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类型大学精品课件:第二章 汽车的动力性.ppt

  • 上传人(卖家):罗嗣辉
  • 文档编号:5258821
  • 上传时间:2023-03-01
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    大学精品课件:第二章 汽车的动力性 大学 精品 课件 第二 汽车 动力
    资源描述:

    1、第二章第二章汽车的动力性汽车的动力性汽车的动力性汽车的动力性 汽车以最大平均速度运送客、货的能力,表现为汽汽车以最大平均速度运送客、货的能力,表现为汽车加速、爬坡以及获得最高车速的能力。车加速、爬坡以及获得最高车速的能力。汽车的动力性是汽车最基本,最重要的性能。汽车汽车的动力性是汽车最基本,最重要的性能。汽车的动力性直接影响汽车的平均速度,因而对汽车的的动力性直接影响汽车的平均速度,因而对汽车的运输效率有决定性的影响。运输效率有决定性的影响。内容:内容:(1 1)明确汽车动力性的评价指标;)明确汽车动力性的评价指标;(2 2)根据汽车行驶时所受各种外力之间的关系确)根据汽车行驶时所受各种外力之

    2、间的关系确定动力性的方法;定动力性的方法;(3 3)分析各种因素对汽车动力性的影响。)分析各种因素对汽车动力性的影响。第一节第一节 汽车的动力性指标汽车的动力性指标 一、汽车的动力性指标一、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发,汽车的动力性主要可由三方面的指标来评定,即:评定,即:1)1)汽车的最高车速汽车的最高车速 ;2)2)汽车的加速时间汽车的加速时间 t t ;3)3)汽车能爬上的最大坡度汽车能爬上的最大坡度 。maxaumaxi1 1、汽车的最高车速、汽车的最高车速 指汽车满载在水平良好路面上

    3、所能达指汽车满载在水平良好路面上所能达到的最高行驶速度。符号到的最高行驶速度。符号 。显然,此时发动机的节气门全开,变显然,此时发动机的节气门全开,变速器应挂入最高档。速器应挂入最高档。maxau)/(hkm2 2、汽车的加速能力、汽车的加速能力 指汽车在各种使用条件下迅速增加行驶速度的能指汽车在各种使用条件下迅速增加行驶速度的能力。力。汽车的加速时间表示汽车的加速能力,它对平均行汽车的加速时间表示汽车的加速能力,它对平均行驶车速有着很大影响,特别是轿车,对加速时间更驶车速有着很大影响,特别是轿车,对加速时间更为重视。为重视。加速能力评定指标加速能力评定指标:加速度加速度 、加速时间、加速时间

    4、 和加速行程和加速行程 。愈大,愈大,、愈短,则加速性愈好。平均车速就愈愈短,则加速性愈好。平均车速就愈高,即动力性好。高,即动力性好。加速能力可分为:原地起步加速时间与超车加速时加速能力可分为:原地起步加速时间与超车加速时间。间。jtsjts(1 1)原地起步加速时间)原地起步加速时间 原地起步加速时间指汽车由原地起步加速时间指汽车由挡或挡或挡挡起步,并以最大的加速强度起步,并以最大的加速强度(包括选择恰当的包括选择恰当的换挡时机换挡时机)逐步换至最高挡后到某一预定的距逐步换至最高挡后到某一预定的距离或车速所需的时间。离或车速所需的时间。一般常用一般常用0402.5m(010402.5m(0

    5、14mile)4mile)或或0400m0400m的秒数来表明汽车原地起步加速能的秒数来表明汽车原地起步加速能力;也有用力;也有用096.6km096.6kmh(060mileh(060mileh)h)或或0100km0100kmh h所需的时间来表明加速能力的。所需的时间来表明加速能力的。(2)超车加速时间 超车加速时间指用最高挡或次高挡由某超车加速时间指用最高挡或次高挡由某一较低车速全力加速至某一高速所需的时间。一较低车速全力加速至某一高速所需的时间。因为超车时汽车与被超车辆并行,容易发生因为超车时汽车与被超车辆并行,容易发生安全事故,所以超车加速能力强,并行行程安全事故,所以超车加速能力

    6、强,并行行程短,行驶就安全。短,行驶就安全。对超车加速能力还没有一致的规定,采用较对超车加速能力还没有一致的规定,采用较多的是用最高挡或次高挡由多的是用最高挡或次高挡由30km30kmh h或或40km40kmh h全力加速行驶至某一高速所需的时间。全力加速行驶至某一高速所需的时间。3 3、汽车的上坡能力、汽车的上坡能力 汽车的上坡能力用最大爬坡度来评定。汽车的上坡能力用最大爬坡度来评定。指汽车满载时用变速器最低档位在坚硬路面上指汽车满载时用变速器最低档位在坚硬路面上(良好)等速行驶所能克服的最大道路坡度。(良好)等速行驶所能克服的最大道路坡度。代表了汽车的极限爬坡能力,它应比实际行驶中遇代表

    7、了汽车的极限爬坡能力,它应比实际行驶中遇到的道路最大坡度超出很多,这是因为应考虑到在到的道路最大坡度超出很多,这是因为应考虑到在实际坡道行驶时,在坡道上停车后顺利起步加速、实际坡道行驶时,在坡道上停车后顺利起步加速、克服松软坡道路面的大阻力、克服坡道上崎岖不平克服松软坡道路面的大阻力、克服坡道上崎岖不平路面的局部大阻力等要求的缘故。路面的局部大阻力等要求的缘故。货车一般在货车一般在3030即即16.716.70 0左右。左右。越野汽车的最大爬坡度可达越野汽车的最大爬坡度可达6060即即31310 0左右。左右。美国新一代轿车的爬坡能力美国新一代轿车的爬坡能力 美国新一代轿车的爬坡能力为:应能以

    8、美国新一代轿车的爬坡能力为:应能以104km104kmh h的车速通过的车速通过6 6的坡道,而在满载的坡道,而在满载时的车速则不能低于时的车速则不能低于80km80kmh h。美国新一代轿车满载时,在美国新一代轿车满载时,在6 6坡道上坡道上096km096kmh h的加速时间不应大于的加速时间不应大于20s20s。他认。他认为,汽车具有这样的加速性能,便可以安全为,汽车具有这样的加速性能,便可以安全地从有坡度的岔道进入高速公路而驶入高速地从有坡度的岔道进入高速公路而驶入高速行驶的车流。行驶的车流。第二节第二节 汽车的驱动力汽车的驱动力行驶阻力平衡图行驶阻力平衡图 汽车驱动力平衡方程汽车驱动

    9、力平衡方程 或或 当汽车的结构参数与使用参数当汽车的结构参数与使用参数(如发动机的外特性、如发动机的外特性、变速器传动比、主减速比、传动效率、车轮半径、变速器传动比、主减速比、传动效率、车轮半径、空气阻力系数,汽车的迎风面积及汽车重力等空气阻力系数,汽车的迎风面积及汽车重力等)初步初步确定之后,根据汽车的驱动力平衡方程,便可确定确定之后,根据汽车的驱动力平衡方程,便可确定汽车在良好路面上的动力性指标:汽车在良好路面上的动力性指标:(1)(1)最高车速最高车速,(2),(2)加速能力,加速能力,(3)(3)上坡能力。上坡能力。jiwftFFFFFdtdugGGAuCGfriiTaDTgtqsin

    10、15.21cos20一、汽车的驱动力一、汽车的驱动力行驶阻力平衡图行驶阻力平衡图 在以在以 为横坐标,以汽车所受外力为纵坐标为横坐标,以汽车所受外力为纵坐标的坐标系内,画出汽车各档位的驱动力曲线的坐标系内,画出汽车各档位的驱动力曲线及汽车行驶经常遇到的滚动阻力及汽车行驶经常遇到的滚动阻力 与空气阻与空气阻力力 叠加叠加(即汽车在良好水平路面上等速行驶即汽车在良好水平路面上等速行驶的行驶阻力曲线的行驶阻力曲线),就构成了汽车的驱动力,就构成了汽车的驱动力行驶阻力平衡图。行驶阻力平衡图。aufFwF1 1、汽车的驱动力曲线曲线的作图、汽车的驱动力曲线曲线的作图 汽车的驱动力曲线曲线的作图法:汽车的

    11、驱动力曲线曲线的作图法:运用公式运用公式 画出汽车各档位的驱动力曲线。画出汽车各档位的驱动力曲线。riiTFTkeqt00377.0iirnuga驱动力图驱动力图图atuF 2 2、汽车行驶阻力曲线的作图、汽车行驶阻力曲线的作图 汽车行驶阻力曲线的作图法如下:汽车行驶阻力曲线的作图法如下:(1 1)曲线的形状,取决于滚动阻力系数曲线的形状,取决于滚动阻力系数 随随 的变化。的变化。由于汽车在一定道路上以通常的速度行驶时,由于汽车在一定道路上以通常的速度行驶时,变变化不大,仅当化不大,仅当 100km100kmh h时,时,增长较快。增长较快。因此因此 曲线接近于水平线,仅在速度较高时,曲线曲线

    12、接近于水平线,仅在速度较高时,曲线略有上升。略有上升。(2 2)曲线,对于一定的车型曲线,对于一定的车型(已知已知),在不同的速度下,可利用公式在不同的速度下,可利用公式 计算出计算出 对对应的值。应的值。afuF faufauffFawuF ACD、15.212aDwAuCF wF具有四档变速器的某汽车的驱动力具有四档变速器的某汽车的驱动力行驶阻力平衡图行驶阻力平衡图 由于是的二次方函数,由于是的二次方函数,曲线应为抛物线。曲线应为抛物线。在驱动力图上,先画出在驱动力图上,先画出 曲线,再将曲线,再将 叠加画在叠加画在 曲线的上曲线的上方,就得到汽车的等速行驶阻力曲线方,就得到汽车的等速行驶

    13、阻力曲线 。其曲线较二次抛物线上升略陡,因为车速较高时略有增加。其曲线较二次抛物线上升略陡,因为车速较高时略有增加。awuF afuF awuF afuF awfuFF)(二、汽车动力性指标的图解法二、汽车动力性指标的图解法(一一)确定最高车速确定最高车速 根据汽车驱动力平衡方程根据汽车驱动力平衡方程 又又 是指汽车在良好水平路面上行驶时的最高车是指汽车在良好水平路面上行驶时的最高车速。速。所以汽车应以最高档行驶,所以汽车应以最高档行驶,则,则 。此时,汽车处于相对稳定的平衡状态。显然,此时,汽车处于相对稳定的平衡状态。显然,曲曲线与线与()()曲线交点对应的车速便是曲线交点对应的车速便是 。

    14、maxaujiwftFFFFFmaxau0iF0jFwftFFF4tFwfFF maxau分析:分析:(1 1)若车速低于最高车速时,驱动力大于行驶阻力。剩余)若车速低于最高车速时,驱动力大于行驶阻力。剩余驱动力驱动力 ,可用于使汽车加速或爬坡、或牵引挂,可用于使汽车加速或爬坡、或牵引挂车,用于牵引挂车时就称为挂钩牵引力。车,用于牵引挂车时就称为挂钩牵引力。(2 2)若汽车需要以低于最高车速的速度等速行驶,驾驶)若汽车需要以低于最高车速的速度等速行驶,驾驶员可关小节气门开度,发动机以部分负荷特性工作,相应员可关小节气门开度,发动机以部分负荷特性工作,相应的驱动力曲线如虚线所示。它将和行驶阻力达

    15、到新的平衡。的驱动力曲线如虚线所示。它将和行驶阻力达到新的平衡。(3 3)如果在该档位发动机限制转速所对应的限制车速小)如果在该档位发动机限制转速所对应的限制车速小于于 ,则驱动力曲线终止较早,此时驱动力曲线与等,则驱动力曲线终止较早,此时驱动力曲线与等速行驶总阻力曲线不相交,速行驶总阻力曲线不相交,。这时的最高车速就。这时的最高车速就是限制车速。是限制车速。在达到限制车速时,驾驶员应适当放松加速踏板,使在达到限制车速时,驾驶员应适当放松加速踏板,使 略略有减小。当有减小。当 或或 略有增加时,驾驶员只需略踏下加速踏略有增加时,驾驶员只需略踏下加速踏板,汽车速度仍然可以达到所限制的最高车速。板

    16、,汽车速度仍然可以达到所限制的最高车速。wftFFFmaxauwftFFFtFfFwF(二二)确定汽车的加速能力确定汽车的加速能力 1、汽车的加速度、汽车的加速度 加速能力可用汽车在水平良好路面上行驶时产生的加速能力可用汽车在水平良好路面上行驶时产生的加速度来评价。加速度来评价。当当 。(。()利用驱动力利用驱动力行驶阻力平衡图,截取不同速度行驶阻力平衡图,截取不同速度 时时的的 ,即可计算出对应的,即可计算出对应的 值。值。显然,利用多档位的驱动力显然,利用多档位的驱动力行驶阻力平衡图,则行驶阻力平衡图,则可计算得到不同档位的可计算得到不同档位的 曲线。如图所示。曲线。如图所示。)(,0wf

    17、tjjwftiFFFFFFFFFNdtdugGFj,wftFFFGgdtduauwftFFFdtduaufj 汽车的行驶加速度曲线图汽车的行驶加速度曲线图 加速度的大小与档位和行驶速度加速度的大小与档位和行驶速度 有关。有的汽车头档的旋转有关。有的汽车头档的旋转质量换算系数质量换算系数 值甚大,故值甚大,故档的加速度可能比档的加速度可能比档的还要大。档的还要大。au2 2、加速时间、加速时间 由于加速度值不易测量,常用加速时间表示汽车的加速能力。由于加速度值不易测量,常用加速时间表示汽车的加速能力。常用的加速时间:原地起步加速时间和超车加速时间。常用的加速时间:原地起步加速时间和超车加速时间。

    18、(1 1)原地起步加速时间)原地起步加速时间汽车用汽车用I I档起步,按最佳换档时机档起步,按最佳换档时机逐次换至最高档,并始终以最大加速强度加速至某一预定的逐次换至最高档,并始终以最大加速强度加速至某一预定的高速高速(80(80 ),或通过某一预定的距离,或通过某一预定的距离(400m)(400m)所需的所需的时间。时间。(2 2)超车加速时间)超车加速时间最高档或直接档由某一中等车速最高档或直接档由某一中等车速(如如30km30kmh h或或40km40kmh)h)全力加速至某一高速全力加速至某一高速(80(80 )或或通过某一距离所需的时间。通过某一距离所需的时间。(3 3)加速时间曲线

    19、:它以速度为横坐标,以时间为纵坐标。)加速时间曲线:它以速度为横坐标,以时间为纵坐标。在加速过程中,由某一初速度加速至各不同速度时所用的时在加速过程中,由某一初速度加速至各不同速度时所用的时间。间。maxaumaxau加速时间曲线的作法如下:加速时间曲线的作法如下:因为因为 所以所以 加速时间可用加速时间可用 曲线下面的面积来表示,曲线下面的面积来表示,用图解积分法求得。用图解积分法求得。dtduj dujdt1tvvdujdtt0211auj1(1)首先根据首先根据 曲线,作加速度倒数曲线,作加速度倒数 曲线。曲线。auj auj1全部档位的加速度倒数曲线全部档位的加速度倒数曲线 一个档位的

    20、加速度倒数曲线一个档位的加速度倒数曲线 u1u2(2)(2)作加速时间曲线作加速时间曲线 1)1)首先选择比例尺首先选择比例尺 在横坐标轴轴上,以在横坐标轴轴上,以 =,即即3.6 =3.6 =(););在纵坐标在纵坐标 轴上,以轴上,以 代表代表 。则。则 ()代表)代表 所需要的面积。所需要的面积。故故 式中:式中:由由 至至 间隔内曲线下的面积,间隔内曲线下的面积,如图所示。如图所示。ammhkm/1ammsm/1smammsmamm/6.31,/36001000j1bmmms/1226.3 abmmsmmabmssmbmmamm1)(6.36.322s1sabt,6.31u2u2mm

    21、2)2)以任一条以任一条 曲线为例,例如直接档,将加速过程曲线为例,例如直接档,将加速过程速度区间分为若干间隔,常取速度区间分为若干间隔,常取 为一段。定出各为一段。定出各间隔的微元面积间隔的微元面积 ,,如图。如图。3)3)计算出从初速度计算出从初速度 分别加速到分别加速到 、,的,的加速时间:加速时间:j1hkm/5321、321uuu、0u sabt6.311 sabt6.3212 sabt6.33213 sabtnn6.321 4)4)在在 坐标系内,按所求得的坐标系内,按所求得的t t值与对应的车速值便可作值与对应的车速值便可作出直接档加速时间曲线出直接档加速时间曲线,如图所示。如图

    22、所示。同样可以求出汽车自同样可以求出汽车自I I档起步开始连续换档加速至最高档,档起步开始连续换档加速至最高档,速度达到速度达到8080 的加速时间。的加速时间。原地起步加速时间和换档时机的选择有很大关系。由多档加原地起步加速时间和换档时机的选择有很大关系。由多档加速度倒数曲线速度倒数曲线(如图如图2-3)2-3)可见,在相邻两档的可见,在相邻两档的 曲线交点对曲线交点对应的速度下换档,可使应的速度下换档,可使 曲线下的面积最小,即加速时间最曲线下的面积最小,即加速时间最短。此外,换档过程中,因动力暂时中断,速度难免略有下短。此外,换档过程中,因动力暂时中断,速度难免略有下降。驾驶员操作敏捷,

    23、也可缩短加速时间。降。驾驶员操作敏捷,也可缩短加速时间。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1015的计算值。的计算值。【例如,解放【例如,解放CAl0B满载、直接档、在满载、直接档、在f=0.0106的平路上,的平路上,由由25kmh加速到加速到50kmh时的加速时间,按扭矩降低时的加速时间,按扭矩降低15%计算,加速时间的计算值为计算,加速时间的计算值为25.2s,实测值为,实测值为26s。】aut maxauj1j1汽

    24、车加速时间曲线汽车加速时间曲线 3 3、加速行程、加速行程 是汽车提高行驶速度达到指定水平的加速过程中是汽车提高行驶速度达到指定水平的加速过程中所经过的路程。所经过的路程。因为因为 则则 故故 可见,加速行程可用可见,加速行程可用 曲线下面的面积来表示。曲线下面的面积来表示。因此也可用图解积分法求得。因此也可用图解积分法求得。具体作法与加速时间的图解积分法类似。具体作法与加速时间的图解积分法类似。它是利用加速时间曲线图,选定速度和时间的比例它是利用加速时间曲线图,选定速度和时间的比例尺,沿时间坐标轴划分间隔求各时间片断的微元面尺,沿时间坐标轴划分间隔求各时间片断的微元面积,再依次累加求出积,再

    25、依次累加求出 由由 至至 的加速行程。同样可得加速行程的加速行程。同样可得加速行程 曲线。曲线。dtduu udtds 21ttudustu 0unuuu,21aus(三三)确定汽车的上坡能力确定汽车的上坡能力 汽车的上坡能力用最大爬坡度表示。汽车的上坡能力用最大爬坡度表示。指汽车满载、节气门全开、在良好坚硬路面上指汽车满载、节气门全开、在良好坚硬路面上等速行驶所能克服的最大道路坡度。等速行驶所能克服的最大道路坡度。汽车最大爬坡度为头档时的最大爬坡度汽车最大爬坡度为头档时的最大爬坡度 。直接档的最大爬坡度直接档的最大爬坡度 也很重要,因为汽车经常也很重要,因为汽车经常以直接档行驶,若以直接档行

    26、驶,若 过小,过小,则汽车行驶中遇到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。速度和燃料消耗量。max1gimax0imax0i 因为汽车以全部剩余驱动力克服最大坡度因为汽车以全部剩余驱动力克服最大坡度时,时,。所以,根据驱动力平衡方程得所以,根据驱动力平衡方程得 式中式中 ,因为因为 的数值本来比较小,而当的数值本来比较小,而当 较小较小时,时,故可认为,故可认为 所以所以 即等式右端可由驱动力即等式右端可由驱动力行驶阻力平衡图上行驶阻力平衡图上 的的线段按比例尺而得出数值,并按下式求出道路坡度角线段按比例尺而得

    27、出数值,并按下式求出道路坡度角 再按再按 求出坡度值求出坡度值 。应当指出,当应当指出,当 较大时,用上述公式计算的误差较大。较大时,用上述公式计算的误差较大。0dtduwftiFFFFsinGFicosGfFffF1cos15.212aDwfAuCGfFFwftFFFGsinwftFFFGFFFwft arcsinitgii 在较低档位下,按驱动力最大时具有最大爬坡能力在较低档位下,按驱动力最大时具有最大爬坡能力来计算最大爬坡度是足够准确的。并可略去空气阻来计算最大爬坡度是足够准确的。并可略去空气阻力的影响。故力的影响。故I I档最大爬坡度可由下式确定档最大爬坡度可由下式确定 若同时略去若同

    28、时略去 的影响,则有近似计算式的影响,则有近似计算式 再由所得再由所得 值换算成值换算成 值。值。直接档的最大爬坡度可用下式计算直接档的最大爬坡度可用下式计算 汽车在各档位下的爬坡与速度的关系见图。由图可见低档的汽车在各档位下的爬坡与速度的关系见图。由图可见低档的爬坡较大,在同一档位下,车速较低时的爬坡度也较大。爬坡较大,在同一档位下,车速较低时的爬坡度也较大。max1max1max1cossinGfFGtcosGGfFtmax1max1arcsinmax1max1giGFFFiwftmax0max0汽车的爬坡度图汽车的爬坡度图 第三节第三节 汽车的动力特性汽车的动力特性 利用汽车的驱动力利用

    29、汽车的驱动力行驶阻力平衡图,可以确定一行驶阻力平衡图,可以确定一台汽车的最高车速、加速能力和上坡能力,可以评台汽车的最高车速、加速能力和上坡能力,可以评价同一类型汽车的动力性。但它不能用于评价不同价同一类型汽车的动力性。但它不能用于评价不同类型汽车的动力性。因为汽车的道路阻力和加速阻类型汽车的动力性。因为汽车的道路阻力和加速阻力均与汽车重力成正比,空气阻力则与汽车外形等力均与汽车重力成正比,空气阻力则与汽车外形等因素有关,所以不能单纯根据汽车驱动力的大小,因素有关,所以不能单纯根据汽车驱动力的大小,简单地判定汽车的动力性。简单地判定汽车的动力性。因此,需要有一个既考虑驱动力又包括汽车重力和因此

    30、,需要有一个既考虑驱动力又包括汽车重力和空气阻力的综合性参数。为此将汽车驱动力平衡方空气阻力的综合性参数。为此将汽车驱动力平衡方程进行一定的变换,即可求得评价不同汽车的动力程进行一定的变换,即可求得评价不同汽车的动力性参数。性参数。一、汽车的动力因数和动力特性图一、汽车的动力因数和动力特性图 由汽车驱动力平衡方程由汽车驱动力平衡方程 得得 则则 (式两边同除(式两边同除G G)上式左端是汽车本身所具有的参数。上式左端是汽车本身所具有的参数。右端各项则不受汽车重力和空气阻力的影响,只和右端各项则不受汽车重力和空气阻力的影响,只和汽车行驶时的道路阻力,加速度及汽车行驶时的道路阻力,加速度及 有关,

    31、即只和有关,即只和行驶条件及状况有关。行驶条件及状况有关。jiwftFFFFFjifwtFFFFFdtdugfGFFwt1sincosg 令令 D D称为汽车的动力因数。称为汽车的动力因数。则则 当当 较小时,较小时,以上公式称为动力平衡方程。以上公式称为动力平衡方程。,可用于克服道路阻力和加速阻力。,可用于克服道路阻力和加速阻力。GFFDwtdtdugfDsincosdtdugifDwtFF 动力因数动力因数D D即标志汽车单位重力所具有的克服道路阻力和即标志汽车单位重力所具有的克服道路阻力和加速阻力的能力。加速阻力的能力。只要汽车的动力因数相等,则不论只要汽车的动力因数相等,则不论FtFt

    32、、G G、CDCD、A A等参数等参数有何不同,汽车都能克服同样的坡度。有何不同,汽车都能克服同样的坡度。若汽车的若汽车的值也相同,则汽车也能产生同样的加速度。值也相同,则汽车也能产生同样的加速度。因此常把动力因数做为表征汽车动力性的主要指标。因此常把动力因数做为表征汽车动力性的主要指标。若若D D较大,说明在一定汽车重力(较大,说明在一定汽车重力(Ft-FwFt-Fw)较大,则汽车)较大,则汽车的加速、上坡能力强。的加速、上坡能力强。动力因数随汽车行驶速度变化的关系,动力因数随汽车行驶速度变化的关系,即称为汽车即称为汽车的动力特性。表示动力特性的曲线称为汽车的动力特性的动力特性。表示动力特性

    33、的曲线称为汽车的动力特性图。图。如图。即如图。即 曲线,它是在以车速为横坐标,以动力曲线,它是在以车速为横坐标,以动力因数因数D D为纵坐标的坐标系内,根据为纵坐标的坐标系内,根据 、曲线作曲线作出的。利用动力特性图,分析求解汽车的动力性问题,出的。利用动力特性图,分析求解汽车的动力性问题,较之用驱动力一行驶阻力平衡图更为简捷方便。较之用驱动力一行驶阻力平衡图更为简捷方便。)(aufD auD atuF awuF 汽车的动力特性图和利用动力特性图汽车的动力特性图和利用动力特性图确定汽车的动力性确定汽车的动力性 二、动力特性图分析二、动力特性图分析 (一一)确定最高车速确定最高车速 根据根据 ,

    34、因为最高车速是指在良好水平,因为最高车速是指在良好水平路面上汽车所能达到的最大速度。路面上汽车所能达到的最大速度。故此时,故此时,所以所以 在动力特性图上作在动力特性图上作 曲线,它与直接档曲线,它与直接档 曲线交点对应的车速,便是汽车的最高车速,如上曲线交点对应的车速,便是汽车的最高车速,如上图所示,如果规定了限制车速,则最高车速只能等图所示,如果规定了限制车速,则最高车速只能等于限制车速。于限制车速。dtdugifD0,0dtduifD auf auD(二二)确定加速能力确定加速能力 即求汽车满载,节气门全开时在水平良好路面上的即求汽车满载,节气门全开时在水平良好路面上的加速度。此时,加速

    35、度。此时,故故 对于一定的档位,对于一定的档位,为常数,因此,为常数,因此,D曲线与曲线与 曲曲线间距离的线间距离的 倍就是汽车各档的加速度。粗略估算倍就是汽车各档的加速度。粗略估算直接档的加速度时,直接档的加速度时,可取可取 。因此加速度值就近似等于直接档的因此加速度值就近似等于直接档的D。曲线与曲曲线与曲线间距离的线间距离的10倍。倍。0idtdugfDfDgdtdufgsmg/10,1f加速度加速度 的常用数值范围是的常用数值范围是 j载货汽车载货汽车 1.72.00.250.5公共汽车公共汽车 1.8 2.20.40.8轿轿 车车 2.22.50.81.2档1max1j2max0/sm

    36、j直接档(三三)确定最大爬坡度确定最大爬坡度 汽车在各种档位下爬最大坡度时,加速度均为汽车在各种档位下爬最大坡度时,加速度均为0,故故 当当 时,上式为时,上式为 上式可用于求各档的最大爬坡度,但一般仅用它求上式可用于求各档的最大爬坡度,但一般仅用它求低档的较大的爬坡度。低档的较大的爬坡度。求求I档的最大爬坡度时,解三角方程档的最大爬坡度时,解三角方程 得得 sincos fDmaxsincosmaxmax fDmax1max1max1sincos fD222max1max1max111arcsinffDfD确定最大爬坡度确定最大爬坡度 然后再根据然后再根据 换算为坡度值。换算为坡度值。当坡度

    37、值不大时,当坡度值不大时,则则 故故 即最大爬坡度可用上式近似估算,所得结果误差不大,且可即最大爬坡度可用上式近似估算,所得结果误差不大,且可省去解三角方程的麻烦。省去解三角方程的麻烦。例如:直接档的最大爬坡度为:例如:直接档的最大爬坡度为:从上面的计算过程可以看出,最大动力因数对应的速度下具从上面的计算过程可以看出,最大动力因数对应的速度下具有最大的爬坡能力。有最大的爬坡能力。近似计算时,各档的最大爬坡度可用动力特性图中最大动力近似计算时,各档的最大爬坡度可用动力特性图中最大动力因数与滚动阻力系数曲线之间的线段长度来表示。只是在头因数与滚动阻力系数曲线之间的线段长度来表示。只是在头档时,这种

    38、表示方法误差较大。档时,这种表示方法误差较大。max1max1tgiisin,1cosifDfDimax0max0fDimax0max0(四四)动力特性图上的重要参数动力特性图上的重要参数(1)汽车在良好水平路面上的最高车速汽车在良好水平路面上的最高车速 。(2)头档最大动力因数头档最大动力因数 ,它代表了汽车的最大,它代表了汽车的最大上坡能力。例如,若上坡能力。例如,若 ,好路上低速行驶,好路上低速行驶时取时取 ,粗略地估算,其最大爬坡度,粗略地估算,其最大爬坡度 。(3)最高档的最大动力因数最高档的最大动力因数 (无超速档时无超速档时)。它。它表明汽车以最高档行驶时的上坡能力与加速能力,表

    39、明汽车以最高档行驶时的上坡能力与加速能力,对汽车的平均行驶速度有很大影响。对汽车的平均行驶速度有很大影响。(4)各档的最大动力因数对应的车速,通常称为该档各档的最大动力因数对应的车速,通常称为该档的临界车速。汽车所能克服的最大道路阻力的临界车速。汽车所能克服的最大道路阻力 不不能大于能大于 ,所以头档的临界车速是汽车克服最大,所以头档的临界车速是汽车克服最大道路阻力时所能维持的最低稳定车速。道路阻力时所能维持的最低稳定车速。maxaumax1D32.0max1D02.0f%30max1imax0Dmaxmax1D三、动力特性受附着条件的限制三、动力特性受附着条件的限制 因为因为 所以,考虑附着

    40、条件的限制时,动力因数为所以,考虑附着条件的限制时,动力因数为 当达到附着极限时当达到附着极限时(接近滑转接近滑转),Fw很小可略去不计,很小可略去不计,则则 只有当只有当 时,汽车的动力性才能完全发挥出时,汽车的动力性才能完全发挥出来。实际在一般使用条件下,来。实际在一般使用条件下,总是大于总是大于 的,的,见动力特性受附着条件的限制图。见动力特性受附着条件的限制图。图中图中D的坐标应乘以的坐标应乘以110。各种类型汽车的各种类型汽车的D值范围列于表值范围列于表2-3。ZFtmaxGFZGFFDwwtmaxGZD DD Dmax1D动力特性受附着条件的限制动力特性受附着条件的限制 图中图中D

    41、的坐标应乘以的坐标应乘以110。汽车动力性参数范围汽车动力性参数范围 第四节第四节 汽车的功率平衡汽车的功率平衡 在前面两节中,已经分析了汽车驱动力与行驶阻力在前面两节中,已经分析了汽车驱动力与行驶阻力之间的平衡问题。根据驱动力与行驶阻力之间的关之间的平衡问题。根据驱动力与行驶阻力之间的关系,可以确定汽车的各项动力性指标,用以评定同系,可以确定汽车的各项动力性指标,用以评定同一类型汽车的动力性。一类型汽车的动力性。根据汽车的动力特性,可以评价不同类型汽车的动根据汽车的动力特性,可以评价不同类型汽车的动力性,而且可以更方便地确定汽车的各项动力性指力性,而且可以更方便地确定汽车的各项动力性指标。标

    42、。但是,如果要进二步分析汽车动力性的其他问题,但是,如果要进二步分析汽车动力性的其他问题,如发动机特性曲线形状对汽车动力性的影响、主减如发动机特性曲线形状对汽车动力性的影响、主减速器和变速器速比的选择,汽车燃料经济性的研究速器和变速器速比的选择,汽车燃料经济性的研究等,只有上述研究方法是不够的。等,只有上述研究方法是不够的。汽车的功率平衡汽车的功率平衡 汽车行驶时,不仅驱动力和行驶阻力互相平衡,发汽车行驶时,不仅驱动力和行驶阻力互相平衡,发动机功率和汽车行驶的阻力功率也总是平衡的。动机功率和汽车行驶的阻力功率也总是平衡的。换言之,汽车行驶的每一瞬间,发动机发出的功率换言之,汽车行驶的每一瞬间,

    43、发动机发出的功率始终等于机械传动损失和克服各种行驶阻力所消耗始终等于机械传动损失和克服各种行驶阻力所消耗功率的总和,这就称为汽车的功率平衡。功率的总和,这就称为汽车的功率平衡。克服汽车行驶阻力所消耗的功率有:克服汽车行驶阻力所消耗的功率有:克服滚动阻力消耗的功率克服滚动阻力消耗的功率 ;克服空气阻力消耗的功率克服空气阻力消耗的功率 ;克服坡度阻力消耗的功率克服坡度阻力消耗的功率 ;克服加速阻力消耗的功率克服加速阻力消耗的功率 。可见各阻力功率与各种行驶阻力一一对应。可见各阻力功率与各种行驶阻力一一对应。下面介绍如何建立汽车的功率平衡方程式下面介绍如何建立汽车的功率平衡方程式 fPwPiPjP一

    44、、汽车的功率平衡方程一、汽车的功率平衡方程(一一)发动机传给驱动轮的功率发动机传给驱动轮的功率 如前所述,发动机发出的功率,必须有一部如前所述,发动机发出的功率,必须有一部分消耗于克服传动机构的机械损失,因而传分消耗于克服传动机构的机械损失,因而传递到驱动轮的功率为:递到驱动轮的功率为:TetPP(二二)汽车克服行驶阻力所消耗的功率汽车克服行驶阻力所消耗的功率 功率的一般计算公式功率的一般计算公式 式中式中 作用于汽车的力,作用于汽车的力,N,汽车行驶速度,汽车行驶速度,ms,1000换算系数,换算系数,1000N.ms=1000W=lkW。如果如果 以以kmh为单位,则功率为单位,则功率 式

    45、中:式中:3.6换算系数,换算系数,1ms=3.6kmh。设汽车重力为设汽车重力为G,以,以N为单位,车速以为单位,车速以kmh为单位,则各种为单位,则各种阻力功率的计算公式如下。阻力功率的计算公式如下。kwFuPa,1000FauaukwFuFuPaa,360010006.3 1、克服滚动阻力所消耗的功率、克服滚动阻力所消耗的功率 当坡度角当坡度角 较小时,较小时,则,则 2、克服上坡阻力所消耗的功率为、克服上坡阻力所消耗的功率为 当坡度角当坡度角 较小时,较小时,3、克服空气阻力所消耗的功率为、克服空气阻力所消耗的功率为 4、克服加速阻力所消耗的功率为、克服加速阻力所消耗的功率为 kwGf

    46、uuFPaaff,3600cos36001coskwGfuPaf,3600kwuGuFPaaii,3600sin3600isinkwAuCuAuCPaDaaDw,7614015.21360032kwdtdugGuPaj,3600kwGiuuFPaaii,36003600(三三)汽车的功率平衡方程汽车的功率平衡方程 根据能量守恒定律,发动机的有效功率应该恒等于根据能量守恒定律,发动机的有效功率应该恒等于汽车行驶中所消耗功率的总和,即汽车行驶中所消耗功率的总和,即 将上述各阻力功率的表达式代入上式,则得将上述各阻力功率的表达式代入上式,则得 上式称为汽车的功率平衡方程式。上式称为汽车的功率平衡方程

    47、式。当道路坡度角当道路坡度角 不大时,汽车的功率平衡方程为不大时,汽车的功率平衡方程为 jiwfTePPPPPdtdugGuAuCGuGfuPaaDaaTe360015.2136003600sin3600cos13dtdugGuAuCGiuGfuPaaDaaTe360015.2136003600360013二、汽车的功率平衡图二、汽车的功率平衡图 与汽车驱动力一行驶阻力平衡一样,汽车的与汽车驱动力一行驶阻力平衡一样,汽车的功率平衡也可以用图象表示。利用汽车的功功率平衡也可以用图象表示。利用汽车的功率平衡图分析某些动力性问题,更为方便。率平衡图分析某些动力性问题,更为方便。汽车的功率平衡图是,在

    48、以汽车行驶速度为汽车的功率平衡图是,在以汽车行驶速度为横坐标,以功率为纵坐标的坐标系内,将发横坐标,以功率为纵坐标的坐标系内,将发动机功率动机功率 ,及汽车在平直良好路面上等,及汽车在平直良好路面上等速行驶时所遇到的阻力功率速行驶时所遇到的阻力功率 对车对车速的关系曲线绘出而得到的,见下图。速的关系曲线绘出而得到的,见下图。也就是汽车行驶过程中经常遇也就是汽车行驶过程中经常遇到的阻力所消耗的功率。到的阻力所消耗的功率。ePwfTPP 1wfTPP 1汽车的功率平衡图汽车的功率平衡图 绘制汽车功率平衡图的方法和步骤如下:绘制汽车功率平衡图的方法和步骤如下:(1)(1)绘制发动机功率绘制发动机功率

    49、 与车速与车速 的关系曲线的关系曲线 将发动机的外特性曲线将发动机的外特性曲线 曲线转化为曲线转化为 ,便可在便可在 坐标系内绘出发动机的功率坐标系内绘出发动机的功率 与车与车速速 的关系曲线,利用下式将发动机转速的关系曲线,利用下式将发动机转速 换算换算成车速成车速 。对应于汽车变速器的每一个档位,可以绘出一条发对应于汽车变速器的每一个档位,可以绘出一条发动机功率动机功率 曲线。所以变速器有几个档位,便曲线。所以变速器有几个档位,便有几条发动机功率曲线。有几条发动机功率曲线。由图可以看出,由图可以看出,曲线在不同的档位下所对应的曲线在不同的档位下所对应的速度区间也不同,档位越高,车速越高,速

    50、度区间速度区间也不同,档位越高,车速越高,速度区间也越宽。但发动机功率也越宽。但发动机功率 的起始值,终点值及最大的起始值,终点值及最大值是一致的。值是一致的。ePau nfPeaeufP aeuP ePaunauhkmiinruga/,377.00aeuP aeuP eP(2)汽车等速行驶阻力功率曲线的绘制。曲线在低速范围内是一直线,在高速曲线在低速范围内是一直线,在高速范围内,由于范围内,由于 是是 的一次函数,的一次函数,是是 的二的二次函数,次函数,是是 的三次函数,的三次函数,与与 叠加后,叠加后,阻力功率阻力功率 曲线是一条斜率越来越大曲线是一条斜率越来越大的曲线。可见,高速行驶时

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