3汽车纵向动力学解析

要 二、 汽车的加速性能
内
1. 驱动转矩引起的横向载荷转移
2. 附着极限
容
三、 汽车的制动性能
1. 制动系统功能
2. 制动系统的评价指标
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第三章 汽车纵向动力学
汽车驱动与制动动力学主要研究汽车纵向运动与其受力的 关系。驱动动力学主要涉及汽车的动力性，其主要评价指标通 常为最高车速、加速时间和最大爬坡度。制动动力学则主要涉 及汽车的制动性，通常定义为汽车行驶时能在短距离内停车且 维持行驶方向稳定性和在下长坡时能维持一定车速的能力。
注意： 1. 横向载荷转移的大小是驱动力及一些其它车辆参数的函数; 2. 如果驱动桥的差速器未锁止，传至两侧车轮的转矩将受限于
垂直载荷较小一侧车轮的附着极限。
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第三章 汽车纵向动力学
如果坡度为零且无挂钩牵引力，一定加速度aX 下的后桥垂直
载荷为:
Wr = W (
aL+
aX
g
hL)
aX 车辆加速度
ηtf 传动效率
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第三章 汽车纵向动力学
2. 汽车的行驶阻力
汽车在水平道路上行驶时，必须克服来自地面的滚动阻力和来 自空气的空气阻力，当汽车在坡道上上坡行驶时，还必须克服重力 沿坡道的分力，称其为坡度阻力。
这部分在汽车理论和第二章 轮胎动力学中有相应介绍，在此不
一、汽车驱动力与行驶阻力
研究驱动动力学时需要确定沿纵向（行驶方向）作用于汽 车的各种外力，即驱动力和行驶阻力。驱动力是由发动机的转 矩经传动系传至驱动轮上得到的。行驶阻力有滚动阻力、空气 阻力和坡度阻力。
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第三章 汽车纵向动力学
1. 汽车的驱动力
它们是发动机功率或驱动轮的附着极限。具体取决于哪一个极
再重复。
二、汽车加速性能
知道了驱动力和行驶阻力，就可以计算车辆的加速性能了。
1. 取决于发动机功率的极限加速能力 2. 取决于附着力的极限加速能力
假设发动机功率足够大，极限加速能力会受到轮胎与路面之间 摩擦系数的限制。这样的话，驱动力的极限值为:
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第三章 汽车纵向动力学
作用在每个驱动轮上的垂直载荷等于静态载荷加上动态载荷， 后者是由加速时的纵向载荷转移或驱动转矩造成的横向载荷转移引 起的。
T s ：簧载质量经悬架作用于驱动桥的
转矩
刚性驱动桥受力分析图
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第三章 汽车纵向动力学
上面方程中，Td 与驱动力有关： Td = Ft r / i f
而 Ts = Ts f + Tsr = Kφ r φ + Kφ f φ = Kφ φ
综合以上几式可得： Wy = Ft r Kφ f i f t Kφ r＋Kφ f
2）右边的第二项代表发动机及传动系零件的转动惯量引起的驱
动力“损失”。
Te 一定转速下发动机的转矩
Ie 发动机旋转零件转动惯量
F t 路面提供的附着力
it 变速器传动比
It
变速器旋转零件换算到其输入 端的等效转动Biblioteka Baidu量
I w 车轮及半轴的转动惯量
i f 主传动比
itf 变速器和驱动桥的总传动比
I d 传动轴转动惯量
F t max = μ Wb /( L ? μ h )
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第三章 汽车纵向动力学
三、汽车的制动性能
汽车的制动性是汽车的主要性能之一。制动性直接关系到行车 安全，重大交通事故往往与制动距离太长、紧急制动时发生侧滑等 情况有关，故良好的汽车制动性是汽车安全行驶的重要保证。
1. 制动系统功能
第三章 汽车纵向动力学
问题的提出：
汽车只要在道路上行驶，就会存在驱动和制动方面的 问题 ，其性能如何？是否稳定？传统的汽车理论考虑时 通常将许多因素的影响简化了。本章讨论时，我们将考 虑得更细致。
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第三章 汽车纵向动力学
3.1 驱动与制动动力学基础
主 一、 汽车驱动力与行驶阻力
Ft
动系（发动机 、传动系）的匹配。 作用在驱动轮上的转矩和驱动力
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第三章 汽车纵向动力学
得到驱动力为：
Ft
=
Teitf r
η tf
?
[(
Ie
+
It
)itf2+
Id
it
+2
Iw
]
aX r2
由两部分组成：
1）右边的第一项, 代表了产生于地面的稳态驱动力，它被用来克
服各种阻力、使车辆加速。
Kφ r ??
i f t Kφ ??
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第三章 汽车纵向动力学
(2) 附着极限
从上式中求解 Ft 得到其最终表达式，它就是不带差速锁的整
体式后驱动桥能够获得的最大附着力：
Ft max =
1?
μ
Wb L
h L
μ
+2iμf
r t
Kφ r Kφ
对于带差速锁的整体式后驱动桥，或独立悬架后驱动桥，另 一侧车轮可以获得更大的驱动力，最大时达到其附着极限，最大 附着力的表达式都为：
Wr =WLa,
ma h= ΔW L?
x
r
ΔW = W ?ax L
r gh
右后轮垂直载荷 Wrr 为 Wr /2- Wy ，因此
Wrr =
Wa
2L
+Fx 2
h ?F t r Kφ r L i f t Kφ
再根据差速器的特性，有
Ft
= 2μWrr = μ ????
Wb h
L + Fx L
2Ft r ?
减少行驶汽车的车速，必要时，可使其在一定距离内停车； 在下长坡时能维持一定车速； 对已停驶（特别是在坡道停驶）的汽车，应使其可靠地驻留 原地不动。
2. 制动系统的评价指标
制动效能：即制动距离与制动减速度； 制动稳定性：即制动时汽车不发生跑偏、侧滑以及失 去转向能力（方向稳定性）；
制动恒定性：即抗热衰退、抗水衰退等恒定性。
(1) 驱动转矩引起的横向载荷转移 不管是前桥还是后桥，只要驱动桥是刚性桥就存在横向载荷转 移。绕车桥中心点的力矩平衡方程为:
∑TO = (Wr / 2 + Wy ? Wr / 2 + Wy )t / 2 + Ts ? Td = 0
即 Wy = (Td ? Ts ) / t
Td ：为传动轴作用在驱动桥上的转矩
限主要看汽车的速度。低速时轮胎附着力可能是限制因素，而高速
时主要受限于发动机功率。
发动机的转矩经传动系传至驱动轮 汽车前进方向
上时，驱动轮将相对地面转动或具有转
Tt
动的趋势，如图所示。
附着力足够大时，车轮匀速转动时的
驱动力大小为：
r
分析受限于发动机功率的最大驱动 力时首先要了解发动机的特性及其与传
P
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