第二章 汽车纵向动力学(20110921)

Ft
r
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发动机的速度特性
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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典型变速器的传动效率分析
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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
Ttq i g i0 T r
rn ua 0.377 ig io
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F1 四档 0.2222 五档 0.2 六档 0.1818 七档 0.15 F2 0.333 3 0.3 0.272 7 0.22 F3 0.333 3 0.3 0.272 7 0.22 F4 0.111 1 0.1 0.090 9 0.20 F5 F6 F7
0.1 0.090 0.0909 9 0.07 0.07 0.07
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 g dt dt C1 h G g du b hg Fz1 1 1 du FZs1 FZw1 i g L dt L L cos g dt


a hg q L L
q
a hg q L L
q
C1 C 2 时 C1 C 2 时 C1 C 2 时
q
1 hg

L
a L
b L

前轮先滑
q
h g L

后轮先滑
q
重量全部利用为附着力
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后轮上的附着率
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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 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
du dt
C 2
Fx 2 Fz 2
1 1 du du i F f 1 Fw Fi m cos g dt dt G hg du a hg 1 1 du FZs 2 FZw 2 i g L dt L L cos g dt
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旋转质量换算系数
2 2 1 I w 1 I f i g i0 T 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：
1 1 2 ig 2
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
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：
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 G i
道路阻力
F F f Fi f G cos G sin G f G i
F G f i G
道路阻力系数
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汽车的加速阻力
加速阻力
du Fj m dt
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汽车的附着力和法向载荷分析
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 sin F G cos Zw1 L L Lr Lr dt L g L FZ 2 hg a G hg I w I f i g i0 du rf G cos sin F G cos Zw 2 L Lr Lr dt L L g L
道。
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动力性感觉指数（P F I）

定义： 通过测量每一档位下的最大加速度，并每个档位的最大加速度进行 不同权重的加权处理，得到车辆的动力性感觉指数（PFI），单位和 加速度一样，为m/s2。
PFI = amax,1 * F1 + amax,2 * F2 + … + amax,n * Fn
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 m du dt
后轮驱动汽车
FX 2 F f 1 Fw G sin m du dt
汽油机
直喷式柴油机
预燃式柴油机
A B
1 1
0.5 1.5
0.6 1.4
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发动机转速特性曲线
柴油机外特性曲线

汽油机扭矩曲线的最大扭矩点出现在中等使用转速区，它的具体位置则 由进气系统决定。

柴油机的扭矩曲线更平坦一些，甚至会随着转速的下降而略有提升。
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电动机转速特性曲线
Insight车用永磁电机扭矩特性
Insight车用永磁电机功率特性
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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 T 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
C1
1 du FX 1 1 G sin g dt 1 du FX 2 G sin g dt
1 q
b hg q L L
前轮上的附着率
前后轮上的附着率
C 2
q
a hg q L L
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 F f 1 Fw G sin m
典型轿车对比案例
动力性能 0~100km/h 加速时间（s） 50~140km/h 加速时间（s） 0~400m 加速时间（s） 0~400m 终点车速（km/h） 富康 988EX-1 15.37 26.71 19.97 113.7 捷达 AT 14.01 27.90 19.30 115.8
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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。
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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≤FZ· φ
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)
Tt Ttq i g i0 T
Tt Ft r
Ft Ttq i g i0 T r
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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： Ttq ig iot
汽车的动力性
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Hale Waihona Puke Baidu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车速通过6%的坡
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 A ur2 2 FZw 2 1 C Lr A 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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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 前后轮的驱动力：
C、四轮驱动汽车
后轴的转矩分配系数：
Tt 2 Tt1 Tt 2
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 = FZ· φ
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：
发动机的速度特性
Pe Ttq n 9549
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 n p p p
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动力性感觉指数（P F I）

12名德国大众富有经验的驾驶员对13款车型动力性打分与其PFI值比较
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动力性感觉指数（P F I）
• 大众各车型PFI值与排放对比
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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
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
qi 1 1 du cos 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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q b L
1 hg

L
前轮先滑
时
q
hg L
a L
后轮先滑
重量全部利用为附着力
（3） C1 C 2 时
q
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汽车的驱动能力和附着率
C1 C 2 时 （3）
1 q
b hg q L L

q
a hg q L L
汽车理论
第二章 汽车纵向动力学
动力性
2011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