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第一章汽车动力性.pptx

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汽车理论第一章汽车的动力性.ppt

汽车理论第一章汽车的动力性.ppt
F Ff Fw Fi Fj
Ff 滾動阻力 Fw 空氣阻力 Fi 坡度阻力 Fj 加速阻力
（一）滚动阻力 由轮胎的迟滞变形和路面变形引起。 迟滞损失表现为阻碍车轮滚动的一种阻力偶。
由平衡条件得 Fx1r Tf
故
Fx1
Tf r
Fz
a r
令 f a ，且考虑到
r
FZ 与 W 的 大 小 相 等 ， 常 将Fx1写作
a)
b)
2）车尾越细长，空阻越小，当然要与车头的形状配 合好。但车尾过长，车内空间利用差。
曾设想过两种缩短车尾的方法：做成拟流线体（图a） 和在适当长处将流线体截断（图b）。结果表明：后者有 较低的空气阻力系数。
从降低CD的角度出发，轿车总的发展趋势是流线型， 实现的细节可见教材。
车身尺寸与风阻
除车身形状外，人们发现汽车基本设计尺寸与空气 阻力之间存在着一定的关系。当然，轿车的基本尺寸是 考虑人体尺寸模型及功能两方面因素而定的，不可能按 风阻－汽车尺寸来确定。但了解两者的关系可以使设计 者适当兼顾到这两方面的要求。
空气阻力的测量——风洞试验
S
rr 2 nw
对汽车作动力学分析时，应该用静力半径rs ；而作 运动学分析时，应该用滚动半径rr 。但一般情况下不计 它们之间的差别，统称车轮半径，即
rs rr r
（四）汽车的驱动力图
发动机外特性确定的驱动力与车速之间的函数关系 曲线Ft－ua称为汽车的驱动力图。发动机转速与来自车行驶速度之间的关系为ua
2 rn
igi0
60 1000
0.377
rn igi0
Ft
Te
n i0igt
r
n, i0 , ig
驱动力图中的驱动力是根据发动机外特性求得的， 它是使用各挡位时在一定车速下的汽车能发出的驱动力 的极值。实际行驶中，发动机常在节气门部分开启的情 况下工作，相应的驱动力要比它小些。

汽车动力性.ppt

汽车动力性.ppt

Ttq ig i0T CD A 2 du Gf ua Gi m r 21.15 dt
§1-3 汽车行驶的驱动-附着条件与汽车的附着力
一、汽车行驶的驱动条件
Ft≥Ff+Fw+Fi 式（1-11）称为汽车的驱动条件，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、汽车行驶的附着条件
地面对轮胎切向反作用力的极限值称为附着力F ，在硬路面上 它与驱动轮法向反作用力Fz成正比，常写成 Fxmax=F =FZ·
称为附着系数
Ft≤ FZ ·

FZ ——作用于所有驱动轮上的地面法向反作用力。
把驱动条件和附着条件连起来写，则有 Ff+Fw+Fi≤Ft≤FZφ· ,这才是汽车行驶的必要与充分 条件，称为汽车行驶的驱动-附着条件。
§1-4 汽车驱动力—行驶阻力平衡图与动力 特性图
一、驱动力-行驶阻力平衡图
前面曾得到汽车的行驶方程式为Ft=Ff+Fi+Fw+Fj 或
Ttq ig i0T C A du Gf D ua2 Gi m r 21.15 dt
为了清晰而形象地表明汽车行驶时的受力情况及 其平衡关系，一般是将汽车行驶方程式用图解法来进 行分析的。就是说在图1-8的汽车驱动力图上把汽车行 驶中经常遇到的滚动阻力和空气阻力也算出并画上， 作出汽车驱动力-行驶阻力平衡图，并以它来确定汽车 的动力性。 超速演示
2、最高车速是指汽车在良好的水平路面上能达到的 最大行驶速度。 加速时间分为原地起步加速时间和超车加速时间。 ①原地起步加速时间指汽车由第I档或第II档起步，并 以最大的加速强度（包括选择恰当的换档时机）逐步 换至最高档后到某一预定的距离或车速所需的时间。 ②超车加速时间指用最高档或次高档由某一较低车速 全力加速至某一高速所需的时间。 3、汽车的上坡能力是用满载时汽车在良好路面上的最 大爬坡度imax表示的。一般imax在30%即16.5。左右。

《汽车动力学》汽车动力性 ppt课件

《汽车动力学》汽车动力性 ppt课件
ppt课件 30
三、汽车的附着力与地面反作用力
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。 1. 附着系数 由路面种类、状况、车速等决定。平均值： 良好的混凝土或沥青路面： 干燥时，φ＝0.7~0.8 潮湿时，φ＝0.5~0.6 土路：干燥时，φ＝0.5~0.6 潮湿时，φ＝0.2~0.4 2. 驱动轮地面法向反作用力 与汽车的总体布置、车身形状、行驶状况、道路坡 度有关。
ppt课件 16
（二）空气阻力 汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的 分力称为空气阻力。空气阻力分为压力阻力（一般轿车 占91％）与摩擦阻力（9％）两部分。压力阻力又分为四 部分：形状阻力（58％）、干扰阻力（14％）、内循环 阻力（12％）和诱导阻力（7％）。 1 空气阻力: Fw C D Au r2 2 或
汽车动力学
ppt课件
1
第一章 汽车动力性
汽车的动力性： 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。 基本概念： 动力性的评价指标 汽车的驱动力与各种行驶阻力 汽车行驶的驱动—附着条件 重点内容： 驱动力-行驶阻力平衡图 分析汽车动力性的方法 （图解法） 动力特性图 功率平衡图
ppt课件
5
第2节 汽车的驱动力与行驶阻力
根据沿行驶方向作用于汽车的各种外力， 可以计算汽车的最高车速、加速度、最大爬坡 度。由力平衡关系得： Ft=Σ F Ft—驱动力； Σ F—行驶阻力之和 汽车行驶方程
ppt课件
6
一、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。
ppt课件
14
滚动阻力偶矩Tf=Fza

第一章 汽车动力性(汽车理论课件)

第一章 汽车动力性(汽车理论课件)

第一章 汽车的动力性
重点内容
驱动力-行驶阻力平衡图
分析汽车动力性的方法 动力特性图 （图解法） 功率平衡图
本章的学习方法
分析汽车行驶时的受力，建立行驶方程式，并通过计算 或以图表的形式按动力性评价指标的要求确定动力性。
汽车运行环境
汽车的动力 性可以通过 那些参数来
描述？
第一章 汽车的动力性
由阻力偶引起 的能量损失， 我们称为滚动
阻力偶
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
橡胶材料的 弹性迟滞损失
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
思考:胎面与
的关系？
➢光面胎和带花纹的轮胎在 干燥硬路面上的附着系数有何 不同？
➢轮胎花纹起什么作用？
轮胎的抓地力分为干地抓地力和湿地抓地力。 如果轮胎没有花纹（俗称光头胎）那干地抓地力最好，但湿地抓地 力几乎为0 .轮胎上的花纹是为了排水，沟槽越多越宽大，则轮胎的 排水性越好，轮胎的湿地抓地力好，但干地抓地力下降，合理的花 纹沟槽比率既能保证干地抓地力，又能保证湿地抓地力。
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 发动机功率、转矩与转速的关系
Ttq f (n), Nm
Pe
Ttq n , kW 9549
n, r / min
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
F1方程式赛车在不同天气条件下 使用的不同胎面花纹的轮胎

汽车理论课件 第1章汽车动力性

汽车理论课件 第1章汽车动力性

规格严格 功夫到家
1.1.2 汽车加速能力
➢ 7种发动机排量在2.0L~2.5L的中型轿车的0~100km/h的加 速时间如图4所示。
可以看出，它们的 原地起步加速时间 都在10s之内。
图4 中型轿车原地起步加速时间
2021/4/17
汽车理论 第 10 页
（威海） 汽车工程学院
HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
（威海） 汽车工程学院
HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING
规格严格 功夫到家
汽车理论
第1章 汽车动力性
2021/4/17
汽车理论 第 1 页
（威海） 汽车工程学院
HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING
规格严格 功夫到家
1.1.2 汽车加速能力
➢ 7种发动机排量在1.6L的紧凑型轿车的0~100km/h的加速时 间如图5所示。
主要 用于 汽车 定型
2021/4/17
图1 汽车动力性评价指标
主要用于评 价汽车动力 性的变化， 保障汽车处 于良好技术 状态。
汽车理论 第 4 页
（威海） 汽车工程学院
HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING
规格严格 功夫到家
可以看出，在同级 别车型中，汽车最 高车速并不一定完 全与发动机排量成 正比，它还取决于 传动系传动比。
图2 中型轿车的最高车速
2021/4/17

汽车理论汽车的动力性PPT

汽车理论汽车的动力性PPT

Fj
m
du dt
式中δ称为汽车旋转质量换算系数。
推导过程如下：
Fj F平移 F車輪 F飛輪
F平移
m
du dt
F車輪
T車輪 1 rr
I wi
d
dt
1 r2
I wi
du dt
F飛輪
i0igT
r
T飛輪
i0igT
r
If
d f
dt
f
dI f dt
i2i 0
2
gT
r
If
dw
dt
i0igT
r
f
dI f dt
i2i 0
2
gT
r2
If
du dt
i0igT
r2
u dI f dt
du
Fj
m dt
Iwi du r2 dt
i 2i 2 0g r2
T
If
du dt
i0ig r2
T
u
dI f dt
利用功率平衡定性地分析设计、使用中的有关动力性问题比较方便。
直流电动机要旋转，必须存在一个旋转的磁场。
外特性：发动机节气门全 开，发动机扭矩、功率、燃油 消耗率随转速变化的特性。
部分负荷特性： 发动机节气门开度一 定，发动机功率扭矩、 燃油消耗率随转速变 化的特性。
使用外特性：带上 全部附件设备时的发动 机特性。
Ⅰ——外特性 Ⅱ——使用外特性
（二）传动系的机械效率
输入传动系的功率Pin经传动系至驱动轮的过程中，为 克服传动系各部件中的摩擦，消耗了一部分功率。
1 I 1 i i （二）传动系的机械效率
wi
0g t

《汽车理论》第1章汽车动力性

车轮运动时，汽 车运动速度与车 轮角速度之比值
2021/2/21
汽车理论 第 26 页
1.2.2 汽车行驶阻力
➢ 1．轮胎滚动阻力
定义：指轮胎行驶单位距离的能量损失，主要是由轮胎和路面的变形引起 的。
汽车轮胎滚动阻力表达式为：
F mgf cos
f
G
➢ 2．空气阻力
定义：指汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力，它不
2021/2/21
最高车速是一些跑车特 别是超级跑车所追求的 一个重要参数之一。
左图为英国工程师研制 出的一辆超音速汽车， 采用劳斯莱斯喷气发动 机作为动力，车速达 1610km/h！
对于量产的超级跑车，
最高车速已突400km/h。
汽车理论 第 8 页
1.1.2 汽车加速能力
➢ 定义：指汽车在水平良好路面上所能达到的最大加速度， 常用汽车加速时间来表示，它对平均行驶车速有很大影响。
传动系的功率损失
2021/2/21
机械损失 摩擦
液力损失 润滑油
齿轮传动 副之间
轴承
其他
润滑油 的搅动
与零件之间 的表面摩擦
其他
汽车理论 第 25 页
1.2.1 汽车驱动力
4、车轮半径 分类：自由半径、静力半径和滚动半径。
车轮无载荷时 的半径
汽车轮静止不动 时，车轮中心至 轮胎与道路接触 面之间的距离
汽车动力性
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。
汽车动力性是汽车各种性能中最基本 最重要的性能之一。
2021/2/21
汽车理论 第 3 页
1.1 汽车动力性评价指标
➢ 汽车动力性评价指标：分为未用汽车的动力性评价指标和在用汽车的动 力性评价指标，未做特殊说明，汽车动力性评价指标主要是指未用汽车 的动力性评价指标，即汽车最高车速、汽车加速能力和汽车爬坡能力。

第一章 汽车的动力性(前五节)


式中，
Ttq
—
N· m r/min
n —
17
（3）Ttq的确定 常用多项式来描述试验测得的转矩曲线
式中，
由最小二乘法确定 最小二乘法的思想即： 已知(x1,y1)、(x2,y2)、……(xn,yn)，求f(x)(其中
f(xi)=yi)，使∑[yi-f(xi)]2为最小
18
2. 传动系的机械效率
功率输入Pin
诱导阻力
汽车行驶 空气阻力
摩擦阻力
摩擦阻力 （切向力）
58%
9% 7% 12% 14%
诱导阻力
形状阻力
内循环阻力
干挠阻力
45
☆ 形状阻力：主要与汽车的形状有关 ☆ 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 ☆ 内循环阻力：发动机冷却系、车身通 风等气流流过汽车内部时构成的阻力 ☆ 诱导阻力：空气升力在水平方向的分 力 ☆ 摩擦阻力：空气的粘性在车身表面产 生的切向力的合力在行驶方向的分力
21
3. 车轮半径
自由半径r：车轮处于无载时的半径 静力半径rs：汽车静止时车轮中心至地面的距离 滚动半径rr：以车轮转动圈数与滚动距离之间的 关系计算出来的半径
自由半径
W r
静力半径
W
rs
滚动半径
rr
22
滚动半径的理论计算
S rr 2nw
式中， nw-----车轮转动的圈数；
s -----在转动nw圈时车轮滚动的距离
• 最高车速umax • 加速时间t • 最大爬坡度imax
Maximum Speed
Acceleration Time
Maximum Gradability
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汽车的主要使用性能通常有：汽车的动力 性、汽车的燃料经济性能、汽车的制动性、汽 车的操纵稳定性、汽车的行驶稳定性、汽车的 平顺性和汽车的通过性能。这些主要使用性能 的评价指标、理论分析、影响因素和提高的措 施就是本课程各章节讲述的主要内容。 返回
汽车安全性
汽车的操纵稳定性、电子控制防抱死系 统(ABS)、电子控制差速器锁定系统（EDS）、 牵引力控制系统（TCS）、平顺性和通过性能 等都属于汽车主动安全的范畴；而柔性转向 器、汽车后护栏、汽车侧护栏或者侧护板、 乘员安全带、安全气囊（SRS）、汽车车身的 安全设计均属于汽车被动安全的研究内容。
Pe
Pe
Tt
Tt
n
图1-4 汽油发动机外特性及部分负荷特性
发动机数学模型的描述
发动机数学模型的描述，包括发动机外特性 （使用外特性，对于柴油机来说是功率特性） 和发动机万有特性。发动机特性数学模型的真 实程度如何，是关系到汽车动力性、燃油经济 性模拟计算可信度的关键之一。
发动机外特性的发动机转矩可以看成是发动机
在一般情况下，如何评价汽车动力性？捷达都市 先锋轿车整车性能参数如下表所示。让我们先来看一 下哪些参数能体现汽车的动力性能。
最高车速（km/h） 加速性（0-100km/h）/s
最小转弯半径（m）
190 制动距离（50km/h）/m 9.8
13.7
风阻系数
0.32
5.25
CO排放怠速/%
<1.5
百公里等速油耗（90km/h）/L 7.1 HC排放/×1.0E-006 <500
学习本课程的目的
通过本课程的学习，使得同学们 能够为后续专业课程，例如汽车设计 基础、汽车运用工程、汽车运输学等 课程打下理论基础。也为今后在实际 工作中，合理选用汽车、改装各种汽 车（特种汽车、专用汽车和汽车装卸 机械化）、新型汽车设计、正确地进 行汽车试验等创造条件。
汽车的两个重要使用性能
汽车的环保性能和安全性已经成 为汽车的两个最主要使用性能，但是 在我国目前的汽车理论课程中还没有 体现出来。
1.5
NOx（%）
8
7
5
3.5
PM（%）
0.36
0.15
0.1
0.02
车辆操纵稳定性能
第一章 汽车动力性
汽车动力性定义：在良好、平直的路面上行
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。
主要研究内容：
1.分析受力
2.建立行驶方程式
3.以图表的形式，按汽车动力性评价指标确 定汽车的动力性。
u
超车加速
二档原地起步 换档加速
汽车的加速过程曲线
t
爬坡能力的评价
以满载、良好路面上的imax来表示。 一般商用车imax ＝30%或16.5º；轿车 的最高车速大，通常在良好的市区道路行 驶，可爬坡的坡度很大（一般不强调它的 爬坡能力） ；越野汽车imax ＝60％或31º 。 有的国家要求汽车在常遇坡道上必须 保证的速度表明其爬坡能力。控制这个指 标可以保证车辆的动力性相差不致太悬殊， 以维持路面上各种车辆畅通行驶。
车辆行驶安全性
ABS的工作情况
无ABS工作情况
车辆环保性能
欧洲商用汽车废气排放标准（仅供参考）
标准类别 欧洲Ⅰ号标准 欧洲Ⅱ号标准 欧洲Ⅲ号标准 欧洲Ⅳ号标准
实施时间
1995年底前
1995-2000
2000-2005
2005年底起
HC（%）
1.1
1.1
0.66
0.46
CO（%）
4.5
4
2.1
汽车理论
关志伟 主讲
汽车工程系
课程性质
《汽车理论》课程是交通类 交通运输、交通工程、汽车 维修教育工程等专业的一门 专业基础课，主要学习汽车
的使用性能。
研究方法
以汽车运动学、动力学为基础， 以理论分析和试验研究密切结合的 研究方法，研究汽车主要使用性能 与其结构参数之间的内在联系，探 讨各种影响汽车主要使用性能的因 素，从而指出:正确设计汽车和道路， 合理选用汽车，合理改装汽车，以 及科学有效地进行汽车试验的途径。
1.1 汽车动力性评价指标
1. 最大车速umax 2. 加速时间t 3. 最大爬坡度imax
加速时间的评价方法
原地起步加速时间：即由I或II 档起步，以amax，并考虑换档时间， 一般用0~400m或者0 ~ 100km/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。
T
Pe PT Pe
100% (1
PT Pe
) 100%
主要损失部件（所占比例最大大） ★ 变速器、主减速器(含差速器) 主要损失形式 ★机械摩擦损失和液力损失。 液力损失，指搅动和磨擦。它与润滑
油品种、温度、转速、油面高度等有关。
典型的传动系效率值
➢ 4～6档变速器的机械效率：0.96 ➢ 6～8档变速器的机械效率：0.95 ➢ 传动轴：0.98 ➢ 主减速器：0.96 （单级），0.92(双级)
ua
W
Tt
r
Ft
F0
FZ
图1-2 汽车驱动力
Tractive Force
（一）发动机的转速特性
外特性曲线：节气门全开时转矩或功率与转 速的关系
Ttq f (n)，N m
Pe
Ttqn ，kW 9549
n, r / min
Pe max
Ttq max
nmin
ntq
np
nmax
图1-3 发动机（汽油机）外特性曲线
汽车的安全性主要可以分成主动 安全和被动安全，前者是指预防性措 施，即避免交通事故发生的能力，而 后者是减轻事故后果的能力。
汽车使用性能
汽车是当今最为普遍使用的交通运输工具。 汽车应该有高的运输生产率、低的运输成本、 安全可靠和舒适方便的工作条件。汽车为了适 应这种工作条件，而发挥最大工作效益的能力 称做汽车的使用性能。
转速的函数（曲线）。
发动机的万有特性是把发动机的有效燃油消耗 率看作为发动机转速和有效转矩的函数（曲
面）。
为了便于计算，常采用多项式来描述发 动机外特性。式中系数由最小二乘法确定； 曲线拟合的阶数在2、3、4、5中选取。
Ttq a0 a1n a2n2 ak nk
（二）传动系机械效率ηT
1.2 汽车驱动力和行驶阻力
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
Ft F
F Ff r
Tt Ttq ig i0 T
Ft
Tt r
Ft
Ttq ig i0T
r