2 第二章 汽车行驶理论_图文

▪
2)以任一条
1 j
曲线为例，例如直接档，将加速过程
速度区间分为若干间隔，常取 5km/ h为一段。定出各
间隔的微元面积 1、2、3 ，…,如图。
▪ 3)计算出从初速度 分别加速到 u1、u2、u3 、…，的
加速时间：u0
t1
1
3.6ab
s
t2
1 2
3.6ab
s
t3
1
2
3.6ab
3
s
…………………
定动力性的方法； ▪ （3）分析▪ 一、汽车的动力性指标 ▪ 从获得尽可能高的平均行驶速度的观点出
发，汽车的动力性主要可由三方面的指标来 评定，即： ▪ 1)汽车的最高车速 ua max；
▪ 2)汽车的加速时间 t ；
▪ 3)汽车能爬上的最大坡度 imax。
以直接档行驶，若 i0max 过小， 则汽车行驶中遇到 较小的坡度就被迫换档，因而影响汽车的平均行驶 速度和燃料消耗量。
▪ 因为汽车以全部剩余驱动力克服最大坡度
时，du 0 。 所以，根据驱动力平衡方程得 dt Fi Ft Ff Fw
▪ 式中 Fi G sin , Ff Gf cos
计算出 Fw 对
具有四档变速器的某汽车的驱动力—行驶阻力平衡图
由于是的二次方函数， Fw ua曲线应为抛物线。 在驱动力图上，先画出 Ff ua 曲线，再将 Fw ua叠加画在 Ff ua曲线的上 方，就得到汽车的等速行驶阻力曲线 (Ff Fw) ua 。 其曲线较二次抛物线上升略陡，因为车速较高时略有增加。
▪ 由于加速过程中发动机非稳定工况的影响，道路试验所得的 加速时间往往要低于计算结果，大约等于按发动机扭矩降低 10～15％的计算值。

Ft

Ttqigi 0 T
r
和
ua

0.377
nr igi0
可以对应计算出 1 挡的Ft1和ua1。
n/(r·min-1)
nmin
ntq
800 3300
np
5700
nmax
6200
Ttq/(N·m )
ig1=2.13
Ft1/N
ua1/(km·h-1 )
142 5438 7.1
195 7468 29.2
24
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
n
ua
O
加载变形区 n' 卸载变形区
图1-9是对轮胎静态加载/卸载时， 轮胎所受载荷W和轮胎接地点中心的径向变 形关系。
轮胎滚动时的加载变形区和 卸载变形区
思
由轮胎的迟滞损失图看，在轮胎径向变形相同的情况下，
考
地面作用在加载变形区与卸载变形区的法向反力是否相等？
25
（4）驱动力
37
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
思考
为什么驱动力系数很大时，气压越低 f 越小？
Ft 胎面滑移Ff
传动系损失的功率PT主要与哪些因素有关？
机械损失
转矩
Ttq大 损失大 损失的比重小
ηT高
齿轮对数
齿轮对数少
损失小 ηT高
直接挡ηT最高
PT
润滑油品种
液力损失
温度
箱体内油面
过高，搅油损失大
高度
过低，热容量小
旋转零件的转速
15
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
传动系效率曲线
挡 挡
1—1200r/min 2—1600r/min 3—1900r/min 4—2000r/min

7
Acceleration time
汽车加速度曲线
GB/T12543—90《汽车加速性能试验方法》 8
9
爬坡能力的评价
▪ 以满载、良好路面上的imax来表示。
▪
－－商用车30％或16.5º；
▪
－－越野汽车60％或31º；
▪ 轿车最高车速较大， 且通常在良好的市 区道路行驶，一般不强调爬坡度。
▪ 有的国家要求汽车在常遇坡道上汽车必 须保持的速度表明其加速能力。
r
21.15
36
1. 最大速度和部分负荷时的力平衡 以及 uamax 和部分负荷时的等速 2. 加速能力
3. 最大爬坡度
ua uam a,x此时F， i mgsin i tg(sin1 Ft Ff Fw )
mg
37
▪ 2. 加速能力 它用aj,但aj不方便评价。 通常用加速时间或加速距离来评价。
28
▪ δ 主要与发动机飞轮的转动惯量、车轮的 转动惯量以及传动系统的转动比有关，即
▪
▪ 式中：Iw为车轮的转动惯量；If为飞轮的转 动惯量。
29
Ft Ff Fw Fi Fj
Ttqi0 ig T mg f cosCD Aua2
r
21.15
mgsinm du
dt
30
四、汽车行驶条件
▪ 1. 汽车行驶的驱动－附着条件
温度、转速、油面高度等有关。
16
▪ 汽车传动系总成机械效率
▪ 4～6档变速器ηT =0.96
▪ 6～8档变速器ηT =0.95
▪ 传动轴ηT = 0.98
▪ 主减速器ηT = 0.96 (单级)
▪
ηT = 0.92(双级)
▪ 汽车传动系机械效率

汽车在加速上坡时，附着条件不易满足。 以下将在此工况下，分析路面作用在车轮上的法向 力FZ和切向力FX。
31
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
FZ1

G
b L
FZ 2

G
a L
cos cos

hg L
hg L
sin




G g
sin


D1max fcosmax sinmax cosmax 1 sin 2 max
max
arcsin
D1max

f
1

D2 1max
1 f 2

f2
14
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
3）计算加速时间
i0
du g (D f )
dt
做出加速度曲线
ua/(km/h)
uamax=205km/h
ua /(km h1)
4
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
2.确定加速时间t
Fi=0
du dt

1
m
Ft
(Ff

Fw )
由驱动力—行 驶阻力平衡图可以 做出加速度曲线。
5
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
cos

CD Aua2 21.15

arcsin Ft (Ff Fw )
G
10
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
由驱动力—行驶 阻力平衡图和
arcsin Ft (Ff Fw )
G
i=tanα

结论：内侧?。
Y C cos Ga sin
Y C Ga i0
很小，则cos 1,sin tg i0
C
Ga g
v2 R
GV 2 127 R
Y
GaV 2 127 R
Ga
i0
Ga
V2 127 R
i0
汽车横向稳定性不取决于 Y 的绝对值，而取决于横向力与车重的比值
-------叫横向力系数(lateral force coefficient)，即：
规定超高横坡 iB 、合成坡度 ih 等指标的依据之一。
§ 2.4 汽车在道路上行驶的稳定性
2.汽车行驶的横向稳定(lateral stability)
（1）汽车在曲线上行驶所产生的横向作用力
§ 2.4 汽车在道路上行驶的稳定性
2.汽车行驶的横向稳定(lateral stability)
内
外
法向力： Z Ga cos C sin （大）Z Ga cos C sin （小） 横向力：Y C cos Ga sin （小）Y C cos Ga sin (大)
§ 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性
汽车行驶的稳定性(running stability) -----指汽车在
行驶过程中，受外部因素作用，而不发生侧滑、倾 覆现象的能力。 – 按方向分： 纵向稳定性 \ 横向稳定性 – 丧失稳定的方式分：滑动稳定性 \ 倾覆稳定性
影响因素： ① 汽车本身的结构参数； ② 驾驶员的因素； ③ 作用于汽车的外因。
（2-27）
Z1 0
tan 0
L2 hg
>>1
45º 100％
§ 2.4 汽车在道路上行驶的稳定性
1.汽车行驶的纵向稳定(longitudinal stability)

作用在汽车前轮（从动轮）的切向反作用力X1 为
X1Z1fMj1/rk
（2—3）
而作用在汽车后轮（驱动轮）的切向反作用力X2 为
X2
Me
Mj2 rk
Z2
f
（2—4）
9
Pjycos
Pgysin
Cg
Gasin Gacos
hs
Y1
B Y1
Z1
Z1
图2-2汽车在横坡道上曲线行驶的受力图
10
（2）汽车在曲线上行驶
汽车的行驶需要克服各种行驶阻力，因而必须具备足够的动力—牵引力， 汽车行驶时牵引力来自内燃发动机。燃料在发动机内燃烧，将热能转变为 机械能，因此牵引力取决于发动机的性能。
1．（1）表征汽车发动机特性的基本指标
①有效功率
有效功率指汽车在单位时间内所具有的做功的能力，单位为千瓦（KW）。 不同的汽车，发动机性能不同，所发出的有效功率也不同。如在发动机转 速为3000时，不同汽车发动机所发出的最大功率分别为：解放CA—141， Nmax=99KW/3000r（135马力）；黄河JN—150，Nmax=117.6kw/1800r；红旗 小轿车CA-772，Nmax=161.8KW/4000r。
③保证公路上的行车畅通。为保证公路上行车不受阻碍或受尽量小阻碍，公路 线形设计需要保证平面上有足够的视距，纵断面上应正确设计竖曲线，横断面 上应有足够的通行宽度。此外，还应尽可能地减少平面交叉以及采取增加交通 安全和防止公害等措施。
④尽量满足行车舒适。线形设计时，需要正确地组合平面线形和纵面线形，以 增进驾驶者和乘客在视觉上和心理上的舒适感，采用符合视觉舒顺要求的曲线 半径，注意线形与景观的协调、沿线的植树绿化等。
B 2

第一节
概述
道路线形设计要保证： 1 保证汽车行驶的稳定性，即保证安全行 车，不翻车、不倒溜、不侧滑，这就需要合理设 置纵横坡度、弯道，以及保证车轮与地面的附着 力等。 2 尽可能提高车速。车速是评价运输效率 的主要影响因素，因此为提高车速，路线应具有 良好的线形(如曲线半径、最大纵坡等)，充分发 挥汽车行驶的动力性能。
（P35~39）
汽车在道路上行驶时，必须具备两个条
件：其一是有足够的驱动力来克服各种行驶 阻力，这是必要条件；其二是驱动力小于或 等于轮胎与路面间的最大摩擦力(附着力)，这 是保证汽车正常行驶不致使车轮空转打滑的 条件，也就是充分条件。P39
一、汽车的驱动力
1、发动机曲轴扭矩M 汽车行驶的驱动力来自它的内燃发动 机，其传力过程如下：在发动机里热能转 化为机械能 → 有效功率N → 曲轴旋转 （转速为 n），产生扭矩M → 经变速和传 动，将M传给驱动轮，产生扭矩MK → 驱 动汽车行驶。
性能、越野性、制动性、行驶稳定性、平顺性和
操纵稳定性等）和使用性能的科学。本章主要简 要介绍汽车的驱动力和行车阻力，汽车的动力特 性，汽车的行驶稳定性、制动性等基本理论。深 入的研究可学习有关《汽车应用工程》、《汽车
理论》等课程。
汽车由发动机、底盘、车身和电气设备等组成
第二节 汽车的驱动力及行驶阻力
平移质量的惯性力
旋转质量的惯性力矩
RI 1
G ma a g
RI 2
I
d dt
式中：I―――旋转部分的转动惯量；
d dt
―――旋转部分转动时的角加速度。
为简化计算，一般给平移质量惯性力乘以大于1 的系数δ，来近似代替旋转质量惯性力矩的影响，即： G RI＝ a （N） g 式中： RI―――惯性阻力 (N) ； G―――车辆总重力 (N) ； g―――重力加速度 (m/s2) ； a―――汽车的加速度（正值）或减速度 （负值）(m/s2) ； δ―――惯性力系数.

1 Q1 2 (Qt0 Qt1)t
Q2
1 2
(Qt1
Qt2 )t
Q3
1 2
(Qt 2
Qt3 )t
Qn
1 2
(Qt ( n1)
Qtn )t
等加速行驶工况燃油消耗量
Qa
1 2
(Qt
0
Qtn )t
n1
Qti t
i 1
等加速区间内行驶的距离
sa
ua22 ua21 25.92du / dt
三、等减速行驶工况燃油消耗量的计算
反映实际的汽车 行驶情况
循环行驶 试验工况
▪ 我国及欧洲：行驶100km所消耗 的燃油升数，单位为L/100km。
▪ 美国：每加仑燃油能行驶的英里 数，单位为MPG或mile/USgal。
一、等速行驶百公里燃油消耗量
常用的一种评价指标，指汽车在额定载 荷下，以最高档在水平良好路面上等速 行驶100km的燃油消耗量。常测出每隔 10km/h或20km/h速度间隔的等速百 公里燃油消耗量，然后在图上连成曲线， 称为等速百公里燃油消耗量曲线，用来 评价汽车的燃油经济性。
利用情况及行驶条件的影响，所以，它 不能直接用于评价整车的燃料经济性。
燃油经济性
一定的动力性条件下 尽量少的燃油消耗
燃油经济性好
降低汽车的使用费用 减少进口的石油量 节约资源 降低CO2等的排放
2.1 燃油经济性的评价指标
评价指标
每百公里 的燃油消耗量
一定的燃油量 行驶的里程
等速百公里 燃油消耗量曲线
汽车等速百公里燃油消耗量曲线
二、循环行驶工况百公里燃油消耗量
全面反映汽车的实际运行情况，特别是在市区行 驶中频繁出现的加速、减速、怠速停车等工况。

2.3 汽车的动力特性及加、减速行程
一 汽车的动力因数
T-RW=RR+RI
T RW ( f i) a G g
令上式左端为D，即
D
T RW G
D称为动力因数，即为单位车重具备的牵引潜力。它表征某型汽车在海平
面高程上，满载情况下，每单位车重克服道路阻力和惯性阻力的性能。 其中 G D ( f i) a g G 式中：ξ——海拔系数，
由题意知：a=0，f=0.015将已知条件均代入公式：
D ( f i)

g
a
解出：i=0.04，即汽车在以上条件下能克服的最大坡度为4%。
二 汽车的行驶状态
D ( f i)

g
a
a
g ( D )
f i
式中Ψ称为道路阻力系数。 当Ψ<D时，加速行驶 当Ψ=D时，等速行驶 当Ψ>D时，减速行驶
G——车辆总重力 （N）； α——道路纵坡倾角；
i——道路纵坡度，上坡为正；下坡为负。
则道路阻力为： RR=G( f + i ) （N）
式中( f + i )统称道路阻力系数。
3、惯性阻力
汽车变速行驶时，需要克服其质量变速运动时产生的惯性和惯性力 矩称为惯性阻力，用RI表示。汽车的质量分为平移质量和旋转质量（如飞 轮、齿轮、传动轴和车轮等）两部分。变速时平移质量产生惯性力 (RI1=ma=Ga/g)，旋转质量产生惯性力矩(RI2=∑Idw/dt)。 由于惯性力矩计算比较复杂，为方便计算，一般给平移质量惯性力乘以大 于1的系数δ，来代替旋转质量惯性力矩的影响。即
负荷率 U=80%~90%
MT KAV 2 G U G( f i) a r 21.15 g

综合燃油经济性
1 0.55 0.45 城市循环工况燃油经济性 公路循环工况燃油经济性
6
第一节 汽车燃油经济性的评价指标
3）中国相关规定
7
第一节 汽车燃油经济性的评价指标
3）中国相关规定
8
第一节 汽车燃油经济性的评价指标
一些车型的百公里油耗 车型 长安奥拓 夏利 捷达前卫 桑塔纳2000 帕萨特1.8L 雅阁2.3 大切诺基 工况 城市平均油耗 厂方油耗 90km/h等速 90km/h等速 城市工况 城市平均油耗 城市 郊区 综合 油耗 /[L(100km)1 ] 5.5 5.0 6.3 7.0 11.9 10.5 19.5 11.8 14.6
等速行驶 s 行程时，燃油消耗量
Pe bs 3.6s Q Qt t Qt ua 102ua g
折算成等速百公里燃油消耗量
Pe b 100 Qs 102ua g
Pe b 1.02ua g
18
第二节 汽车燃油经济性的计算
2.等加速行驶工况燃油消耗量的计算
加速时发动机需提供的功率为
盘都会造成轴承早期磨损。
33
第三节 影响汽车燃油经济性的因素
3）轮胎气压要合适
气压过低， 导致车辆操控性 降低，燃油消耗 增大，轮胎磨损 加剧；轮胎气压
过高，接地面积
减小，轮胎中部 出现异常磨损。
34
第三节 影响汽车燃油经济性的因素
二、汽车结构方面
1.缩减轿车总尺寸和减轻质量
35
第三节 影响汽车燃油经济性的因素
3.怠速油耗、附件油耗、制动能量损耗
改进发动机设计、改善用车交通环境可以提高汽车的燃油经济性。
28
第三节 影响汽车燃油经济性的因素