汽車動力性課件

汽車理論

教材： 《汽車理論》第4版 清華大學余志生主編 機械工業(yè)出版社2003.1參考書：[1]（德）M.米奇克著.汽車動力學A卷.

陳蔭三譯.北京：人民交通出版社，1992 [2]吉林工業(yè)大學編.汽車理論.

北京：中國工業(yè)出版設，1962講課教師：丁康教授 1－3章

羅玉濤副教授 4－6章本課程研究目的

《汽車理論》是車輛工程專業(yè)必修的主干課程之一，是《汽車設計》、《汽車實驗學》、《汽車系統(tǒng)動力學》等課程的前修課程。主要分析汽車的各種使用性能及影響因素，為汽車設計、試驗、使用、維修提供必備的理論依據。概述1.汽車產業(yè)的特點2.當前世界汽車技術的發(fā)展特點3.中國汽車的產能和產量4.廣東省汽車的發(fā)展5.我國交通現狀6.汽車的使用性能汽車產業(yè)的特點

汽車是唯一的一種零件以萬計、年產量以百萬計、保有量以億計的機電一體化高技術產品，技術密集型的汽車工業(yè)對制造業(yè)各領域，對國民經濟各行業(yè)的發(fā)展均有很強的拉動作用。因此，汽車設計與制造水平是一個國家整體科技水平、經濟實力和國防實力的重要標志，當今世界上具有強大經濟實力的國家都有發(fā)達的汽車工業(yè)。當前世界汽車技術的發(fā)展特點先進底盤系統(tǒng)及其控制技術。包括對汽車懸架、轉向、制動等底盤總成系統(tǒng)的創(chuàng)新結構研發(fā)，采用機/電/液/光/磁控制系統(tǒng)的先進底盤控制(電控和敏捷底盤系統(tǒng)，如x-By-Wire)，以及底盤系統(tǒng)的新材料和先進制造工藝等技術。當前世界汽車技術的發(fā)展特點多元化潔凈能源及其應用技術。包括傳統(tǒng)汽油、柴油之外的其它適應作為汽車能源的潔凈燃料，如天然氣類(LPG、CNG、LNG)、醇類(甲醇、乙醇)、氫能(壓縮氫CH2、液氫LH2)、電能及燃料電池等的應用技術。當前世界汽車技術的發(fā)展特點先進節(jié)能及輕量化技術。包括發(fā)動機工作過程CAE優(yōu)化以及提高工藝質量，多氣門、電噴控制、減摩與輕量化材料、車身外形的空氣動力學優(yōu)化，新型的低滾阻輪胎等技術。當前世界汽車技術的發(fā)展特點智能化駕駛系統(tǒng)技術。是目前世界汽車領域的前沿課題，主要包括智能車輛(IntelligentVehicle)和自主車(AutonomousVehicle)兩類。廣東省汽車的發(fā)展以廣州為龍頭的廣東汽車工業(yè)，特別是轎車工業(yè)，成為廣東省九工業(yè)大產業(yè)、廣州三大支柱產業(yè)中增長最快、最引人注目的亮點，使廣州繼上海、長春之后成為全國第三大轎車制造基地，2006年產量達50多萬，預計在2009年前后產能、產量可達100萬輛/年。我國交通現狀

我國是道路交通事故死亡人數最高的國家，連續(xù)數年一直居世界第一位。據全球各交通和警察部門的統(tǒng)計，2003年全世界交通事故死亡人數為50萬人。其中，中國交通事故死亡人數為10.4萬人，美國、俄羅斯的死亡人數分別為4萬人和2.6萬人。

2006年全年共發(fā)生道路交通事故378781起，造成89455人死亡、43.1萬人受傷，直接財產損失14.9億元；道路交通萬車死亡人數為6.20人，下降18.4%汽車的使用性能汽車使用性能:汽車應該有高運輸生產率、低運輸成本、安全可靠和舒適方便的工作條件。汽車為了適應這種工作條件，而發(fā)揮最大工作效益的能力叫做汽車的使用性能。汽車的主要使用性能通常有：汽車動力性、汽車燃料經濟性能、汽車制動性、汽車操縱穩(wěn)定性、汽車平順性和汽車通過性能?！?-1汽車的動力性指標§1-2汽車的驅動力與行駛阻力§1-3汽車驅動力—行駛阻力平衡圖與動力特性圖§1-4汽車行駛的驅動-附著條件與汽車的附著力§1-5汽車的功率平衡§1-6裝有液力變矩器汽車的動力性第一章汽車動力性§1-1汽車的動力性指標

汽車的最高車速

單位為km/h;

汽車的加速時間t

單位為s；

汽車能爬上的最大坡度

單位為（°）或（%）。1·汽車的動力性系指 汽車在良好路面上直 線行駛時，由汽車受 到的縱向外力決定的 所能達到的平均行駛 速 度。2·從獲得盡可能高的平 均行駛速度的觀點出 發(fā)，汽車的動力性主 要可由三方面的指標 來評定。汽車的最高車速

最高車速是指汽車在水平良好的路面（混凝土或瀝青）上能達到的最高行駛車速。

汽車能爬上的最大坡度汽車的上坡能力是用滿載時汽車在良好路面上的最大爬坡度表示的。一般在30%即16.5。左右?！?-2汽車的驅動力與行駛阻力

汽車的行駛方程式為——驅動力；——行駛阻力之和。汽車動力性平衡關系行駛阻力驅動力汽車行駛方程式二、汽車的驅動力汽車的驅動力，單位為N，Tt——作用于驅動輪上的轉矩,單位為Nm;r——車輪半徑，單位為m。汽車驅動力（一）發(fā)動機的轉速特性

如將發(fā)動機的功率Pe、轉矩Ttq以及燃油消耗 率b與發(fā)動機曲軸轉速之間的函數關系以 曲線表示，則此曲線 稱為發(fā)動機轉速特性曲 線或簡稱發(fā)動機特性曲線。如果發(fā)動機節(jié)流閥全開（或高壓油泵在最大供 油量位 置），則此特性曲線稱為發(fā)動機外特 性曲線如果節(jié)流閥部分開啟（或部分供油），則稱為 發(fā)動機 部分負荷特性曲線。如轉矩的單位以N·m表示，功率的單位以kW表示，轉速以r/min表示，則功率與轉矩有如下關系（三）車輪的半徑車輪處于無載時的半徑稱為自由半徑。汽車靜止時，車輪中心至輪胎與道路接觸面間的距離稱為靜力半徑

。由于徑向載荷的作用，輪胎發(fā)生顯著變形，所以靜力半徑小于自半徑。車輪的滾動半徑

其單位為m：式中n-----車輪轉動的圈數;s-----在轉動n圈時車輪滾動的距離

滾動阻力——以符號Ff表示；

空氣阻力——以符號Fw

表示；

坡度阻力——以符號Fi表示；

加速阻力——以符號Fj

表示；因此汽車行駛的總阻力為：

∑F=Ff+Fw+Fi+Fj

三、汽車的行駛阻力OCA為對輪胎加載 過程ADE為對輪 胎 卸載 過程OCADE所包 圍的面 積即 加 載和卸載 過程 之能量失設取同一變形，壓 縮時受力為CF,恢 復 時受力為DF， 而CF大于DF。（一）滾動阻力1.遲滯損失車輪滾動時，輪胎與地面接觸產 生的作用力使輪胎變形在法線前后相對應點變形雖然相 同，但由于彈性遲滯現象，處于 壓縮過程的前部點的地面法向反 作用力回大于處于恢復過程的后 部點的地面法向反作用力。地面法向反作用力的分布前后并 不對稱，而使它們的合力相對于 法線向前移動了一個距離a，它 隨彈性遲滯損失的增大而變大。從動輪在硬路面上滾動時的受力情況2.產生原因3.滾動阻力偶輪胎內部摩擦產生遲滯損失，表現為阻礙車輪滾動的一種阻力偶欲使車輪等速滾動，須在車輪中心加一推力

4、滾動阻力系數影響滾動阻力系數的因素路面的種類行駛車速輪胎的構造，材料，氣壓驅動力系數（1）路面的種類

從右邊的列表可以看出，同樣類型的路面， 良好的比一般的滾 動阻力系數低；干燥的路面比雨后 的路面滾動阻力系 數低；壓緊的雪道的滾動 阻力系數要比一般 結冰路面高。（2）行駛車速行駛車速對滾動阻力系數有很大影響。車速在100km/h以下 時，滾動阻力逐漸增 加但變化不大；在某一車速(140km/h) 滾動阻力增長較快；車速達到某一臨界車 速（200km/h）左右 時，滾動阻力迅速增 長，出現駐波現象。（3）輪胎的結構，簾線和橡膠的品種輪胎充氣壓力對f值影響很大。氣壓降低時f值迅 速增加，這是因 為氣壓降低時， 滾動的輪胎變形 大，遲滯損失增 加。子午線輪胎的滾 動阻力系數比斜 交輪胎低。（4）驅動力系數隨著驅動力系 數的加大，滾 動阻力系數迅 速增加；子午線輪胎的 滾動阻力系數 較小，驅動力 系數變化對它 的影響也較 小。

（二）空氣阻力汽車直線行駛時受到的空氣作用力在行駛方向上的分力稱為空氣阻力。摩擦阻力：由于空氣的粘性在車身表面產生的切向力的合力在行駛方向的分力。壓力阻力：作用在汽車外形表面上的法向壓力的合力在行駛方向上的分力。形狀阻力：占壓力阻力的大部分，與車身主體形狀有很大關系。干擾阻力：車身表面突起物（如后視鏡，門把，引水槽，懸架導向桿，驅動軸等）引起的阻力。內循環(huán)阻力：發(fā)動機冷卻系，車身通風等所需空氣流經車體內部時構成的阻力。誘導阻力：空氣升力在水平方向的投影。（三）空氣阻力（N）汽車行駛速度A迎風面積空氣阻力系數

（三）坡度阻力當汽車上坡行駛時，汽車重力沿坡道的分力表現為汽車坡度阻力，G——作用于汽車上的重力，單位為N，G=mg，m為汽車質量，g為重力加速度。一般路面上坡度較小，此時由于坡度阻力與滾動阻力均屬于與道路有關的阻力，而且均與汽車重力成正比，故可把這兩種阻力合在一起稱作道路阻力，以表示，

當不大時，

令，ψ稱為道路阻力系數（四）加速阻力汽車的質量分為平移的質量和旋轉的質量兩部分。把旋轉質量的慣性力偶矩轉化為平移質量的慣性力，并以系數δ作為計入旋轉質量慣性力偶矩后的汽車質量換算系數汽車加速時的阻力:

δ——汽車旋轉質量換算系數，（δ>1）；m——汽車質量，單位為kg；——行駛加速度。

根據上面逐項分析的汽車行駛阻力，可以得到汽車的行駛方程式為：

四、汽車行駛方程式§1-3汽車驅動力—行駛阻力平衡圖與動力特性圖一、汽車驅動力-行駛阻力平衡圖

以車速為橫坐標，描述汽車驅動力和行駛阻力的相互關系，并以它來確定汽車的動力性。

前面曾得到汽車的行駛方程式為

汽車驅動力-行駛阻力平衡圖二汽車動力特性圖汽車的動力因數

汽車在各檔下的動力因數與車速的關系曲線稱為動力特性圖因此D曲線與f曲線間的距離就表示汽車的上坡能力

汽車動力特性圖§1-4汽車行駛的驅動-附著條件與汽車的附著力

1.概念

地面對輪胎切向反作用力的極限稱為附著力附著系數，由路面和輪胎決定。后輪驅動汽車驅動輪的附著率指汽車直線行駛狀況下，充分發(fā)揮驅動力作用時要求的最低附著系數。2.汽車行駛的附著條件

汽車的動力性能不只受驅動力的制約，還受到輪胎與地 面附著條件的限制。由作用在驅動輪上的轉矩引起的地面切向反作用力 不能大于附著力，否則將發(fā)生驅動輪滑轉現象。即或§1-5汽車的功率平衡

在汽車行駛的每一瞬間，發(fā)動機發(fā)出的功率始終等于機械傳動損失功率與全部運動阻力所消耗的功率。汽車功率平衡方程式（式中功率單位為kw）如下

汽車運動阻力所消耗的功率有滾動阻力功率Pf、空氣阻力功率Pw、坡度阻力功率Pi及加速阻力功率Pj。

（1）汽車功率平衡圖若以縱坐標表示功率，橫坐標表示車速，將發(fā)動機功率Pe、汽車經常遇到的阻力功率

對車速的關系曲線繪在坐標圖上，即得汽車功率平衡圖汽車功率平衡圖（2）后備功率汽車的后備功率汽車的后備功率越大，汽車的動力性越好?！?-6裝有液力變矩器汽車的動力性汽車的功率平衡與驅動力－行駛阻力平衡圖活塞式內燃機與蒸汽機的最大功率均等于等功率發(fā)動機的功率?；钊絻热紮C的汽車在車速低時后備功率甚小，能提供的驅動力也很小?；钊絻热紮C的外特性遠不如活塞式蒸汽機好，更比不上等功率發(fā)動機。（一）一般的活塞式內燃機