大学精品课件:第二章 汽车的动力性.ppt
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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
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