车辆工程专业资料翻译详解.docx

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车辆工程专业资料翻译详解

现代的风洞不仅用来确定空气阻力及其系数，也用做声学探测。

对于乘用车日渐上升的噪声舒适性需求，这就要求优化和测试。

在一个所谓的气动-声学风洞中，挑战从而在于降低环境噪声水平到一个这样的水平，这个水平是对于车辆实际的噪声测量不能被风洞自己的服务噪声影响到一个很大的程度。

操作的声音已经被降低到60dB。

图2-40展现了慕尼黑宝马的风洞。

图2-40宝马汽车公司的空气动力学风洞

1-鼓风机2-热交换器3-偏转角落4-整流器

5-屏幕6-管口7-转盘和组件规模

8-滚筒试验台9-捕获喇叭口10-通路

11-控制室12-污染处理设备

2.2.2空气阻力的组成

除了已经提到过的理论上的阻力

Ⅰ.压力阻力

Ⅱ.摩擦阻力

在车辆，这里还有

Ⅲ.诱导阻力

Ⅳ.内循环阻力

上述构成了全部的阻力。

2.2.2.1压力和诱导阻力

除了小的流动分离区域，车辆后端的分离区域的大小主要决定了压力阻力，如图2-41所示，对于相同的迎风面积，车身形状的不同导致空气流动方向的不同。

这主要由于在后端分离截面Aa的较大的差别。

图2-41不同车身的空气分离截面

车辆上小的分离区域所导致的小的真空区域需要被处理。

通过特别的影响车辆后端分离区域的方法，可获得小的真空度，从而得到较低的压力阻力。

车身尾端区域边界层的“提取”也会带来有效的阻力下降。

诱导阻力是车辆压力阻力的一部分。

空气压力在车辆高一点和低一点的面会有区别，这引起了交叉气流的发展（图2-42），而交叉气流是会形成两个大的纵向的漩涡并伴随有车顶的气流（图2-43）。

图2-42车身上的诱导气流

图2-43诱导气流所引起的纵向漩涡

在它们的最接近处，这种漩涡导致了低压。

后部的“死水区”被扩大了，这因此导致了压力阻力的增加。

2.2.2.2摩擦阻力

车辆表面阻力，在理论上叫做摩擦阻力，对于车身较长的车来说是有重要影响的，如公共汽车。

图2-44展现了一辆有高效的空气动力学车身形状的公共汽车的累积起来的阻力，其阻力可以由微不足道的车头部分的阻力，相对较高的车尾部分的阻力和基本由摩擦阻力构成的随着车长稳定增长的车身部分的阻力构成。

图2-44一个经过车身优化的公共汽车的空气动力学阻力的组成（MAN）

2.2.2.3内循环阻力

空气不仅在车身外围流过，为了降低部件温度和使乘客区通风也通过车身内部。

当空气流过冷却系统，发动机舱，车轮罩，乘客区（图2-45），动量损失来自于汽车内部摩擦和湍流以及流动的分离。

内循环阻力大约占全部空气阻力的3%—11%，因此只贡献了少部分。

图2-45空气流经一辆机动车

2.2.2.4斜气流

当空气流动与车身呈一个角度时，阻力系数会极大的改变。

图2-46展现了对于不同的乘用车偏航角对Cw值的影响。

图2-46不同乘用车在斜风下的空气阻力系数

图2-47展现了对于一辆3.6m（11.8英尺）蓬体形（汉堡蓬体）商用车的相关独立性的关系。

因此，对于乘用车和商用车，在有斜侧风时，有相当大的阻力增加。

在这个例子中，最大值出现在β=25°-35°时。

当车辆行驶时，无论如何都要避免偏航角大于15°。

系数CD

阻力

图2-47在斜风下对于一辆蓬体商用车的空气动力学阻力

随后，在表2-2列出了一些不同种类车辆的Cw值。

图2-48展现了近年来CD值的发展。

表2-2不同种类车辆的CD值

年

图2-48CD值发展历史

2.3坡道阻力

坡度P定义为坡高与底长之比，与坡度角

的正切值相一致（图2-49）。

交通标志通常指的是坡度百分数[2-20]。

P=tan=坡高／底长

坡度（%）

图2-49坡度定义

由于道路坡度，根据图2-50汽车重力在质心分解。

在一个倾斜的路面上，法向力减少到:

图2-50在倾斜平面上作用在车辆上的力（坡度）

（2-31）

另外增加了一个路面的水平分力，即有一定量级的下坡的阻力：

（2-32）

因此对于在坡道上的汽车，需要克服的力量化为向上的阻力Fgr

（2-33）

其中

表2-3展现了德国最大允许的坡度。

表2-3允许坡度（来源：

RAS-L-1）

2.4加速阻力[2-21]

除了在常规行驶条件下由车轮，空气和可能的爬坡阻力所造成的阻力之外，在不稳定的行驶条件下（V≠常量），惯性力会产生于加速和减速的过程中。

当车辆动力传动系统加速时，这些惯性力需要被克服。

这些阻力包括：

由于汽车质量的不稳定运动所产生平移部分，和由于加速或减速过程中汽车旋转部件所造成的旋转部分[2-22]。

2.4.1平移部分

由于平移加速度所造成的力取决于达朗贝尔原理：

Fr=-max（2-34）

由于惯性力，一个平移阻力

的结果如下（图2-51）:

2.4.2旋转部分

因为在汽车平移加速时，汽车的旋转部件也加速旋转，一个附加的旋转阻力必需要克服（图2-52）。

为了算出这个力，旋转部分的惯性力矩（MOI）被简化到车轴的力矩，与平移加速度的计算类似，我们可得：

图2-52作用在车轮上的旋转惯性力

其中旋转阻力由下式给出：

（2-38）

其中

—旋转部分的惯性力矩简化到车轴；

—角加速度；

—车轮滚动半径。

从关系

（2-39）

和对时间的两次求导，我们得到：

（2-40）

利用

得到下式：

（2-41）

对于

，下列传动系统的惯性力矩需要考虑（图2-53）：

图2-53考虑不均匀车速下旋转质量

发动机，离合器：

特定传动比的i的变速器：

（涉及变速器的输入轴）

传动轴差异：

车轮（主要包括制动鼓或制动盘和车轮轴）：

当计算车轮惯性力矩时，需要注意的的事实是所有的车轮都必须考虑，不管是前驱，后驱或者是四驱。

考虑到变速器的传动比

（对于特定的齿轮）和传动轴的变速

（对于前驱和后驱车）我们获得了对于齿轮i惯性力矩简化到驱动轴的力矩。

原始的和相似系统的动态平衡必须维持。

（2-42）

2.4.3加速组件的总结

总共的加速阻力是平移阻力和旋转阻力的和，用下列公式表示：

（2-43）

（2-44）

介绍一个质量系数：

（2-45）

另外介绍汽车特定的数据，全部的惯性阻力由下列式子给出：

（2-46）

因为当计算简化的惯性力矩时，传动比的平方是有联系的，质量系数能在一个大的范围内波动。

举个例子，像越野汽车和商用车有着很高的履带传动比，比起单纯的车辆平移加速表2-4列出了不同种类的车辆在不同的传动比下的质量系数。

档位

表2-4不同档位不同车辆的质量系数

履带装置

2.5总共的阻力

由上述的几个部分推倒出来的单个道路阻力加起来就组成了总共的阻力。

这些阻力需要用地面与车轮间的推力去克服。

他们可以在不同的车轮半径时驱动力矩作用在车轮上的力来表示：

（2-47）

通过在同一个图中结合不同成分的阻力，给出了下列特性结果（图2-54）：

速度V

阻力F

图2-54有坡度道路上的道路阻力

特定阻力成分的影响取决于车辆和行驶条件。

通常可以声明在高速行驶的条件下乘用车的空气阻力因素占了主导因素。

在商用车中，然而，这个因素就小了（图2-55）。

除了空气阻力，需要考虑的是全部的的道路阻力与车辆的重力⊙有比例关系。

⊙由于质量系数所带来的一些细微的差别。

联邦高速公路高速公路水平速度城市行驶高速公路水平速度

=50mile/h平均产能部分丘陵=50mile/h

（80km/h）利用率（80km/h）

燃油消耗量份额（%）

图2-55商用车典型道路阻力

（来源：

载重汽车和公共汽车2/1996）

道路阻力曲线也被叫做需求特性曲线，因为它们表现了在不同行驶工况下车辆所需的驱动力矩。

如果要求所需功率，图2-54的每条曲线需要行驶速度。

结果特性图表现在图2-56。

速度Ｖ

阻力表现P

图2-56由速度所决定的道路阻力功率

为了达到与所要求的行驶条件相符合的纵向动力学，汽车动力系统的供给应该与这些需求曲线相一致。