汽车理论教案.docx

1、汽车理论教案教 学 内 容备 注第一章 汽车的动力性 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、所能达到的平均技术速度。平均技术速度：是指单位实际行驶时间内的里程。本章思路：从分析汽车行驶时的受力出发，建立行驶方程式，并用图解法求解动力性的评价指标。1-1汽车动力性的评价指标1、 汽车的最高车速：uamax（km/h）（1） 满载、水平、良好路面（混凝土或沥青）；（2） 最高档、全油门。2、 汽车的加速能力：加速时间t（s）（或加速路程）（1）原地起步加速时间：用、档起步，并以最大的加速强度连续换档，换至最高档后至某一预定车速或路程所需的时间。（0 ua ）（2）超车加速时间

2、：用最高、次高档由某一较低车速全力加速至某一更高车速所需的时间。（ua1ua2）3、 汽车的最大爬坡度：imax（%）（1） 满载、良好路面；（2）最低档（档）。 针对不同用途的汽车，侧重于不同的指标： 轿车路况好（uamax）； 公共汽车分段（t）； 越野车坏路、无路（imax）。12 汽车的驱动力与行驶阻力 汽车的行驶方程式： Ft=F一、汽车的驱动力：1、产生：发动机的Ttq 传动系车轮Tt 对地面圆周力Fo 地面反作用在轮胎上的Ft 2、 数值大小： Ft = = 3、参数讨论（影响因素）： 发动机转矩：Ttq发动机转速特性：发动机油量调节机构位置一定时，发动机的转矩Ttq、功率Pe以

3、及燃油消耗率b随发动机转速n的变化关系。发动机节流阀全开（或高压油泵在最大供油量位置）的转速转速特性为发动机的外特性；发动机节流阀部分开启（或部分供油）的转速转速特性为发动机的部分转速特性。带上全部附件设备（空气滤清器、水泵、风扇、消声器、发电机等）时的发动机特性发动机的使用特性。使用外特性功率小于外特性功率。最大功率（汽油机小约15%、货车柴油机小约5%、轿车柴油机小约10%）。为便于计算，常用拟合多项式来描述发动机的转矩外特性： Ttq = a0 + a1n + a2n2 + + aknk k=2,3,4,5 Ttq是变量（随负荷、转速变化） Ft将随Ttq而变化 此多项式的计算机算法：

4、T := (ak.n+ak-1).n+ak-2).n+a0 即： T := 0； for i:=k downto 0 do T:= T.n+ai; 传动系的机械效率：tt = 100% = 100% = （1- ）100% Pt为传动系损失功率，包括： 机械损失：磨擦Ttq 液力损失：搅油n1 相同档位、相同转矩：n增加，使t减小（因为n增加，使搅油损失增加）2 相同档位、相同转速：Ttq增加，使t增大（因为Ttq增加，虽然机械损失有所增加，但Pe增加更多，使t增大。）3 直接档：t最大 实际上：t基本上保持不变，在对汽车进行初步动力性分析时可视为常数。3 车轮半径：r（m）自由半径r0：静力

5、半径rs：滚动半径rr： rr = r = 0.0254+B(1-)对于低压胎（标记B-d或BRd：单位inch）：轮胎径向变形系数（标准胎取0.10.16）4、汽车的驱动力图：用Ftua 图全面表示汽车的驱动力。Ft = ua = 0.377分析： Ft与档位的关系： 不同档位，Ft的变化范围不同，低档的Ft高； ua 与档位的关系： 不同档位，ua 的变化范围不同，高档的ua高二、汽车的行驶阻力：滚动阻力、空气阻力、坡度阻力、加速阻力汽车的总阻力： F = Ff + FI + Fw + Fj（一） 滚动阻力：Ff1、 力的产生（形成原因）： 轮胎（坚硬路面上）、地面（松软路面上）变形过程中

6、，内部分子摩擦而损失的能量。下面分析在硬路面上Ff的产生： 能量观点（解释现象）：功能原理弹性迟滞损失。OCA为加载曲线，ADE为卸载曲线。即：曲线OCADEO所围的面积为弹性迟滞损失变形内部分子摩擦生热热量散发 力学方法（简化问题）：1 从动轮：地面法向反力在d点在d点地面法向反力的分布前后不对称合力FZ1前移一段距离a为便于受力分析和计算，将FZ1力线后移到与W1重合，则出现滚动阻力偶矩Tf1= FZ1a 欲作等速流动，必须由加于车轮中心的推力Fp1与地面切向反力Fx1构成一力偶矩，来克服滚动阻力偶矩，即Fx1r=Tf1Fx1 = Tf1/r = FZ1令f=a/r，f称为滚动阻力系数，考

7、虑FZ1与W1大小相等从动轮上的滚动阻力大小为：Ff1 = W1f2 驱动轮：Fx2r = Tt - FZ2aFx2 = Tt/r - FZ2 = Ft - Ff2总的滚动阻力：Ff = Ff1+Ff2 = W1f + W2f = Gf在坡度为 的路面上：Ff = Gcosf2、 f的影响因素： 路面种类： 路面越松软，f越大（路面变形损失能量大） ua ： ua ，f1 ua 200km/h，f，发生驻波现象（ua ，单位时间变形次数，局部产生共振，加载变形轮胎来不及卸载回收能量，温度迅速增高，帘布层与胎面脱落，很快爆胎。） 轮胎结构：帘布层数越多，内部摩擦损失越大，f越大。 轮胎气压：在硬

8、路面上，气压，变形，弹性迟滞损失（软路面上，变化趋势可能相反）3、 f的经验公式： 轿车：f = 0.014(1+ua2/19440) 货车：f = 0.0076+0.000056ua （二） 空气阻力：Ft空气对汽车的作用力在行驶方向上的分力1、 产生： 宏观上，前压力；后真空吸力；侧摩擦。 细分： 摩擦阻力(9%) 压力阻力形状阻力（58%）、干扰阻力(14%)、内循环阻力(12)、诱导阻力(7%)2、 计算： Fw = （ur2 ）CDA 括号中为动压力 Fw = 3、 影响因素： ua： ua ，FW A： A，FW（受乘坐使用空间限制不可能减小）估算方法：小客车： A=0.94BH载

9、货汽车： A=1.05BH公共汽车： A=1.20BH CD：（取决于车身主体的流线型）1 45倾角档风玻璃与完全园形车头相比，CD基本相同；2 K形车与短流线型相比，K形车的CD小；3 楔形和负升力翼减少升力；4 导流板、连接软膜货车、半挂车等。（三） 坡度阻力：Fi汽车重力沿坡道的分力。 大小： Fi=Gsin 坡度： i= =tg i较小时，sin tg = i， 则Fi=Gi道路阻力：F = Ff + Fi = G（f+i）=G 其中，道路阻力系数。（四） 加速阻力：Fj加速时，需克服其质量加速运动时的惯性力。 计算： 平移质量 惯性力：m ；旋转质量 惯性力偶矩（飞轮、车轮等）。已知

10、汽车加速度为，则飞轮和车轮的惯性阻力偶矩为：车轮：Twj = Iw = 飞轮：Tfj = If = If = 为便于计算，一般把旋转质量的惯性阻力偶矩转化成平移质量的惯性阻力，并以作为质量换算系数（1）。 = 1 + + 经验公式： = 1 +1 + 22其中，1 2 = 0.030.05则汽车加速时的惯性力为：Fj=m三、汽车的行驶方程式： 进行受力分析：1、 从动轮和驱动轮在加速过程中的受力分析：（）从动轮：Fp1 = m1+ Fx1 Fx1r = Tf1 + Iw1 ，Ff1 = Tf1/r故Fx1 = Ff1 + 从动轴作用于从动轮的水平力为： Fp1 = Ff1 + (m1 + )(

11、1)即推动从动轮前进的力要克服从动轮的滚动阻力和加速阻力。（）驱动轮：Fx2 = Fp2 + m2 Fx2r + Iw1+Tf2 = Tt ，Ff2 = Tf2/r, Ft=Tt/r Ft为加速过程中驱动轮上的驱动力（FtFt）,其大小为：Ft = Fp2 + Ff2 + (m2 + ).(2)2、 加速时半轴施加于驱动轮的驱动转矩、实际驱动力及飞轮的加速阻力：加速时半轴施加于驱动轮的驱动转矩为： t = (Ttq-Tfj)igi0t = (Ttq- If )igi0t Ft = Tt/r =(Ttq- )(3)3、 车身（除从动轮、驱动轮外的汽车其余部分）的受力分析：Fp2 = Fp1 +

12、Fw + mB .(4)其中，mB为除从动轮和驱动轮外的汽车质量：m=m1+m2+mB4、 整部汽车的行驶方程式：将(1)Fp1式代入(4)式，再将(3)式Ft和(4)式Fp2代入(2)式：(Ttq- ) = Ff1 + (m1 + )+ Fw + mB + Ff2 + (m2 + )整理得： = Ff + Fw + (1+ + )m = Ff + Fw + m 设汽车在坡道上行驶： Ft = Ff + FW + Fi +m= Gcosf + + Gsin +m13 汽车行驶的驱动与附着条件一、 汽车行驶的驱动与附着条件：1、 驱动条件首先得有劲m= Ft (Ff + FW + Fi) 0 F

13、tFf+FW+Fi2、 附着条件有劲还得使得上用F表示轮胎切向反力的极限，在硬路面上它与驱动轮所受的法向反力成正比：（为附着系数） （1）驱动轮的附着力： 前轮驱动汽车： F1 = FZ1 后轮驱动汽车： F2 = FZ2 全轮驱动汽车： F1 = FZ1 F2 = FZ2（2）汽车的附着力： 前轮驱动汽车： F = FZ1 后轮驱动汽车： F = FZ2 全轮驱动汽车： F = FZ = FZ1+FZ1 对前驱动轮 Fx1 FZ1前驱动轮的附着率： C1 = 则要求 C1 对后驱动轮 Fx2 FZ2后驱动轮的附着率： C2 = 则要求 C2 FtFZ2（f+）f FtFZ2 一般形式 Ft FZ3、 驱动与附着条件：Ff+FW+FiFtFZ二、 汽车的附着力：F1、 汽车附着力在车轮与路面没有相对滑动的情况下，路面对车轮提供的切向反力的极限值。 F=FZ F取决于：1 在硬路面上可以是最大的静摩擦力， 主要取决于路面与轮胎的性质；2 在软路面上取决于土壤的剪切强度和车轮与土壤的结合强度2、 F的影响因素： 载重量： 增加驱动轮的法向反力X2，有利于驱动。 例：越野车由货车的FZ2（FZ2+FZ1），使F 轮胎结构： 深大花纹在松软路面上，使土壤与车轮的结合强度提高； 松软路上放气P胎面接地面积大，嵌入土壤的花纹数多，抓地