1、主讲： 王文林 教授,南昌大学机电工程学院-车辆工程技术研究中心,汽车纵向动力学,汽车的动力性,动力性定义：指汽车在良好路面上直线行驶时，由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。,汽车动力性定义,Vehicle Tractive Performance,体现了汽车的运输效率！,汽车动力性评价指标,Vehicle Tractive Performance Evaluation Criteria,最高车速umax 加速时间t 最大爬坡度imax,1、最高车速 (kM/h)：指在良好的路面(混凝土或沥青)上所能达到的最高行驶车速。,汽车动力性评价指标,Vehicle Tractive P
2、erformance Evaluation Criteria,2、加速时间 (t)：,原地起步加速时间：由I或II档起步，以amax，并考虑换档时间，一般用0400m或者0100km/h的时间表示原地起步的加速时间。,超车加速时间：以最高档或次高档，以amax加速至某一高速所用的时间。,汽车动力性及其评价指标,Vehicle Tractive Performance Evaluation Criteria,汽车加速过程曲线,汽车动力性及其评价指标,Vehicle Tractive Performance Evaluation Criteria,3、最大爬坡度 (%)：,以满载、良好路面上的im
3、ax来表示。商用车30或16.5；越野汽车60或31；轿车最高车速较大， 且通常在良好的市区道路行驶，可爬坡度很大。,汽车行驶方程式,驱动力,滚动阻力,空气阻力,坡度阻力,加速阻力,汽车行驶方程式,驱动力,滚动阻力,空气阻力,坡度阻力,加速阻力,1、滚动阻力、坡度阻力,式中：Ff 、Fi-滚动阻力、坡度阻力；m -汽车质量；-坡度角；f -滚动摩擦系数。,汽车行驶方程式,轮胎径向变形曲线,汽车行驶方程式,滚动阻力系数 f ：车轮在一定条件下，滚动所需要推力Fp1与负荷W1之比，即单位重力的推力。,汽车行驶方程式,滚动阻力系数的试验确定法: 牵引法、滑行法和转鼓法,1. 速度ua对 f 的影响,
4、对 f 的影响因素,2. 轮胎的结构、材料、帘线对f 的影响也很大。子午线轮胎 f 小，天然橡胶 f 低。,汽车行驶方程式,f 的经验公式,汽车行驶方程式,驱动力,滚动阻力,空气阻力,坡度阻力,加速阻力,2、空气阻力,定义：汽车直线行驶时受到的空气阻力在汽车行驶方向上的分力。 分类：压力阻力和摩擦阻力压力阻力主要受形状、扰动和诱导阻力组成。形状阻力主要与汽车的形状有关，约占58。,汽车行驶方程式, 干扰阻力：汽车突出部件，如后视镜、门把手、导水槽、驱动轴、悬架导向杆等，约占14。内循环阻力：发动机冷却系、车身通风等气流流过汽车内部，占12。诱导阻力：空气升力在水平方向的分力，占7。摩擦阻力：9
5、。空气阻力Fw正比于气流相对运动的动压力：,汽车行驶方程式,式中：CD -空气阻力系数；A -迎风面积；ua-车速。,影响 Fw 的因素：CD 和 A 由于乘坐空间的制约A变化不大 但CD变化较大，195070年 CD =0.40.61990年CD =0.250.40概念车CD =0.2 CD大小对轿车（高速）汽车的性能影响极大 帕萨特 (Passat ) CD= 0.28,汽车行驶方程式,前部低， 过渡平滑， 后部加扰流板， 掠背式， 底部导流，平整化，向后应逐步升高. 整车俯视形状为腰鼓式， 改进通风进口、出口位置， 商用车顶部安装导流罩系统。,降低的要点,CD,汽车行驶方程式,汽车行驶方
6、程式,驱动力,滚动阻力,空气阻力,坡度阻力,加速阻力,3、加速阻力,式中：-汽车旋转质量换算系数。1,车轮转动惯量 kg.m2,飞轮转动惯量,汽车行驶方程式,驱动力,滚动阻力,空气阻力,坡度阻力,加速阻力,4、驱动力,式中：Ttq -发动机输出转矩；ig 、i0 - 变速器传动比、主减速器传动比；t - 传动系的机械效率；r - 车轮半径。,此式从数学、物理上容易理解，但有关参数的意义尚需进一步探讨！,汽车行驶方程式,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。,1、理解发动机驱动力矩Ttq,发动机的转速特性,功率Pe -曲轴转速n,转矩Ttq -曲轴转
7、速n,汽车行驶方程式,1、外特性曲线：节气门(油门)全开时，转矩或功率等与转速的关系。,2、发动机部分负荷特性曲线：节气门部分开启时，转矩或功率等与转速的关系。,汽车行驶方程式,3、使用外特性曲线：带上全部附件设备时的外特性。通常汽油机小15，而柴油机小10。,汽车行驶方程式,在运用上式对汽车驱动力进行估算时，一般沿用：稳态工况时发动机台架试验所得到的使用外特性中的功率、转矩曲线。,譬如：,使用多项式拟合近似抛物线的转矩曲线。,汽车行驶方程式,汽车的驱动力图,定义：由发动机外特性确定的驱动力Ft与车速ua之间的函数关系曲线 Ft-ua,汽车行驶方程式,2、理解传动系的机械效率T,主要损失部件：
8、 变速器和主减速器(含差速器) 主要损失形式： 液力损失和机械摩擦损失。液力损失,如搅动和磨擦。它与润滑油品种、温度、转速、油面高度等有关。,汽车行驶方程式,汽车传动系总成机械效率 46档变速器T =0.96 68档变速器T =0.95 传动轴 T = 0.98 主减速器T = 0.96 (单级)T = 0.92(双级) 汽车传动系机械效率 轿车T=0.900.92 商用车T=0.820.85 越野车T=0.800.85,典型的传动系效率值,汽车行驶方程式,2、理解车轮半径r,自由半径 r ：无载,静力半径 rs ：汽车静止,滚动半径 rr ：,式中：S -轮胎滚动的距离；nw - 轮胎转动圈
9、数。,汽车行驶方程式,欧洲车轮委员会 ：rr = Fd/(2)其中:子午线轮胎 F=3.05斜交轮胎 F=2.99,一般情况下，统称车轮半径: r rs rr,汽车行驶方程式,3、理解驱动力的定义与车轮实际受力的差异,汽车行驶方程式,驱动轮实际受力图,汽车行驶方程式,真正驱动车轮前进的力是地面切向反力Fx2。其在数值上等于汽车驱动力Ft与滚动阻力Ff之差。,驱动力、滚动阻力在受力图上画不出来！,汽车行驶方程式,驱动力,滚动阻力,空气阻力,坡度阻力,加速阻力,便可分析汽车在附着条件良好路面上的行驶能力。即在油门全开时，汽车可能达到最高车速、加速能力和爬坡能力。,行驶方程式反映了汽车行驶时，驱动力
10、和外界阻力之间的普遍情况。当已知条件：,汽车的驱动力-行驶阻力平衡图,定义: 为了清晰地描述汽车行驶时受力情况及其平衡关系，通常将平衡方程式用图解方式进行描述，即将驱动力Ft和行驶阻力绘在同一张图上。,驱动力Ft,车速Ua,储备,汽车的功率平衡图, 汽车在行驶时驱动力与行驶阻力平衡发动机输出功率也与行驶阻力功率平衡,将上式两边同时除以车速Ua，并经单位换算可得汽车的功率平衡方程式：,驱动功率,滚动阻力功率,空气阻力功率,坡度阻力功率,加速阻力功率,汽车的功率平衡图,汽车的功率平衡图,ab可用来加速或爬坡，称为后备功率,汽车的功率平衡图, 汽车后备功率越大，汽车的动力性越好。 利用后备功率也可确
11、定汽车的爬坡度和加速度。 功率平衡也可描述汽车行驶时的发动机负荷率，有利于分析汽车燃油经济性。,后备功率,换档时刻选择,汽车的换档规律,汽车行驶的附着条件与附着率,附着力,地面对轮胎的切向反作用力的极限值。,式中：Fz -路面对驱动轮的法向反作用力； - 附着系数。由路面和轮胎决定。,汽车行驶的附着条件与附着率,驱动力不能大于附着力，否则驱动轮会发生滑转现象：,称为后轮驱动汽车驱动轮的附着率：,汽车行驶的附着条件与附着率,对于前轮驱动汽车，其前驱动轮的附着率也不能大于地面附着系数：,汽车行驶的附着条件与附着率,1、一般车速下， 很小，汽车完全可以正常行驶；,2、车速大于250kM/h时， =0.57，接近路面附着系数 ；,3、车速大于300kM/h时， =0.74，大于路面附着系数 。所以高速时，即使路面良好也不能正常行驶！,汽车行驶的附着条件与附着率,上面讨论的情况为直线行驶，在实际转弯行驶时，所需的 要大得多。,因此：为了降低 、 ，即降低驱动轮的附着率，可以优化汽车的设计来实现。,复习题01,1汽车的动力性定义、动力性评价指标是什么？2画出某5档变速器汽车的驱动力平衡图和功率平衡图。解释什么叫后备功率？后备功率用来干什么？它表示了汽车的什么能力？3、解释路面附着系数、驱动轮附着率C1、 C2的定义和相互关系。,
