合肥工業(yè)大學(xué)車輛工程考研.ppt

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1 第一章汽車動力性 本節(jié)重點計算并分析汽車行駛過程中的驅(qū)動力和行駛阻力 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 返回目錄 2 Tt F0 Ft r ua 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 一 驅(qū)動力Ft 驅(qū)動力Ft 發(fā)動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動系傳到驅(qū)動輪 產(chǎn)生驅(qū)動力矩Tt 驅(qū)動輪在Tt的作用下給地面作用一圓周力F0 地面對驅(qū)動輪的反作用力Ft即為驅(qū)動力 3 Tt F0 Ft r ua Tt 驅(qū)動力矩 Ttq 發(fā)動機轉(zhuǎn)矩 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 一 驅(qū)動力Ft ig 變速器傳動比 i0 主減速器傳動比 T 傳動系的機械效率 4 能否解釋為什么汽車低擋的加速能力好于高擋 思考 Ft與發(fā)動機轉(zhuǎn)矩Ttq 變速器傳動比ig 主減速器傳動比i0 傳動系的機械效率 T和車輪半徑r等因素有關(guān) 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 由可知 5 驅(qū)動力和車速都與發(fā)動機特性有直接關(guān)系 可以通過發(fā)動機特性曲線找出驅(qū)動力與車速之間的關(guān)系 發(fā)動機 ua Ft 計算驅(qū)動力是為了確定汽車的動力性指標(biāo) 也即要找出驅(qū)動力和車速的關(guān)系 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 6 發(fā)動機的轉(zhuǎn)速特性 即Pe Ttq b f n 關(guān)系曲線 節(jié)氣門開啟程度的不同 外特性曲線 部分負荷特性曲線 思考 計算汽車動力性指標(biāo)時 需要用什么特性曲線 1 發(fā)動機的轉(zhuǎn)速特性 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 7 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 8 發(fā)動機轉(zhuǎn)速特性曲線 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 9 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 帶上全部附件設(shè)備時的發(fā)動機特性曲線 稱為使用外特性曲線 一般 使用外特性與外特性相比 汽油機的最大功率約小15 貨車柴油機的最大功率約小5 轎車與輕型貨車柴油機的最大功率約小10 10 寶來轎車發(fā)動機的基本參數(shù)如下 水冷 直列四缸 每缸五氣門最大功率110kW 5700r min最大轉(zhuǎn)矩210N m 1750 4600r min缸徑 行程81mm 86 4mm壓縮比9 3 1 思考 寶來轎車發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩輸出特性是否理想 為什么 汽車起步加速時 過早換入高擋 即發(fā)動機轉(zhuǎn)速較低時即換入高擋 是否有利于其加速性 發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)速較低好還是較高好 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 11 等速行駛時 PT 傳動系損失的功率 Pin 輸入傳動系的功率 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 2 傳動系的機械效率 T 12 轉(zhuǎn)速 機械損失 液力損失 轉(zhuǎn)矩 齒輪對數(shù) 過低 熱容量小 過高 攪油損失大 油面高度 溫度 潤滑油品質(zhì) 直接擋 T最高 T高 損失小 齒輪對數(shù)少 T高 損失的比重小 損失大 Ttq大 傳動系損失的功率PT主要與哪些因素有關(guān) 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 PT 思考 13 傳動系效率曲線 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 擋 擋 1 1200r min2 1600r min3 1900r min4 2000r min 14 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 表1 1傳動系各部件的傳動效率 15 自由半徑 車輪處于無載時的半徑 靜力半徑rs 汽車靜止時 車輪中心至輪胎與道路接觸面間的距離 滾動半徑rr 車輪幾何中心到速度瞬心的距離 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 3 車輪半徑 16 做出的Ft ua關(guān)系圖 即驅(qū)動力圖 依據(jù)下面兩式 以及發(fā)動機外特性曲線 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 4 汽車的驅(qū)動力圖 17 例 已知奧迪A4轎車發(fā)動機的數(shù)據(jù) 如下表所示 ig1 2 13 i0 6 333 r 0 317m T 0 90 由和可以對應(yīng)計算出1擋的Ft1和ua1 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 18 奧迪A4轎車驅(qū)動力圖 19 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 20 滾動阻力Ff 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 二 汽車的行駛阻力 汽車在行駛過程中將會遇到哪些行駛阻力 如何保證汽車可以加速或爬坡 空氣阻力Fw 坡度阻力Fi 加速阻力Fj 汽車行駛總阻力 思考 21 軟路面上 硬路面上 產(chǎn)生滾動阻力的主要原因 輪胎變形 輪胎變形和路面變形 輪胎變形為什么會產(chǎn)生滾動阻力 輪胎的遲滯損失 輪胎在加載變形時所消耗的能量在卸載恢復(fù)時不能完全收回 一部分能量消耗在輪胎內(nèi)部摩擦損失上 產(chǎn)生熱量 這種損失稱為輪胎的遲滯損失 1 滾動阻力Ff 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 思考 22 ua 加載變形區(qū) 卸載變形區(qū) 思考 由輪胎的遲滯損失圖看 在輪胎徑向變形相同的情況下 地面作用在加載變形區(qū)與卸載變形區(qū)的法向反力是否相等 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 23 1 從動輪受力分析 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 FZd FZd 24 f 滾動阻力系數(shù) 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 令 25 即路面作用于驅(qū)動輪的切向力FX2比Ft要小 2 驅(qū)動輪受力分析 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 26 ua高 f大 貨車f 0 0076 0 000056ua 3 影響Ff的因素 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 轎車 1 車速ua 27 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 28 輪胎的兩個最重要參數(shù) 極限速度和承載量 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 臨界車速 最高車速 當(dāng)汽車車速超過臨界車速時 輪胎會出現(xiàn)駐波現(xiàn)象 其周緣呈明顯的波浪狀 且輪胎溫度快速增加 后果是大量發(fā)熱導(dǎo)致輪胎破損或爆胎 駐波現(xiàn)象 在高速行駛時 輪胎離開地面后因變形所產(chǎn)生的扭曲并不立即恢復(fù) 其殘余變形形成了一種波 這就是駐波 此時輪胎周緣不再是圓形 而呈明顯的波浪形 輪胎剛離開地面時波的振幅最大 它按指數(shù)規(guī)律沿輪胎圓周衰減 29 駐波現(xiàn)象 圖像 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 30 子午線輪胎比斜交輪胎的滾動阻力小20 30 滾動阻力與輪胎的簾線 棉 人造絲 尼龍 鋼絲 和橡膠品質(zhì)有關(guān) 2 輪胎結(jié)構(gòu) 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 31 3 氣壓 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 氣壓越高 輪胎變形及由其產(chǎn)生的遲滯損失就越小 滾動阻力也越小 32 4 驅(qū)動力 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 33 為什么驅(qū)動力系數(shù)很大時 氣壓越低f越小 Ft 胎面滑移 Ff pa 接地面積 胎面滑移 滑移引起的Ff 思考 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 34 上高速公路時 輪胎氣壓應(yīng)該適當(dāng)高一些 在松軟路面 泥濘路面 雪地行駛時 可適當(dāng)降低輪胎氣壓 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 在高速公路上 輪胎變形產(chǎn)生的滾動阻力大還是滑移產(chǎn)生的滾動阻力大 胎壓高 輪胎變形小 遲滯損失少 Ff小 胎壓低 滑移小 Ff小 上高速公路前要檢查胎壓 在給定的胎壓范圍內(nèi) 胎壓適當(dāng)高一些好還是低一些好 思考 思考 35 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 由輪胎與土壤之間的粘著性所致 5 路面條件 表1 2滾動阻力系數(shù)f的數(shù)值 36 離心力 前 后輪產(chǎn)生側(cè)偏力 側(cè)偏力沿行駛方向產(chǎn)生分力 滾動阻力增加 6 轉(zhuǎn)向 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 37 1 壓力阻力 占91 汽車直線行駛時受到的空氣作用力在行駛方向的分力稱為空氣阻力 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 2 空氣阻力FW 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 38 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 39 取決于車身主體形狀 1 形狀阻力 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 40 后視鏡 車身表面的凸起物引起的阻力 2 干擾阻力 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 41 后視鏡 后視鏡設(shè)計也要注重流線形 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 42 后視鏡 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 43 后視鏡 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 44 門把手 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 45 懸架導(dǎo)向桿和傳動軸 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 46 滿足冷卻 通風(fēng)等需要 使空氣流經(jīng)車體內(nèi)部時構(gòu)成的阻力 4 誘導(dǎo)阻力 空氣升力在水平方向的投影 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 3 內(nèi)循環(huán)阻力 由于流經(jīng)車頂?shù)臍饬魉俣却笥诹鹘?jīng)車底的氣流速度 使得車底的空氣壓力大于車頂 從而空氣作用在車身上的垂直方向的壓力形成壓差 這就是空氣升力 47 思考 夏季在高速公路上開空調(diào)省油還是開窗通風(fēng)省油 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 打開天窗換氣和打開側(cè)窗換氣有何不同 打開天窗換氣時 天窗上方的壓力低于車內(nèi)的壓力 2 摩擦阻力 9 由于空氣粘性作用在車身表面產(chǎn)生的切向力的合力在行駛方向的分力 48 CD 空氣阻力系數(shù) A 迎風(fēng)面積 ur 相對速度 空氣密度 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 3 空氣阻力FW的計算 49 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 發(fā)動機蓋應(yīng)向前下傾 4 減小CD值要遵循的要點 1 車身前部 50 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 面與面交接處的棱角應(yīng)為圓柱狀 51 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 面與面交接處的棱角應(yīng)為圓柱狀 52 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 風(fēng)窗玻璃應(yīng)盡可能 躺平 且與車頂圓滑過渡 53 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 越野車很難做到 風(fēng)窗玻璃應(yīng)盡可能 躺平 且與車頂圓滑過渡 54 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 盡量減少燈 后視鏡和門把手等凸出物 55 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 上掀式前照燈 視頻 56 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 在保險杠下面 應(yīng)安裝合適的擾流板 57 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 車輪蓋應(yīng)與輪胎相平 58 思考 F1方程式賽車為什么不用車輪蓋 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 59 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 整個車身應(yīng)向前傾1 2 2 整車 60 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 水平投影應(yīng)為腰鼓形 61 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 后端稍稍收縮 前端呈半圓形 62 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 最好采用艙背式或直背式 3 汽車后部 63 應(yīng)安裝后擾流板 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 64 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 當(dāng)車速超過120km h 尾翼會自動升高160mm 為車身增加30 的下壓力 在車速低于80km h 尾翼又會自動降低 應(yīng)安裝后擾流板 65 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 應(yīng)安裝后擾流板 66 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 應(yīng)安裝后擾流板 67 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 應(yīng)安裝后擾流板 68 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 若用折背式 則行李箱蓋板至地面距離應(yīng)高些 長度要短些 69 后面應(yīng)采用鴨尾式結(jié)構(gòu) 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 70 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 后面應(yīng)采用鴨尾式結(jié)構(gòu) 71 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 所有零件應(yīng)在車身下平面內(nèi)且較平整 最好有平滑的蓋板蓋住底部 4 車身底部 72 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 底部比較凌亂 73 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 底部比較凌亂 74 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 仔細選擇進風(fēng)口與出風(fēng)口的位置 精心設(shè)計內(nèi)部風(fēng)道 5 發(fā)動機冷卻通風(fēng)系統(tǒng) 75 冷卻前制動器 冷卻前制動器 冷卻發(fā)動機和制動器 冷卻后制動器和潤滑系統(tǒng) 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 76 冷卻發(fā)動機和前制動器 冷卻后制動器 為發(fā)動機提供充足的空氣 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 77 什么是超級跑車 限量生產(chǎn) 價格高昂 動力強勁 3 5L以上 8缸以上 起步快 0 100km h時間在5s以內(nèi) 技術(shù)超群 車身自重輕 采用碳纖維或輕質(zhì)合金材料 外觀超前等 形象的描述 外觀鮮亮 讓人愛得要死 加速時令人皮膚繃緊 汗毛直豎 讓人嚇得要死 數(shù)量奇少 價格奇高 讓人想得要死 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 思考 對于轎車和超級跑車 哪種車型的空氣阻力系數(shù)更大 為什么 78 三種超級跑車 蘭博基尼 法拉利 保時捷 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 79 答案 由于尾翼的影響 發(fā)動機和制動器通風(fēng)冷卻的需要 超級跑車的空氣阻力系數(shù)一般會大于普通轎車 蘭博基尼跑車 在冷卻通風(fēng)口關(guān)閉且擾流板擺平時 CD值為0 33 展開時 CD值為0 36 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 思考 對于轎車和超級跑車 哪種車型的空氣阻力系數(shù)更大 為什么 80 減小CD值要遵循的要點總結(jié)如下 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 81 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 未來轎車的外形 82 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 6 貨車和半掛車的空氣阻力也很重要 不少貨車駕駛室上已裝用導(dǎo)流板等裝置 以減小空氣阻力 節(jié)省燃油 83 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 84 一些常見車型的空氣阻力系數(shù) 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 85 汽車重力沿坡道的分力 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 3 坡度阻力Fi 86 一般道路的坡度均較小 一些常見路面的坡度 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 87 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 88 道路阻力 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 滾動阻力和坡度阻力之和 一般道路較小 1 i 令f i 為道路阻力系數(shù) 89 平移質(zhì)量的慣性力旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力偶矩 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 汽車加速行駛時 克服其質(zhì)量加速運動時的慣性力 旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù) IW 車輪轉(zhuǎn)動慣量 If 飛輪轉(zhuǎn)動慣量 4 加速阻力 90 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 擋位不同 值不同 91 總質(zhì)量越小的車 旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)值越大 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 總質(zhì)量不同 值不同 92 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 三 汽車行駛方程式 93 汽車受到外力的功率為P 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 用功率方程推導(dǎo) 和汽車行駛方程式 汽車以車速u行駛時的動能為E 發(fā)動機功率為Pe 傳動系摩擦阻力的負功率為Pr Fr 傳動系摩擦力轉(zhuǎn)換到車輪輪緣的阻力 94 加速時飛輪和車輪的受力圖 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 95 無級變速時 如果只考慮飛輪的轉(zhuǎn)動慣量 加速時作用于驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 設(shè)傳動系無任何摩擦阻力 作用于驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩為 96 傳動系各處摩擦轉(zhuǎn)換到驅(qū)動輪處的摩擦阻力轉(zhuǎn)矩為Tr 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 傳動系摩擦損耗的功率為Pr 傳動系各處摩擦轉(zhuǎn)換到車輪周緣的總摩擦阻力為Fr 97 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 由汽車整體動能對時間的變化率等于所有作用力的功率 可得下式 98 由上式得出汽車的行駛方程式 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 99 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 由上式可得汽車的加速阻力為 100 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 由上式可得汽車的加速阻力為 如果汽車裝有有級式固定傳動比變速器 加速阻力 所以 為裝有固定傳動比變速器汽車的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù) 101 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 由上式可得汽車的加速阻力為 如果汽車裝有傳動比連續(xù)變化的無級變速器 加速阻力為上述兩項之和 其中第二項加速阻力是由于傳動比變化率使發(fā)動機飛輪加速而產(chǎn)生的 102 第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力 本節(jié)內(nèi)容結(jié)束 下一節(jié)