汽车运用工程全套课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第一章 汽 车 运 用 条 件,汽车运用过程和运用效果受到多种条件和因素的影响和制约。汽车运用外界条件、汽车运用技术条件、汽车使用性能及其与运用条件的适应性等，都直接或间接作用于汽车或汽车运用过程，影响着汽车的运用效果。影响和制约汽车运用过程和运用效果的这些条件和因素统称为,汽车的运用条件,。,汽车的运用效果,指汽车完成运输工作所带来的经济效益和社会效益，也指由于汽车出行的便捷和迅速给人们所带来的满足程度。,汽车运用外界条件,汽车运用技术条件,汽车运行工况分析,汽车的使用性能指标,第一节,第二节,第四节,第三节,第一节,汽 车 运 用 外 界 条 件,汽车运用外界条件,指影响汽车运用过程和运用效果的自然、经济、社会等各类外界因素，主要包括气候条件、道路条件、运输条件、社会经济条件、运输场站和枢纽条件等。汽车的运用过程受到这些条件的影响和制约且必须与这些条件相适应。,气候条件,一,汽车运用的气候条件非常复杂，其环境温度、湿度、大气压力、风速和太阳辐射热等气候要素对汽车运用过程产生直接影响。,道路条件,二,道路条件,指由道路状况所决定的对汽车运用效果和交通安全产生影响的因素。汽车运输对道路条件的基本要求如下：,充分发挥汽车的速度性能,保证车辆的安全行驶,满足最大通行能力要求,车辆通过方便，乘客有舒适感,车辆运行材料消耗最低，零件的损坏最小,车辆运行速度和道路通行能力是确定公路等级、车道宽度、车道数、路面强度以及道路技术特征的依据，是道路条件的主要特征指标。,道路条件,二,在平、竖曲线上超车时发生的道路交通事故常常与视距不足有关，视距不良的路段往往是事故多发路段。道路事故率与行车视距的关系如图,1-1,所示。道路条件对于汽车行驶速度的影响如图,1-2,所示。,交通状况,三,交通状况对汽车的运用过程和运用效果有很大影响。路面和交通状况良好时，汽车能够经常采用高挡在经济工况下运行，操纵次数减少，所承受的冲击载荷大大减轻，因而运行平稳，平均技术速度和运输效率高，燃油消耗少。反之，交通状况不良会影响汽车速度性能的发挥，且运行燃油消耗增多。,交通流密度是常用车速的分布范围和均值的重要影响因素。,运输条件,四,运输条件,指由运输对象的特点和要求所决定的影响车辆运用效果的各种因素。汽车运输可分为货运与客运两大类，各有其不同的运输条件。,.,货物运输条件,影响货物运输效率和成本的货物运输条件包括货物类别、货物运输量、货物运输距离、货物装卸条件等。,.,旅客运输条件,旅客运输分为市内客运和公路客运，客运形式不同时应配备不同结构的客运车辆。,汽车运行材料供给条件,五,汽车运行材料,(,如燃油、润滑油、工作液、轮胎等,),影响汽车的动力性、经济性、制动性、操作稳定性、舒适性、通过性、环保性等。运行材料供给水平对汽车运用效果影响较大。若运行材料质量差或使用不当，汽车会出现早期损坏，并且会造成资源浪费和环境污染。,运输枢纽和运输场站条件,六,运输枢纽和运输场站布局的合理性和运输场站设施、设备的完善程度，对于提高汽车运输的组织化规模，进而提高运输效益和服务质量有重要影响。,运输枢纽,指在两条或两条以上运输线路的交汇、衔接处,(,点,),形成的，具有运输组织、中转服务、装卸、仓储及其他辅助服务功能的运输设施综合体。,运输场站,是从事客货集散、转运及过境的单体场所，如货运站、客运站等。,社会经济条件,七,社会经济条件,指国家的经济、社会发展水平及经济管理手段和方式等因素的总和。,汽车运输业是国家整个运输系统的组成部分，是国民经济的一部门。因此汽车运输业具有国家社会经济制度的特征，服从于经济制度发展的基本规律。,不同社会经济条件对运输生产经营活动的方式和效果有着重要影响。,第二节,汽 车 运 用 技 术 条 件,汽车运用技术,指在一定的外界条件下高效率运用汽车取得最佳运用效果的方法、技能和手段的总和。主要包括驾驶操作技术、汽车维修技术、汽车运输组织管理技术、汽车运行安全技术、危险及特种货物运输技术等。,驾驶操作技术,一,驾驶操作技术不仅影响汽车的运输效率，还影响汽车零件磨损、燃油经济性和污染物排放等。,驾驶操作技术是由操作技能和支持基础所构成。,操作技能,是指汽车驾驶技能、情况观察技能、情况判断技能和要素综合技能等；,支持基础,包括汽车行驶理论基础、汽车维护知识基础、交通法规知识基础、运输业务知识基础和交通安全知识基础等。,汽车运输组织管理技术,二,运输组织管理水平越高，载质,(,客,),量利用系数和里程利用率就越高，因而汽车运输效率越高，运输成本越低。,汽车运输组织管理技术是关于运输资源合理配置和利用的技术。提高汽车运输组织管理技术、合理利用汽车运输资源，是提高汽车运输生产率、降低运输成本、提高汽车运用效果的关键。,货物运输效率与货运类型和组织特点有关。货物运输包括短途货运和长途货运、城市货运和城间货运，营运货运和自用货运，分散货运和集中货运等多种类型。,汽车维修技术,三,汽车维修是提高和保持汽车技术状况的重要手段。高水平汽车维修的标志是：汽车完好率达,90,93,，总成大修间隔里程较定额高,20,25,，配件消耗减少,15,20,，燃油、润滑材料的消耗减少,20,30,。另一方面，汽车维修的直接费用占汽车运输成本的,15,20,。因而，提高汽车维修质量可以提高汽车的技术状况，保证汽车安全、高效运行，减小故障率，降低汽车运输成本。,汽车运行安全技术,四,为保证汽车运用过程中的安全性和可靠性，汽车的技术状况必须符合,GB7258,2012,机动车运行安全技术条件,的要求。该标准规定了机动车整车及主要总成、安全防护装置等有关汽车运行安全的基本技术要求，以及消防车、救护车、工程救险车和警车及残疾人专用汽车的附加要求。汽车的轮廓尺寸、轴荷和质量参数、核载及乘员数、稳定角、外观、行驶轨迹等整车参数和汽车发动机、转向系、制动系、照明、信号装置和其他电气设备、行驶系、传动系等总成的技术状况必须满足规定。,汽车在特殊条件下的运用技术,五,.,危险货物运输条件下的运用技术,汽车运载易爆、易燃、有毒、放射性等危险货物时，必须遵循,JT617-2004,汽车危险货物运输规则,的规定。,.,拖挂运输条件下的运用技术,拖挂运输是提高汽车运输生产率，降低运输成本的有效措施。,.,特殊使用条件下的运用技术,汽车在走合阶段，在低温、高温气候条件下，在高原、山区等特殊条件下使用时，汽车的动力性、经济性、可靠性、行驶安全性、通过性等技术性能将发生很大变化。,第三节,汽 车 的 使 用 性 能 指 标,汽车使用性能,指在一定使用条件下汽车以最高效率工作的能力，是决定汽车运用效率和方便性的结构特性的表征。,评价汽车工作效率的指标是汽车的运输生产率和成本,基于运输生产率、成本与汽车结构之间的内在联系的研究，可以确定用于评价汽车使用性能的指标。目前，我国采用的汽车使用性能指标主要包括动力性、燃油经济性、制动性、操纵稳定性、通过性、平顺性、使用方便性等。,汽车容载量利用指标,一,汽车容载量,指汽车能够装载货物的数量或乘坐旅客的人数。载货汽车的实际容载量与额定载质量、车厢尺寸、货物密度有关。其额定容载量利用程度用载质量利用系数,评价。,载质量利用系数,反映了某类货物装满某型汽车车厢时，其额定载质量的利用程度，决定该车装载何种货物时能够充分利用汽车的装载能力。,比装载质量,说明某车型装载何种货物能够装满车厢，且能使额定载质量得到充分利用。,汽车容载量利用指标,一,比装载质量、载质量利用系数表征了汽车货厢容积对各种货物的适应能力。常见散货的容积质量见表,1-3,。某些载货汽车的比装载质量见表,1-4,。,汽车质量利用指标,二,通常用质量利用系数,或整备质量利用系数,来评价汽车质量利用的优劣。,汽车整备质量,指汽车完全装备好的质量,(kg),。除装备有发动机、底盘、车身、电气设备和辅助设备的完整车辆的质量，及加足润滑油、燃油、冷却液的质量外，还包括随车工具、备用车轮及其他备品的质量。,整备质量利用系数与汽车的部件、总成、结构的完善程度以及轻型材料的使用率有关。,汽车尺寸参数利用指标,三,为了使汽车的外廓尺寸适合于公路、桥梁、涵洞和公路运输的标准及保证行驶安全性。,公路运输车辆的外廓尺寸必须满足有关法规限制，根据,GB1589,2004,道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值,，汽车的外廓尺寸应满足,:,车辆高,车辆宽,2.5,车辆,长：根据客车、货车、车辆轴数不同而异,汽车尺寸参数利用指标,三,GB7258,2012,机动车运行安全技术条件,规定：客车及封闭式车厢的机动车，其后悬不得超过轴距的,65,。其他车辆的后悬不得超过轴距的,55,。机动车的后悬均不应大于,3.5,。,车尺寸的利用情况可以用紧凑性作为指标来评价。汽车的操纵轻便性、机动性、通过性以及停车面积等均与紧凑性有密切关系。,汽车使用方便性指标,四,使用方便性是汽车的综合使用性能，用于表征汽车运行过程中驾驶员和乘员的舒适性和疲劳程度，以及对保证运行货物完好无损和装卸货物的适用性。,主要评价指标,.,操纵轻便性,.,出车迅速性,.,乘客上下车方便性,.,装卸货物方便性,.,最大续驶里程,汽车的其他使用性能指标,五,影响汽车运用效果的使用性能指标还包括动力性、燃油经济性、环保性、行驶安全性、平顺性、通过性等，本书后续各章将对汽车的这些重要使用性能进行详细介绍，在此仅给出其基本含义。,.,汽车的动力性,.,汽车的燃油经济性,.,汽车的环保性,.,汽车的行驶安全性,.,汽车的行驶平顺性,.,汽车的通过性,第四节,汽 车 运 行 工 况 分 析,汽车是在一定道路、交通、气候等外界条件下完成运输任务的。为提高运输生产率，降低运输成本，汽车性能应与运用条件相适应，二者相适应的程度是评价汽车选用是否合理的依据之一。,为了研究汽车与运行条件的适应性，必须研究汽车在道路、交通、气候等外界条件下的运行状况，即必须对汽车的运行工况进行分析。,汽车运行工况,一,汽车运行状况通常采用多参数描述，称之为,汽车运行工况,。,汽车运行工况参数包括汽车速度、变速器挡位、发动机转速、节气门开度、制动频度、加速度等。汽车运行工况的变化受到许多因素的影响，如道路状况、交通流量、气候条件以及汽车自身技术性能的变化等。,汽车运行工况研究包括汽车运行工况调查和汽车运行工况分析两个方面。汽车运行工况研究常采用工况测试、统计方法和计算机数字仿真方法。,汽车运行工况调查,二,汽车运行工况测试是汽车运行工况调查的重要步骤。通过汽车运行试验及数据处理、统计分析完成运行工况调查。,汽车运行工况调查的主要内容有,:,选择反映汽车运行状况，具有代表性的路线，并取得道路资料和交通状况的调查数据，同步测取在汽车行驶过程中的车速、发动机转速、油耗、节气门开度及挡位使用情况，以及在调查路线内的累积停车和制动次数等。必要时还要记录交通流情况，如交通构成及其交通量等。,运行工况调查数据处理,三,汽车运行试验中得到的数据经处理后，才能得到汽车运行工况的统计特征和分布。对于离散量，可以直接根据试验数据统计得到该离散量的分布情况和特征值。,汽车运行工况测试参数样本中的模拟量处理的基本前提是将模拟量曲线离散化。模拟量处理的步骤为,:,确定采样间隔,(,),，判别并剔除异常数据，求均值，求频率分布并绘制频率分布图，通过频率分布图可了解汽车运行工况测试样本的分布特征。,汽车运行工况分析,四,汽车运行中经常出现的工况称为常用工况。影响汽车运行状况的因素很多，如车辆性能、载质量、道路状况、交通状况、气候条件和驾驶员技术水平等。因此，汽车常用工况也随时间和行车路线的变化而变化。,运行工况数据和统计分析结果主要用于确定汽车的常用工况及其特征，并结合汽车的结构性能，评价汽车常用工况的合理性及其影响因素。,第二,章 汽 车 的 动 力 性,汽车动力性的评价指标,汽车行驶时的纵向外力和汽车行驶方程式,汽车动力性分析,汽车行驶的条件,第一节,第二节,第四节,第三节,汽车动力性试验,影响汽车动力性的驱动系统参数,第六节,第五节,汽车的动力性,指汽车在良好路面上直线行驶时由受到的纵向外力决定的所能达到的平均行驶速度，表示汽车以最大可能平均行驶速度运送货物或乘客的能力。在汽车各种使用性能中，动力性是最重要、最基本的性能。,第一节,汽 车 动 力 性 的 评 价 指 标,若使汽车具有尽可能高的平均行驶速度，就必须提高汽车的最高车速、加速能力和爬坡能力。因此，汽车的动力性可以由以下指标评价。,汽车的最高车速,v,amax,，,km/h,汽车的加速时间,t,，,汽车的最大爬坡度,i,max,，,汽车的最高车速,v,amax,:,指汽车在水平良好的路面,(,混凝土或沥青路,),上所能达到的最高行驶速度。,汽车的加速时间,t,包括原地起步加速时间,t,jq,和超车加速时间,t,jc,，可以反映汽车的加速能力。,汽车的最大爬坡度,I,max,:,指满载时汽车以,挡在良好路面上所能通过的最大坡度。,第二节,汽 车 行 驶 时 的 纵 向 外 力,和 汽 车 行 驶 方 程 式,汽车的驱动力,一,.,汽车驱动力的计算,从产生过程和来源出发，汽车驱动力的定义如下,:,汽车发动机产生的有效转矩,，经传动系传到驱动轮上，此时，作用于驱动轮上的转矩,产生一个对地面的圆周力,，地面对驱动轮的反作用力,(,方向与,相反,),即是驱动汽车行驶的外力，称为,汽车的驱动力,，见图,-,。其数值为,:,汽车的驱动力,一,由,经传动系传至驱动轮而产生，若变速器、主减速器的传动比为,、,，传动系的机械效率为,，则,的值为,:,因此，汽车的驱动力,可用下式计算,:,汽车的驱动力,一,.,影响汽车驱动力的主要因素,影响汽车驱动力的主要因素包括,:,发动机有效转矩,、变速器速比,、主传动速比,、机械效率,、车轮半径。,),发动机有效转矩,和有效功率,发动机输出的有效功率,(,),、有效转矩,(,.,),和燃油消耗率,(,/,.,),随曲轴转速,(,/,),的变化关系曲线，称之为,发动机的速度特性曲线,。,汽车的驱动力,一,节气门全开,(,或高压油泵在最大供油位置,),时的速度特性曲线称为,发动机的外特性曲线,，如图,-,所示。而节气门部分开启,(,或部分供油量位置,),时的速度特性曲线称为,发动机部分负荷特性曲线,。,和,之间有如下关系,:,汽车的驱动力,一,发动机在带有空气滤清器、水泵、风扇、消声器、发电机等全部附件时测得的发动机特性曲线称为,发动机的使用外特性曲线,。使用外特性曲线的功率和转矩均小于外特性曲线的功率和转矩。,分析汽车驱动力时应采用发动机的使用外特性，据此可以确定转矩,和功率,在转速,的整个变化范围内的数值，并可进一步求出汽车在各挡位、不同车速下的驱动力和功率，建立汽车的驱动力图和输出功率图。,汽车的驱动力,一,),传动系的机械效率,发动机有效功率,(,),，经传动系传至驱动轮的过程中，产生了功率损失,(,),，驱动轮功率,(,),和传动系的机械效率,为,:,从功率损失产生机理分析，传动系功率损失可分为机械损失和液力损失两大类。,汽车的驱动力,一,),车轮半径,弹性轮胎在受力和运动过程中会因变形而使半径尺寸发生变化。车轮处于无载荷作用时的半径称为自由半径,(,),，汽车静止时，在汽车重力作用下车轮中心到轮胎与道路接触面间的距离称为静力半径,(,),，车轮承受垂直载荷和转矩时的半径称为动态半径,(,),，显然，,。,汽车的驱动力,一,.,汽车的驱动力图,汽车的驱动力与车速之间的函数关系曲线称为,汽车的驱动力图,，可全面表示汽车驱动力的大小及其变化。,显然，发动机转速,(,/,),与汽车行驶速度,(,/,),之间的关系为,:,汽车的驱动力,一,各个挡位,下汽车的驱动力,与车速,间的关系曲线即驱动力图，如图,-,所示。,汽车的行驶阻力,二,.,滚动阻力,滚动阻力产生的原因可以从弹性轮胎受力变形的角度分析。,从弹性轮胎受力变形的角度分析，可知这种能量消耗是滚动阻力产生的原因。图,-,为某轮胎在硬支承路面上受径向载荷时的变形曲线。,汽车的行驶阻力,二,图中,:C,为加载变形过程曲线，,D,为卸载变形恢复过程曲线。加载变形过程，外力对弹性轮胎做功，使其变形，,C,曲线下面积,OCA-BO,为该过程中对轮胎做的功，在卸载变形恢复过程中，弹性轮胎变形而具有的弹性势能向外释放做功，使变形恢复，,D,曲线下面积,ADEBA,为轮胎恢复变形时放出的功。由图可知，,C,、,D,两曲线所包围的面积为加载与卸载过程中的能量损失。这种损失称为,弹性轮胎的迟滞损失,。,汽车的行驶阻力,二,加载变形过程曲线与卸载变形恢复过程曲线的差异，导致了轮胎接地面上压力分布的变化，进而导致阻碍车轮滚动的阻力偶和阻力的产生，当车轮不滚动时，地面对车轮的法向反作用力的分布是前后对称的，在法线,nn,两侧，同样的变形对应有相同的法向应力。但当车轮滚动时，法线,nn,前后两侧相对应点,d,和,d,处于压缩变形和恢复变形的不同过程中，相同的变形,所对应的法向应力却不同。由于弹性迟滞现象，处于压缩过程的前部,d,点的地面法向反作用力,CF,就会大于处于恢复过程的后部,d,点的地面法向反作用力,DF,。,汽车的行驶阻力,二,这样，轮胎前后地面法向反作用力的分布并不对称，处于压缩过程的车轮前部的法向反作用力的分布大于处于恢复过程的后部，从而使法向反作用力的合力,F,相对于法线,nn,向前移动了距离,a,，若把合力,F,平移至法线,nn,，则需添加一个阻力偶,T,F,.,，如图,-,所示。,汽车的行驶阻力,二,由于弹性车轮滚动时产生了阻力偶，因此若使从动车轮在硬路面上等速滚动，必须相应在车轮中心施加推力,F,1,，使之与相应的地面切向反作用力,F,构成力偶矩克服,T,，即,:,地面切向反作用力,F,1,表现为阻碍车轮滚动的滚动阻力,F,f,。,称为,滚动阻力系数,。,汽车的行驶阻力,二,驱动轮在硬路面等速滚动时的受力情况如图,2-7,所示。,F,x2,为驱动力矩,t,所引起的道路对车轮的切向反作用力。,F,p2,为驱动轴作用于车轮的水平力。由于弹性迟滞现象而使驱动轮的法向反作用力的作用点前移了距离,a,，在驱动轮上也产生了滚动阻力偶,T,，,由平衡条件得,:,由驱动力矩,T,产生的驱动力,F,在克服了,F,后，才能转化为作用在驱动车轮上驱动汽车前进的地面切向反作用力,F,x2,。,汽车的行驶阻力,二,滚动阻力,F,的大小取决于滚动阻力系数。试验表明，滚动阻力系数的大小与路面的种类、行驶车速以及轮胎的构造、材料、气压等有关。,行驶车速对滚动阻力系数有很大影响，如图,-,所示。与普通斜交轮胎相比，子午线轮胎的滚动阻力系数较低，轮胎充气压力对值有很大影响，气压降低时，滚动轮胎变形大使迟滞损失增大，值迅速增大，如图,-,所示。,汽车的行驶阻力,二,.,坡度阻力,上坡行驶时，汽车重力沿坡道的分力称为,汽车坡度阻力,F,(,),，如图,2-10,所示。,由于坡度阻力,F,与滚动阻力,F,均属于与道路有关的阻力，且均与汽车重力成正比，故二者之和称为,道路阻力,F,。即,:,式中,-,道路阻力系数。,f,i,。,汽车的行驶阻力,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,。,),空气阻力的形成,空气阻力分为压力阻力与摩擦阻力两部分。,作用在汽车外形表面上的法向压力的合力在行驶方向的分力称为,压力阻力,，压力阻力又分为四部分,:,形状阻力、诱导阻力、干扰阻力、内循环阻力。,汽车的行驶阻力,二,形状阻力,与车身主体形状有很大关系，约占整个空气阻力的,58,。车辆上部与底部的空气压力不同，会引起横向气流以及车辆的升力。横向气流也会在车身表面产生涡流分离现象，造成压差产生所谓,诱导阻力,。诱导阻力一般占空气阻力的,7,。,干扰阻力,是车身表面突起物引起的阻力，一般可占空气阻力的,14,。发动机冷却系、车身通风等所需空气流经车体内部时由于动量损失构成的阻力即为,内循环阻力,，约占空气阻力的,12,。,汽车行驶过程中，空气与车身表面由于摩擦产生的切向力的合力在行驶方向的分力称为,摩擦阻力,或表面阻力。,汽车的行驶阻力,二,),空气阻力的计算,根据流体力学的有关结论,.,常把汽车空气阻力的总数值总结成与气流相对速度的动压力成正比的计算公式。即,:,若取空气密度,，,v,以,km/h,计，在无风状态下，空气阻力的计算公式为,:,汽车的行驶阻力,二,由于迎风面积,A,受到乘坐使用空间的限制不易进一步减少，所以降低,C,值是降低空气阻力的主要手段。表,2-3,为汽车空气阻力系数,C,和迎风面积,A,的变化范围。,汽车的,C,值实际上随着车身的离地距离、俯仰角以及侧向风的大小而变化。一般应给出额定载荷下无侧向风时的空气阻力系数,C,的值。,汽车的行驶阻力,二,由于汽车的空气阻力与车速的平方成正比，因此随着汽车行驶车速的提高，空气阻力急剧增大。,低,C,值轿车车身所具有的特点如图,2-13,所示。,汽车的行驶阻力,二,.,加速阻力,加速阻力,F,指汽车加速行驶时所需克服的因其质量加速运动所产生的惯性力。加速阻力的方向与汽车加速度的方向相反。,汽车加速时，不仅平移的质量产生惯性力。引起了平移质量加速阻力,F,，旋转的质量也要产生惯性力偶矩，产生了旋转质量加速阻力,F,，,二者的大小为,:,汽车的行驶阻力,二,汽车的总加速阻力为,:,令 ，称为,汽车旋转质量换算系数,，显然,1,，因此,:,引入旋转质量换算系数,后，旋转质量的加速阻力就转化为平移质量的加速阻力。,的大小与汽车各旋转部件的转动惯量、变速器速比和主传动速比有关。,汽车的行驶阻力,二,最后推算得,的值为,:,在进行汽车动力性初步计算时，也可以根据图,-,所示，根据挡位与总传动比估算,的值。,汽车行驶方程式,三,若把汽车速度变化时的惯性力看成与加速度方向相反的外力，则行驶过程中，汽车的驱动力与行驶阻力始终处于平衡状态，描述这种平衡关系的关系式称为,汽车行驶方程式,。汽车行驶方程式表示为,:,汽车行驶方程式表示汽车驱动力与行驶阻力的数量关系，是进行汽车动力性分析的基础，据此可以确定汽车的运动状况。,第三节,汽 车 行 驶 的 条 件,汽车行驶的驱动条件,一,汽车起步行驶的首要条件是必须有加速能力。由汽车行驶方程式得,:,要使 ，应满足,:,即当驱动力大于滚动阻力、坡度阻力和空气阻力之和后，汽车才能加速行驶。若驱动力小于上述阻力之和，则汽车无法起动，正在行驶的汽车将减速直至停车、该条件是汽车行驶的必要条件，称为,汽车的驱动条件,。,若汽车在路面状况良好,(,水泥或混凝土路面,),的道路上行驶时，汽车动力性主要受驱动条件的制约。,汽车行驶的附着条件,二,.,附着力的概念,地面对轮胎的切向反作用力,的极限值称为,附着力,。在硬路面上，附着力取决于轮胎与地而间的相互嵌合、剪切和摩擦。在数值上，附着力与作用于驱动轮上的法向反作用力,(,),成正比，其正比系数称为附着系数,，即：,对前轴或后轴驱动的汽车而言，其附着力,和,分别为,：,显然，对于全轮驱动汽车而言，若有,，则其附着力,为：,汽车行驶的附着条件,二,.,附着条件,地面切向作用力,不能大于附着力,，否则将发生驱动轮滑转现象。此时，即使驱动轮的驱动力矩很大，也不能完全转化成地面切向作用力驱动汽车前进，即,:,即为汽车行驶的第二个条件,-,附着条件。该式还可写成,:,称 为,附着率,。显然,。,驱动轮的附着率表明汽车在直线行驶状况下驱动轮不滑转时充分发挥驱动力作用所要求的最低路面附着系数，附着系数是附着率的极限值。,汽车行驶的附着条件,二,.,影响附着力大小的因素,汽车的附着力,取决于作用于驱动轮上的法向反作用力,和附着系数,。,若汽车总重为,G(,),。则驱动轮上的地面法向反作用力,(,),与汽车的总体布置、行驶状况及道路坡度有关。,汽车加速上坡时的受力情况如图,2-16,所示。,汽车行驶的附着条件,二,若忽略作用于前后车轮上的滚动阻力偶矩,T,、,T,和旋转质量惯性阻力偶矩,T,、,T,。将作用于汽车上的其余各力对前后车轮与道路接触面中心取力矩。可得到作用于前后轴的地面法向反作用力,F,和,F,为,:,第一项是汽车静止时前后轴上的静载荷，第二项是因汽车在坡道上行驶时的坡度阻力对前后轴地面法向反作用力的影响，第三项是汽车的加速阻力对前后轴地面法向反作用力的影响，第四项是作用在风压中心的空气阻力对前后轴地面法向反作用力的影响。,第四节,汽 车 动 力 性 分 析,汽车动力性分析指从分析汽车行驶时所受到的纵向外力,(,地面驱动力、行驶阻力,),出发，建立汽车的行驶方程式，并根据汽车行驶过程中的动力平衡和功率平衡，确定汽车的动力性评价指标。,汽车在良好的水泥或混凝土路面上行驶时，其动力性可用驱动力,-,行驶阻力平衡图、动力特性图和功率平衡图来进行分析。,驱动力,-,行驶阻力平衡图及其应用,一,汽车在水平路面上匀速行驶时，所受行驶阻力包括,:,滚动阻力,、空气阻力,，驱动力应与该两阻力之和相等,:,把,与,之和以同样坐标和比例尺画在汽车驱动力,图,(,图,2-4),上，所得曲线图称为,汽车驱动力,-,行驶阻力平衡图,，如图,2-17,所示。,驱动力,-,行驶阻力平衡图及其应用,一,汽车的最高车速,amax,(km/h),指汽车在水平良好的路面,(,混凝土或沥青路,),上所能达到的最高行驶速度。因此，汽车以最高车速行驶时，坡度阻力和加速阻力均为零，汽车驱动力全用于克服滚动阻力和空气阻力。此时有,:F,F,F,，因此，绘出汽车的驱动力,-,行驶阻力平衡图，汽车以最高挡行驶时，其驱动力,F,曲线与阻力曲线,F,F,的交点所对应的车速，即为在给定道路阻力条件下汽车的最高车速。,驱动力,-,行驶阻力平衡图及其应用,一,称汽车驱动力与滚动阻力和空气阻力之差,F,(F,F,),为,后备驱动力,。若将其全部用来加速,(,即坡度阻力为零,),，根据汽车行驶方程式，汽车所能达到的加速度为,:,根据汽车的驱动力,-,行驶阻力平衡图，可得到不同挡位、不同车速时的汽车后备驱动力,F,(F,F,),与车速,v,的关系曲线，然后，根据公式得到汽车在节气门全开时各挡的加速度曲线。如图,2-18,所示。,驱动力,-,行驶阻力平衡图及其应用,一,由图可见，一般高挡的加速度小于低挡的加速度，,挡的加速度最大，但由于有的越野汽车,挡的,值很大，使用挡时，其旋转质量产生的惯性力矩过大，反而使,挡的加速度小于,挡的加速度。,利用加速时间,(,),可以更方便、直观地反映汽车加速过程的快慢。,显然,:,因此,:,驱动力,-,行驶阻力平衡图及其应用,一,这样，利用加速度曲线图，可得到加速度倒数,dt,/dv,随车速,v,的变化曲线，如图,2-19,所示。其加速度倒数曲线下自,v,到,v,的面积，即为汽车在给定道路条件下全力加速时，车速由,v,上升到,v,所需的加速时间,t,。,若后备驱动力,F,(F,F,),全部,用来爬坡，则,F,。根据行驶方程式,得到,:,驱动力,-,行驶阻力平衡图及其应用,一,求汽车以挡,(,及低挡,),的爬坡能力时，由于坡度较大，因此以,tan,代替,sin,的误差较大，坡度阻力应表示为,G.sin,，相对于坡度阻力，滚动阻力较小，且,cos,。因此,:,因此，根据汽车驱动力,-,行驶阻力平衡图，可求得汽车以各个挡位行驶时，所通过的坡度角,与车速,的关系曲线。其,的最大值,max,即是汽车可以通过的最大坡度角。,驱动力,-,行驶阻力平衡图及其应用,一,汽车爬坡能力一般用坡度值,tan,表示，因此由坡度角,与车速,v,的关系曲线，可得到汽车以各挡位所通过的坡度随车速,v,的关系曲线，如图,2-20,所示，直接挡所能通过的道路坡度较小，因此直接挡最大爬坡度,0max,可用下式计算,:,动力特性图及其应用,二,各类汽车具有不同的总重,G,、空气阻力系数,C,和迎风面积,A,，其行驶时的道路阻力与空气阻力也不同，因此驱动力,F,不能直接用于评价汽车的动力性。为此，需要扣除空气阻力,F,的影响和汽车总重,G,影响。构造一个以汽车单位总重计量的指标。,称 为动力因数。可用于比较不同汽车的动力性。,根据动力因数 的定义和汽车行驶方程式，有,:,动力特性图及其应用,二,根据动力因数的定义和汽车的驱动力图，可以得到汽车在各挡下的动力因数,D,与车速,v,的关系曲线，称为,动力特性图,，见图,2-21,。,汽车在水平良好的水泥、混凝土路面上稳定行驶时，,D,f,。因此，在动力特性图上绘上滚动阻力的变化曲线，汽车以最高挡行驶时，其动力因数,D,曲线与滚动阻力系数曲线的交点所对应的车速，即为汽车在给定道路阻力条件下的最高车速。如图,2-21,所示。,动力特性图及其应用,二,称动力因数与滚动阻力系数之差,D,f,为,后备动力因数,。,在平直路面上加速行驶时,:,因此,:,根据汽车的动力特性图，首先得到各挡后备动力因数随车速的变化曲线，然后利用上式即可求得汽车的加速度曲线。,若汽车的后备动力因数,D,f,全部用来爬坡，因,F,，则有,D,f,，即,:,动力特性图上,D,曲线与曲线之间的距离，可以表示汽车的上坡能力。,动力特性图及其应用,二,采用挡上坡时，由于坡度较大，计算式为,:,整理得,:,汽车的最大爬坡度，即挡的最大爬坡度,为,:,功率平衡图及其应用,三,汽车行驶过程中，发动机发出的功率,P,(k,),始终等于传动系功率损失,P,和全部行驶阻力功率之和。汽车克服行驶阻力所消耗的功率有滚动阻力功率,P,，空气阻力功率,P,、坡度阻力功率,P,及加速阻力功率,P,，根据汽车行驶方程式和力与功率的关系，把行驶方程式两侧同乘以行驶车速,v,(km/h),。整理得到汽车功率平衡方程式如下,:,在平直道路上稳定行驶时，上式为,:,功率平衡图及其应用,三,根据发动机转速,n,与汽车车速,v,的关系式和发动机外特性曲线中的功率,P,曲线，可以得到发动机功率,P,与行驶车速,v,的关系曲线,(,图,2-22),。由图可见，在不同挡位时，功率大小基本不变，但各挡功率曲线所对应的车速范围不同。低挡时，不仅车速低而且所占速度变化区域窄，高挡时，不仅车速高而且所占速度变化区域宽。,功率平衡图及其应用,三,功率平衡方程式也可用图解法表示，汽车在平直道路上稳定行驶时，发动机需克服的阻力功率为,:,。将其以同样的坐标绘在发动机功率,P,与行驶车速,v,的关系曲线上，即为,汽车功率平衡图,，如,图,2-22,所,示。,功率平衡图从能量守恒的角度研究汽车的动力性，可表明汽车后备功率大小和发动机负荷率的大小。因此，在分析汽车后备功率和与发动机负荷率有关的燃油经济性时较为方便。如图,2-22,所示，汽车以最高挡在平直道路上稳定行驶时，其发动机功率曲线,P,与需要克服的阻力功率曲线的交点所对应的车速，即为汽车的最高车速。,功率平衡图及其应用,三,称 为汽车的后备功率。,由功率平衡方程式，当汽车在平直路面上加速行驶时，有,:,整理得,:,因此，首先根据汽车的功率平衡图得到汽车各挡的后备功率随行驶车速的关系曲线，如图,2-23,所示，然后根据上式可得汽车的加速度曲线。,功率平衡图及其应用,三,汽车的后备功率 全部用于爬坡时，,加速阻力功率,为零，由汽车功率平衡方程式得,:,因此：,利用汽车后备功率曲线,(,图,2-23),，据上式即可求得汽车各挡的爬坡度。,附着条件限制下的汽车动力性,四,.,附着条件限制的加速能力,受到附着条件限制时，作用在汽车驱动轮上的地面切向作用力,F,即等于驱动轮的附着力,F,。,对于前轮驱动的汽车，当受到附着条件限制时，其驱动轮与路面间的切向作用力,F,1,为,:F,1,F,1,F,1,.,1,前驱动汽车加速行驶时的受力如图,2-24,所示，切向作用力,F,1,与行驶阻力的平衡关系为,:,附着条件限制下的汽车动力性,四,作用于前后轴的地面法向作用力,F,1,、,F,2,分别为,:,设前驱动轮的附着系数为,1,，则作用于前驱动轮的地面切向作用力,F,1,为,:,因此有,:,后轮的滚动阻力,F,2,为作用于后轮的垂直载荷,F,2,与滚动阻力系数之积，因此,:,附着条件限制下的汽车动力性,四,由此，可解得该车在附着条件限制下的加速度为,:,同理，对于后轮驱动的汽车，设后驱动轮的附着系数为,，其附着条件限制的加速度为,:,而对于全轮驱动的汽车，若满足,，则,附着条件限制下的汽车动力性,四,.,附着条件限制的爬坡能力,图,2-25,为前驱动的汽车上坡时的受力图，受到附着条件限制时，其受力平衡情况为,:,作用在前、后车轮上的地面垂直作用力,F,1,、,F,2,分别为,:,附着条件限制下的汽车动力性,四,由以上各式，可求出前驱动汽车受到附着条件限制时的最大爬坡度,max,为,:,同理，可求出后驱动汽车受到附着条件限制时的最大爬坡度,max,为,:,而对于全轮驱动的汽车,.,若满足,1,2,则,:,第五节,影 响 汽 车 动 力 性 的 驱 动 系 统 参 数,汽车驱动系统的,参数：,发动机,功率,传动系统的挡数和传动比,轮胎尺寸与,形式,发动机功率,一,确定发动机功率时，常先从保证汽车预期最高车速初步选择。即发动机功率,P,应等于汽车以最高车速,v,max,行驶时的行驶阻力功率之和。,最高车速虽然仅是动力性中的一个指标，但实质上也反映了汽车的加速能力与爬坡能力。因为最高车速越高，要求的发动机功率越大，汽车后备功率大，加速与爬坡能力必然较好。,发动机最大功率,P,与汽车总质量,M,之比称为汽车比功率。,传动系最小传动比,二,当变速器最高挡为直接挡，传动系最小传动比,min,即为主传动传动比,0,，汽车大多数时间以最高挡行驶，因此合理确定,min,非常重要。,传动系最小传动比是由最高车速决定的，此时，功率平衡方程式为 确定汽车传动系最小传动比时，应使其所能达到的最高车速位于发动机的最大功率点所对应的车速附近，如图,2-26,所示，,一般有,v,amax,设计、高速设计、低速,设计三种确定方法。,传动系最小传动比,二,采用,amax,设计时，最高车速对应于发动机最大功率点的转速,n,(,emax,),。其优点是可以利用发动机发出的最大功率，达到理论最高车速，缺点是在接近,v,amax,的车速范围内，后备功率较小，加速、上坡和克服逆风的能力不足。,采用高速设计时，最高车速对应的发动机转速高于发动机最大功率点的转速,n,(,emax,),，其优点是有较大的后备功率，缺点是达不到理论最高车速。而且，当以,v,amax,行驶时，发动机转速过高，因而噪声、磨损和油耗都过高。,传动系最小传动比,二,采用低速设计时，最高车速对应的发动机转速低于发动机最大功率点的转速,n,(,emax,),。其优点是汽车以,amax,行驶时，发动机转速较低，同时，发动机负荷率较高，油耗下降，缺点是达不到理论最高车速，同时后备功率小。,以上方法各有优缺点，为综合其优缺点，可在直接挡之上设置一个传动比,c,小于的超速挡。此时，传动系的最小传动比为,0,.,c,，当变速器采用直接挡时，根据高速设计确定其主传动传动比,0,，使直接挡具有较大的后备功率，而使用超速挡时，按低速设计确定传动系的最小传动比,0,.,c,，以提高发动机的负荷率，降低发动机的有效比油耗。,传动系最大传动比,三,传动系最大传动比,tmax,一般是变速器,挡传动比,g1,与主减速器传动比,0,之积，当确定,0,后，确定传动系最大传动比也就是确定变速器,挡的传动比,g1,，变速器,1,挡的传动比,g1,首先要满足汽车最大爬坡度,max,的要求。汽车全力爬坡时，加速阻力为零，因车速很低,.,可忽略空气阻力。汽车最大驱动力,tmax,应为,:,因此，,g1,的值不应小于,:,一般货车的最大爬坡度约为,30,，即,:,变速器挡位数,四,变速器的挡位数与汽车的动力性、燃油经济性有密切关系。挡位数多，增加了发动机发挥最大功率附近高功率的机会，提高了汽车的加速与爬坡能力，同时增大了发动机在低燃油消耗率区域工作的可能性，降低了油耗。所以增加挡位数