专业学习的理解，对于从事汽车理论学 习和设计制造维修的人员更加具有重要的意义
汽车外流场分析
对汽车车身来说，空气阻力分为摩擦阻力 和压力阻力。摩擦阻力由空气的粘性在车 身表面产生的切向力的合力在行驶方向上 的分力;压力阻力则是作用在汽车车身表面 上的正压力的合力在行驶方向上的合力。 它可以分为形状阻力 干扰阻力 内循环阻力 和诱导阻力。
在空气阻力中，形状阻力约占60%。可见车身形状是影 响空气阻力的主要因素
汽车悬架的发展
• 1934年通用汽车公司采用了前螺旋弹簧独立悬架。
• 1938年通用在别克汽车上第一次将螺旋弹簧应用 在后悬架。
• 1950年福特汽车公司的麦弗逊制成了麦弗逊式独 立悬架。
•
1956年英国利兰、法国雪铁龙使用液压悬挂。
• 1984年林肯大陆轿车开始采用空气悬挂系统。
Baidu Nhomakorabea
• 1987年日本田公司推出采用空气弹簧的主动悬架
F=(C*A*U)/21.25
F:空气阻力 C:空气阻力系数 A:迎风面积 U 车速的平方
迎风面积取决于汽车容量尺寸， 受乘客使用空间限制，不宜进一 步减少。因此，人们更关注空气 阻力系数的减少。
应用举例
19世纪末的箱式车 头部突起迎风面积小，后部陡峭。 阻力系数（CD）很大 约为0.8
• 20世纪30年代的甲壳 虫车
左 转 向 时
转向油泵
进油口
叶片式油泵 出油口
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流体力学在防抱死系统中的应用
• 汽车突然遇到情况发刹车时，车子十分容易产生 滑移并发生侧滑。造成汽车侧滑的根本的原因是 汽车在紧急制动时车轮轮胎与地面的滚动摩擦会 突然变为滑动摩擦，轮胎的抓地力几乎丧失。防 锁死刹车系统，由轮速感应器监测车轮的转速， 监测信号汇集到电子控制器内分析，一旦监测到 车轮快要抱死时，电子控制器会发出指令给电磁 调节器，由它控制油压分配阀调节各个车轮的制 动分泵，以“一放一收”的点放形式来控制刹车 摩擦片，解除车轮的抱死现象。用点放形式来制 动，即可急剧降低轮速，又可保持轮胎与地面的 附着力。
工 作 原 理
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流体力学在减震系统中的应用
• 为了保证机车车辆在线路上安全、 平稳地运行， 必须在其走行部即转向架中装用具有良好性能的 弹簧悬挂减振装置。这种装置的组成部分包括 减 振器， 它起减小车辆悬挂系统振动的作用， 如采 用液压减振器或摩擦式减震器。减振器工作时， 活塞在油缸中往复运动， 油液在缸中流动时经阻 尼阀而产生减振阻力， 同时， 减震器将系统的振 动能量转化为油液的热量而散逸