第二章 汽车纵向动力学(20090925)

同济大学,汽车学院 左曙光教授教案
汽车行驶的驱动-附着条件与汽车的附着力 行驶的驱动-附着条件 Ff+Fw+Fi≤Ft≤FZφ 汽车的附着力:
汽车的附着力决定于附着系数和地面作用于 驱动轮的法向反作用力 (一辆汽车的附着力取决于汽车的驱动形式和 载荷)
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汽车的附着力和法向载荷分析
速通过6%的坡道。
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汽车行驶驱动力与行驶阻力
汽车的驱动力 汽车动力传递路线：发动机→离合器→变速器→副变速器→ 传动轴→主减速器→差速器→半轴→轮边减速器→车轮
Tt = Ttq i g i0η T
Tt Ft = r
Ft = Ttq i g i0η T r
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C 2 =
Fx 2 Fz 2
1 1 du du i+ F f 1 + Fw + Fi + m cos α g dt dt = = G hg du a hg 1 1 du FZs 2 FZw 2 + + i + cos α g dt g L dt L L
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3.最大爬坡度imax 汽车的上坡能力。以1档满载时汽车 在良好路面上的最大爬坡度表示。是 极限爬坡能力。 轿车：一般不强调 货车： imax =30%（约16.5°） 越野汽车：imax =60% 有时也以汽车在一定坡道上必须达到 的车速来表示爬坡能力。如：美国对 轿车爬坡要求，能以104
km/h车
发动机外特性曲线：发动机 节气门置于全开位置 发动机部分负荷特性曲线： 发动机节气门置于部分开启位 置 台架试验特性曲线：发动机 台架试验时所获得的曲线。 使用外特性曲线：带上全部 附件时的外特性。与台架试验 特性相差5~15%。
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发动机的速度特性
Pe = Ttq n 9549
动力性参数的确定
1）最高车速 uamax
Ttq i g i0ηT r
CD A 2 ua = Gf + 21.15
2）爬坡能力 imax
Ttq ig i0ηT r CD A 2 = Gf cos α + ua 21.15 + G sin α
C1 =
1 du FX 1 = (1 ψ )G sin α + g dt 1 du FX 2 = ψG sin α + g dt
(1 ψ )q
b hg q L L
前轮上的附着率
前后轮上的附着率
C 2 =
ψq
a hg + q L L
后轮上的附着率
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汽车的附着力和法向载荷分析
空气升力
前阻风板、后扰流板对空气升力系数与空气阻力系数的影响
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汽车的驱动轮上的切向力
前轮驱动汽车
FX 1 = F f 2 + Fw + G sin α + m du dt
后轮驱动汽车
FX 2 = F f 1 + Fw + G sin α + m du dt
静态轴荷
动态分量
空气升力
滚动阻力矩
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汽车的附着力和法向载荷分析
空气升力
1 FZw1 = C Lf Aρ u r2 2 FZw 2 = 1 C Lr Aρ u r2 2
降低空气升力方法:
车身前部压低,尾部肥厚 向上的楔形造形,可以降低 空气升力 汽车前后空气升力系数
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汽车的驱动能力和附着率
２、高速行驶工况
i=0
后轮驱动汽车
du =0 dt
C 2 =
F f 1 + Fw Fs 2 FZw 2
极高速下良好的路面也不能满足汽 车附着性能要求．
高速行驶后驱动轮的附着率
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实际路面上汽车的附着力（方法２）
汽车车轮的法向载何：
b hg du FZ 1 = G G sin α + m + Fw L L dt a hg du FZ 2 = G + G sin α + m + Fw L L dt
发动机的外特性是通过发动机台架实验 获得的。 在已知发动机最大功率和对应声速时，发 动机的外特性可根据以下式估算：
2 3 n n n Pe = Pe max A + B n n np p p
汽油机
直喷式柴油机
预燃式柴油机
A B
1 1
0.5 1.5
Ff = f G
2 CD Aua Fw = 21.15
∑F=Ff+Fw+Fi+Fj
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汽车的坡度阻力
汽车的坡度阻力
Fi = G sin α ≈ G i
道路阻力
Fψ = F f + Fi = f G cos α + G sin α ≈ G f + G i
Fψ ≈ G ( f + i ) = G ψ
F1 =
四轮驱动汽车附着力： F = G
G (b + f hg ) L + hg
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汽车的驱动能力和附着率
在一定附着系数的路面上，不同驱动方式的汽车具有不同 的附着力．只有四轮驱动的汽车才有可能充分利用汽车总重量 产生的附着力． 汽车的附着力占四轮驱动汽车附着力的百分比． 附着利用率：
q b hg q L L
C1 =
加速上坡时，汽车要求的地面附着系数。 如果地面附着系数一定，汽车能通过的最大等效坡度为：
q= b L 1 hg L
+
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汽车的驱动能力和附着率
1、加速上坡行驶 C、四轮驱动汽车 后轴的转矩分配系数： 前后轮的驱动力：
Tt 2 ψ= Tt1 + Tt 2
0.6 1.4
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传动系机械效率
传动系各部件（变速器、万向节、主减速器）的摩擦导 致的功率损失。由试验测得。
Pe PT PT ηT = = 1 Pe Pe
汽车各部件的传动效率
机械变速器的轿车： ηT =0.9~0.92 货车、客车： ηT =0.82~0.85
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胎压、车速对附着系数影响
附着系数与轮胎气压关系 1-干混凝土路面 2-湿混凝土路面 3-软路面 4-积雪路面
附着系数与车速关系 1-干燥路面 2-湿路面 3-结冰路面
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汽车驱动力—行驶阻力平衡图
汽车行驶方程式 驱动力与行驶阻力平衡图
式中δ1≈δ2=0.03~0.05。
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汽车行驶的驱动-附着条件与汽车的附着力
一、驱动条件 Ft≥Ff+Fw+Fi 上式为汽车的驱动条件，可以采用增加发动机转矩、 加大传动比等措施来增大汽车驱动力。汽车行驶除受驱动条 件制约外，还受轮胎与地面附着条件的限制。 二、附着条件 地面对轮胎切向反作用力的极限值称为附着力 Fφ，在硬路面上与驱动轮法向反作用力FZ成正比，常写成 FXmax= Fφ = FZφ 其中， FZ—作用于所有驱动轮上的地面法向反作用力； φ—附着系数，由路面和轮胎决定。
汽车的驱动力
1.定义
发动机产生的转矩，经传动系至驱动轮，转矩Tt对地面产 生圆周力Fo，地面对驱动轮的反作用力Ft即为驱动力。
2.表达式
Ft =Tt /r r—车轮半径 驱动轮转矩Tt与发动机转矩 Ttq的关系为： 故： T i iη
Ft =
tq g o t
r
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发动机的速度特性
汽车的附着力
F = Fz
汽车法向反作用力
汽车加速上坡受力图
hg b G hg ∑ I w I f i g i0 du rf FZ 1 = G cos α sin α + ± FZw1 G cos α L g L L Lr Lr dt L FZ 2 h a G hg ∑ I w I f i g i0 du rf cos α + g sin α + = G + ± FZw 2 + G cos α g L L Lr Lr dt L L
F 2 a fhg 后轮驱动： = ×100% F L hg F1 b + fhg 前轮驱动： = ×100% F L + hg 通常前驱动汽车的静载 荷大于后轴。
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2.3.3 影响附着系数的因素
路面的摩擦系数 路面的磨擦系数 行驶车速 轮胎的花纹 路面平整度 有水和油时
汽车的驱动能力和附着率
1、加速上坡行驶 C、四轮驱动汽车 注：附着系数一定的路面上行驶，前轮驱动先达到地面附着力 而滑转，后轮也保持在前轮开始滑转的数值而不增加。（差速器）
一定的路面行驶时的最大等效坡度
（1） C1 > C 2 时 （2） C1 < C 2 时 （3） C1 = C 2 时
q= b L
汽车的驱动能力和附着率
1、加速上坡行驶 A、后轮驱动汽车
C 2 q = a hg + q L L
q=i+ 1 1 du cos α g dt
等效坡度： 包含了加速阻 力在内的坡度
加速上坡时，汽车要求的地面附着系数。 如果地面附着系数一定，汽车能通过的最大等效坡度为：
a L 1
q=
hg L
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附着力与阻力关系：
F = G sin α + m du + Fw + F f dt
后轮驱动汽车附着力：
F 2 =
G (a f hg ) L hg
汽车车轮的法向载何简化：
b hg FZ 1 = G (F F f ) L L a hg FZ 2 = G + (F F f ) L L
前轮驱动汽车附着力：
Ft = Ff + Fw + F i + Fj
Ttq ig i0ηT r CD A 2 ua = Gf cos α + 21.15 du + G sin α + δm dt
已知了方程中的汽车各参数,在 地面提供足够附着力的条件下,就 可以求解汽车的动力性指标.
汽车驱动力与行驶阻力平衡图
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汽车理论
第二章 汽车纵向动力学 1、动力性 2、制动性
2009年9月
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汽车的动力性
定义： 评价指标：
在良好、平直的路面上行驶时所能达到的平均行驶速度。
u 最高速度 加速时间 t 原地起步加速 超车加速
最大爬坡度
max
i
max
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汽车的动力性
(1 ψ ) + hg
L
前轮先滑
q=
ψ hg L
a L
后轮先滑
q =
重量全部利用为附着力
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汽车的驱动能力和附着率
1、加速上坡行驶
不同驱动形式汽车的等效坡度
汽车的附着率曲线
从爬坡能力分析汽车驱动形式对动力性影响： 四轮驱动汽车
>
后轮驱动汽车
>
前轮驱动汽车
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前轮驱动汽车在坡道上加速行驶时 从动轮、驱动轮与车身的受力
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汽车的驱动能力和附着率
附着率:
汽车直线行驶状况下,充分发挥驱动力作用时要求的最低附着系数 Ft C i = Fz 1、加速上坡行驶(空阻和滚阻为零) A、后轮驱动汽车 C 2 =
Fx 2 Fz 2
FX 2 du = F f 1 + Fw + G sin α + m dt
汽车的驱动能力和附着率
1、加速上坡行驶 B、前轮驱动汽车
1 1 du du i+ F f 2 + Fw + Fi + m Fx1 cos α g dt dt = C1 = = G hg du b hg Fz1 1 1 du FZs1 FZw1 i + cos α g dt g L dt L L
道路阻力系数
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汽车的加速阻力
加速阻力
du Fj = δ m dt
旋转质量换算系数
2 2 1 ∑ I w 1 I f i g i 0 ηT δ = 1+ + 2 m r m r2
不知道准确的If、∑Iw值，也可 按下述经验公式估算δ值：
δ = 1 + δ1 + δ 2 ig 2
汽车的驱动力图
发动机外特性确定的是发动机输出转矩和转速关系。经 传动系到达车轮后，可表示为驱动力与车速间的关系。
Ft =
TFra Baidu bibliotekq i g i0η T r
rn ua = 0.377 ig io
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汽车的行驶阻力
汽车行驶时的各种阻力：
滚动阻力——以符号Ff表示； 空气阻力——以符号Fw表示； 坡度阻力——以符号Fi表示； 加速阻力——以符号Fj表示； 因此汽车行驶的总阻力为：