5汽车系统动力学-纵向动力学性能分析

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5.4驱动与附着极限和驱动效率 2.车辆所受的纵向驱动力 前轮驱动车辆所需的驱动力
Fxf FD FG Fa,t Fa,r FRr CD A
a
2
(u uw ) 2 mg sin G max
Θr b h 2 ax mgf R ( cos G sin G ) rd L L
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5.5制动性 3.制动稳定性分析
后轮抱死时，在侧向干扰力的作用下，前轮侧向力将产生不稳定力 矩，使车辆侧偏角增加。 前轮先于后轮抱死时，在侧向干扰力的作用下，后轮侧向力能产生 一个使车辆回正的稳定力矩，使车辆侧偏角减小。但车辆失去转向 能力。
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5.5制动性 4.转弯制动动力学分析 车辆在转弯制动时，轮胎必须提供足够的纵向力和侧向力。
b b Fbf L z 2h Fz h 2h
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2
5.5制动性 2.直线制动动力学分析 ■理想的前后制动力分配关系
Fbr b b Fbf L Fbf Fz 2h Fz h Fz 2h
2
曲线形状取决于车辆质心位置和车辆装载情况。
直线制动时的最佳制动效能，转弯时不一定能达到。
当转弯加剧时，无车轮抱死的制动减速度（制动效率）将减小。
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5.5制动性 4.转弯制动动力学分析 车辆转弯制动时的受力状况 ■转弯制动时，车辆的纵向减速度、侧向加速度和车身侧倾都 会使各个轮胎的垂向载荷发生变化。
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5.5制动性 4.转弯制动动力学分析 转弯制动工况下各轮制动效率的计算
z axb / g
制动时，前、后轴的制动附着率分别定义为其制动力与相 应轴荷的比值。
ff Fbf / Fzf ,
fr Fbr / Fzr
车轮将要抱死时的制动强度与附着率之比定义为制动效率。
Ef z / ff zFzf / Fbf , Er z / fr zFzr / Fbr
车辆沿前进方向的动力供求平衡方程
M et igi0 rd
( i mv mc )ax (iG f R )(mv mc ) g CD A
a
2
u2
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5.2动力性 1.概述 车辆动力性由加速能力、爬坡能力和最高车速来衡量。
□驱动力平衡图
表示某工况的动力供求关系。 PNmax为汽车能产生的最大功率 特性曲线。
若发动机处于不稳定工况，则只能求近似解。
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5.3燃油经济性 2.减少油耗的途径 车辆燃油消耗量
Btr be FDem /( ft )
减少燃油消耗量的途径 发动机的工作状况 传动系统效率 车辆行驶阻力
MT车辆变速器传动比和主减速比的设计及换档时机的选择， AT车辆的换档控制策略对燃油消耗率有很大的影响。
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5.2动力性 2.爬坡能力 假设车辆匀速行驶，全部后备驱动力都用于克服坡度阻力，可 以得到特定档位车速下的最大爬坡角。
sinG,max
Fx,ex (mv mc ) g
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5.2动力性 3.加速能力
车辆加速能力用可达到的最大加速度来表示。 车辆要想达到最大加速度，后备驱动力需全部用来克服加速阻力。
2 z

1/ 2
根据ax和各车轮附着率f，计算各车轮的制动效率。
E ax / g / f
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5.5制动性 4.转弯制动动力学分析 FIAT124车转弯制动工况下的制动效率
各车轮依次抱死。
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根据pme和ne确定该工况的燃油消耗率be(g/(kw.h))
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5.3燃油经济性 1.燃油消耗量的计算 根据所需功率及燃油密度得： 单位时间的燃油消耗量 单位里程的燃油消耗量
Btp be P e / f Btr Btp / ua
对于循环行驶工况，须将过程划分成若干段稳定工况， 分别计算燃油消耗量，再求和。
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5.3燃油经济性 1.燃油消耗量的计算 燃油消耗率的确定 车辆匀速行驶所需发动机 转矩 ML为转矩损失
M Dem
FDem rd ML i g i0
所需发动机缸内平均有效压力
2 M Dem pme Vsi
Vs为发动机排量，i为每缸每转点火次数。 发动机转速
ne uigi0 /(2 rd )
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5.5制动性 1.制动性的评价 车辆制动性能的评价
■制动效能 ——制动距离和制动减速度
■制动效能的稳定性 ——连续制动时保持一定制动效能的能力 ■制动时的方向稳定性 ——不跑偏、不侧滑、不失去转向能力
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5.5制动性 制动强度与制动效率 制动强度定义为车辆制动减速度与重力加速度的比值，是 制动效能的评价指标。
a
2
u2
反映了不同驱动工况下车辆所需的驱动力矩，也称动力需求特性曲线。 ■对于高速行驶的乘用车，空气阻力起主导作用。 ■除空气阻力外，其它阻力分量均与车重成正比。
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5.1动力的需求与供应 2.车辆的动力供应 驱动力定义为地面作用于驱动轮胎接地印迹内纵向作用力的的 合力。
Fx M H / rd Meigi0t / rd
Fxf ff , Fzf
Fxr fr Fzr
■附着率与附着系数不同，是车辆所需驱动力与法向载荷的比 值，是附着系数中已经利用了的部分。 ■附着系数是车辆能得到的最大驱动力与法向载荷的比值。 ■不同行驶工况，附着率是不同的；
■驱动轮才有附着率。
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5.4驱动与附着极限和驱动效率 4.由路面附着限制的加速或爬坡能力 若潜在的附着力全部用于克服加速或上坡阻力，则可列出平 衡方程。 计算出车辆在不同驱动形式和行驶工况下的各项性能表达式。
Fx,ex (i mv mc )amax
若不考虑旋转质量的影响， i=1，加速能力曲线与后备 驱动力曲线一致。
重型货车低速档i较大，对加速能力的影 响也很大。
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5.2动力性 3.加速能力 后备功率
P ex F x,ex u (i mv mc )amax u
2 2 2 Θi Θw i0 Θdr i0 ig (Θe Θc ΘTi )
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5.1动力的需求与供应 □旋转质量换算系数
Θi 总的车辆加速阻力 Fa ( 2 mv mc )a x rd
定义由车辆参数描述的旋转质量换算系数
Θi i 1 2 mv rd
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主讲：胡爱军
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第五章
5.1动力的需求与供应 5.2动力性 5.3燃油经济性
纵向动力学性能分析
5.4驱动与附着极限和驱动效率
5.5制动性
Байду номын сангаас
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5.1动力的需求与供应 1.车辆对动力的需求 □车辆行驶阻力 车辆行驶阻力包括车轮滚动阻力、空气阻力、坡度阻力、 加速阻力（平动分量和转动分量）。
前轮驱动汽车在水平路面的起步加速能力。
,μ ,f amax
μb fa g L (μ f R )h
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5.4驱动与附着极限和驱动效率 5.驱动效率 定义：驱动轴静载与整车重量的比值
Fzs / W
驱动效率决定着车辆的驱动能力和附着极限 驱动效率与车辆质心位置相关 ■主要取决于发动机位置 和装载情况； ■与动态载荷的转移和上 坡时轴荷转移有关。
换算到驱动轮上的当量转动惯量Θ ，应包括车轮、制动盘等 所有相关旋转部件的转动惯量。
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5.4驱动与附着极限和驱动效率 2.车辆所受的纵向驱动力 后轮驱动车辆所需的驱动力
Fxr FD FG Fa,t Fa,r FRf CD A
a
2
(u uw ) 2 mg sin G max
根据车辆制动力分配特性求出制动管路压力，计算每个车轮 的制动力，进而求出总制动力Fb； 求出车辆制动减速度ax= Fb/m；
对于给定侧向加速度，计算每个车轮的法向载荷；
计算各车轮的侧向力； 计算各个车轮不发生抱死时的附着率；
f F i F
2 x 2 t0

2 y
/ F
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5.5制动性 2.直线制动动力学分析 忽略坡度和空气对轴荷的影响，有
Fb maxb Fzs z
车辆制动时能得到的最大制动强度等于路面附着系数。
zmax axb,max / g
为了在不同附着系数的路面上得到最好的制动效果，需合理 的分配前后轴制动力。
■理想制动强度与前轴制动力的关系
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5.2动力性 4.传动系统设计方案的影响 在设计传动系统时，必须校核每个档位的加速能力和爬坡能力。
不同坡度下的驱动力（功率）平衡图
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5.3燃油经济性 1.燃油消耗量的计算 单位里程燃油消耗量Btr和单位时间燃油消耗量Btp 根据发动机万有特性图可得到燃油消耗率曲线
坡度阻力 FG (mv mc ) g sin
FG (mv mc ) giG
加速阻力平动分量
Fa,t (mv mc )ax
加速阻力转动分量
M a tw Fa,r rd rd
ax Fa,r 2 rd
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5.1动力的需求与供应 □等效转动惯量 等效转动惯量必须考虑所有传动部件的转动惯量，包括所有 车轮。 等效的原则是保持动能一致。
Θr a h 2 ax mgf R ( cos G sin G ) rd L L
换算到驱动轮上的当量转动惯量Θ ，应包括车轮、制动盘等 所有相关旋转部件的转动惯量。
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5.4驱动与附着极限和驱动效率 3.前后轴的附着率 驱动附着率f定义为纵向驱动力与法向力的比值。
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5.4驱动与附着极限和驱动效率 1.车辆所受的垂向力
车辆所受的垂向载荷Fz由静载Fzs、动载Fzd、坡道分量Fzg和空气 动力学分量FL组成。
动载
CLf Aa (u uW )2 b h h Fzf mg ( cos G sin G ) max ( ) L L 2 L mrd L CLr Aa (u uW )2 a h h Fzr mg ( cos G sin G ) max ( ) L L 2 L mrd L 汽车系统动力学
mv是整车整备质量 车辆的总加速阻力 Fa (i mv mc )ax 若i大于2，表明用来加速旋转质量的动力需求高于平动加速。 戴姆勒-奔驰1632K：1档10.12；2档3.18； …… 8档1.08
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5.1动力的需求与供应 □车辆行驶阻力曲线 车辆总行驶阻力
FDem ( i mv mc )ax (iG f R )(mv mc ) g CD A
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5.2动力性 □驱动功率平衡图 将某车速下的驱动力和行驶阻力 值与车速相乘得到的，即传递至 轮毂的功率PH与行驶时需克服的 PDem，即将功率供应和功率需求 绘于同一图中。
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5.2动力性 2.爬坡能力 □后备驱动力Fx,ex:车辆行驶时实际需要的驱动力FDem与车辆 所能提供的最大驱动力Fx的差值。