第2课-汽车总体受力分析课件.ppt

1、1汽车拖拉机学汽车拖拉机学第八章第八章 汽车拖拉机的总体动力学汽车拖拉机的总体动力学第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受力分析QQ：1607357229鲁植雄鲁植雄 教授教授汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受力分析2第八章第八章 汽车拖拉机汽车拖拉机总体动力学总体动力学本章内容安排本章内容安排第第1 1课课 车辆行驶原理车辆行驶原理第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受力分析第第3 3课课 拖拉机拖拉机及其机组总体受力分析及其机组总体受力分析汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件3本节课的主要内容本节课的主要内容一、汽车行驶方程式一、汽车行驶方程式二

2、、车轮地面法向反作用力二、车轮地面法向反作用力三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力四、附着率四、附着率第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受力分析第八章第八章 汽车拖拉机汽车拖拉机总体动力学总体动力学汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件4第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受力分析第八章第八章 汽车拖拉机汽车拖拉机总体动力学总体动力学jiwftFFFFFFFtdtdumGuACfGriiTaDTgtqsin15.21cos20一、汽车行驶方程式一、汽车行驶方程式 此公式表明了汽车行驶时驱动力和行驶阻力平衡关系的普遍情况。此公式表明了汽车行驶时驱动力和行驶

3、阻力平衡关系的普遍情况。 当发动机的转速特性、变速器的传动比、主减速比、传动效率、车轮半径、空当发动机的转速特性、变速器的传动比、主减速比、传动效率、车轮半径、空气阻力系数、汽车迎风面积以及汽车质量等初步确定后或已知，便可利用此式气阻力系数、汽车迎风面积以及汽车质量等初步确定后或已知，便可利用此式分析在附着性能良好的典型路面（混泥土、沥青路面）上的行驶能力，分析在附着性能良好的典型路面（混泥土、沥青路面）上的行驶能力， 即确定汽车的最高车速、加速能力和爬坡能力。即确定汽车的最高车速、加速能力和爬坡能力。 汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件5第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受力分析第八章第

4、八章 汽车拖拉机汽车拖拉机总体动力学总体动力学一、汽车行驶方程式一、汽车行驶方程式用图解法来分析汽车行驶方程式用图解法来分析汽车行驶方程式图上画出图上画出3种曲线种曲线: 各挡的驱动力与车速的关系曲线各挡的驱动力与车速的关系曲线 滚动阻力与车速的关系曲线滚动阻力与车速的关系曲线 滚动阻力和空气阻力叠加后得到滚动阻力和空气阻力叠加后得到的行驶阻力与车速的关系曲线曲的行驶阻力与车速的关系曲线曲线。线。 某具有五挡变速器汽车的驱动力某具有五挡变速器汽车的驱动力行驶阻力平衡行驶阻力平衡图图汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件6第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受力分析第八章第八章 汽车拖拉机汽车拖拉

5、机总体动力学总体动力学一、汽车行驶方程式一、汽车行驶方程式1. 确定最高车速确定最高车速u 最高车速是指在最高车速是指在水平水平良好的路面（混泥土或良好的路面（混泥土或沥青路）上能达到的最高稳定行驶车速。沥青路）上能达到的最高稳定行驶车速。 加速阻力加速阻力 =0, 坡道阻力坡道阻力 =0此时，此时， 行驶阻力行驶阻力=滚动阻力滚动阻力+空气阻力空气阻力 驱动力驱动力=行驶阻力行驶阻力显然，曲线显然，曲线 与与 曲线的交点便是曲线的交点便是 ,175km/h5tFmaxau)(fwFF 汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件7第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受力分析第八章第八章 汽车拖拉机汽

6、车拖拉机总体动力学总体动力学一、汽车行驶方程式一、汽车行驶方程式1. 确定最高车速确定最高车速n 当车速最高车速时，驱动力行驶阻力。当车速最高车速时，驱动力行驶阻力。汽车就可以利用剩下来的驱动力来加速或爬汽车就可以利用剩下来的驱动力来加速或爬坡。坡。n 当需要中速或低速行驶时，驾驶员可以关小当需要中速或低速行驶时，驾驶员可以关小节流阀开度（图中虚线），此时发动机只用节流阀开度（图中虚线），此时发动机只用部分负荷特性工作，相应地得到虚线所示驱部分负荷特性工作，相应地得到虚线所示驱动力曲线以使汽车达到新的平衡。动力曲线以使汽车达到新的平衡。 汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件8第第2 2课课 汽车总

7、体受力分析汽车总体受力分析第八章第八章 汽车拖拉机汽车拖拉机总体动力学总体动力学一、汽车行驶方程式一、汽车行驶方程式2.确定汽车的加速能力确定汽车的加速能力u 汽车的加速能力可用它在汽车的加速能力可用它在水平良好水平良好路面上行驶路面上行驶时能产生的加速度来评价，但因加速度的数值时能产生的加速度来评价，但因加速度的数值不易测量，一般常用不易测量，一般常用加速时间加速时间来表明汽车的加来表明汽车的加速能力速能力 利用汽车行驶方程式求汽车的加速时间利用汽车行驶方程式求汽车的加速时间 设设Fi0 根据驱动力根据驱动力行驶阻力平衡图行驶阻力平衡图,以及上述公式以及上述公式,可计算得到各挡油门全开时的加

8、速度曲线可计算得到各挡油门全开时的加速度曲线 各挡油门全开时的加速度曲线各挡油门全开时的加速度曲线)(1wftFFFmdtdu汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件9第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受力分析第八章第八章 汽车拖拉机汽车拖拉机总体动力学总体动力学一、汽车行驶方程式一、汽车行驶方程式根据加速度图可以进一步求出由某一车速根据加速度图可以进一步求出由某一车速u1加速至另较高车速加速至另较高车速u2所需的时间。所需的时间。 由运动学可知由运动学可知 即加速时间可用计算机进行积分或用图解积分法求出。用图解积分法时即加速时间可用计算机进行积分或用图解积分法求出。用图解积分法时:将将 转化成

9、转化成 曲线，曲线下两个速度区间的面积就是通过此曲线，曲线下两个速度区间的面积就是通过此速度区间的加速时间；速度区间的加速时间；常将速度区间常将速度区间(常取常取5km/h为一间隙为一间隙)分为若干间隔，分为若干间隔，通过确定面积通过确定面积1 1、2 2、，来计算（总）加速时间，来计算（总）加速时间加速度倒数曲线加速度倒数曲线加速换挡时刻的确定加速换挡时刻的确定:l 为了获得最短加速时间，应在为了获得最短加速时间，应在交点对应车速由交点对应车速由挡换挡换挡挡l 若若挡和挡和加速度倒数曲线不加速度倒数曲线不相交，则应在相交，则应在I挡加速行驶至发挡加速行驶至发动机转速达到最高转速时换入动机转速

10、达到最高转速时换入挡。挡。 duadt1Aduadttuut1210aua aua1汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件10第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受力分析第八章第八章 汽车拖拉机汽车拖拉机总体动力学总体动力学一、汽车行驶方程式一、汽车行驶方程式()itfwFFFF3.确定汽车的爬坡能力确定汽车的爬坡能力 汽车的爬坡能力是指汽车在良好路面上克服汽车的爬坡能力是指汽车在良好路面上克服 后的余力全部用来克服坡度阻力时能爬上的坡度后的余力全部用来克服坡度阻力时能爬上的坡度（汽车等速行驶）（汽车等速行驶）()arcsintfwFFFGsin()itfwFGFFF tani利用汽车的驱动力利

11、用汽车的驱动力行驶阻力平衡图可求行驶阻力平衡图可求出爬坡图出爬坡图.汽车最大爬坡度汽车最大爬坡度为为I挡时的最大爬坡度挡时的最大爬坡度 。 0dtdumaxi)(fwFF 汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件11第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受力分析第八章第八章 汽车拖拉机汽车拖拉机总体动力学总体动力学假设：假设： 发动机横置后驱（前驱、发动机横置后驱（前驱、4驱）驱） 加速上坡加速上坡 坡道阻力和加速阻力作用在汽车质心上坡道阻力和加速阻力作用在汽车质心上 空气阻力作用在汽车风压中心空气阻力作用在汽车风压中心 滚动阻力：滚动阻力：Tf1、Tf2、Fz1、Fz2 加速阻力：加速阻力：mdu

12、/dt、Tj1、Tj2、Tje 坡道阻力：坡道阻力：Gsin 空气阻力：空气阻力：Fw 重力重力:G二、车轮地面法向反作用力二、车轮地面法向反作用力汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件12第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受力分析第八章第八章 汽车拖拉机汽车拖拉机总体动力学总体动力学若将作用在汽车上诸力对后轮与道路接触面中心取力矩，则若将作用在汽车上诸力对后轮与道路接触面中心取力矩，则前前轮的地面法向反力轮的地面法向反力：LhFTdtdumhGhfrbGFwwjggZsin)(cos121jjjTTT滚动阻力偶矩：滚动阻力偶矩：Tf=Tf1+Tf2=Gcos fr二、车轮地面法向反作用力二、

13、车轮地面法向反作用力汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件13第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受力分析第八章第八章 汽车拖拉机汽车拖拉机总体动力学总体动力学二、车轮地面法向反作用力二、车轮地面法向反作用力若将作用在汽车上诸力对前轮与道路接触面中心取力矩，则若将作用在汽车上诸力对前轮与道路接触面中心取力矩，则后轮的地面法向反力后轮的地面法向反力LhFTdtdumhGhfraGFwwjggZsin)(cos221jjjTTT滚动阻力偶矩：滚动阻力偶矩：Tf=Tf1+Tf2=Gcos fr汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件14第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受力分析第八章第八章 汽车拖拉机汽

14、车拖拉机总体动力学总体动力学LhFTdtdumhGhfrbGFwwjggZsin)(cos1LhFTdtdumhGhfraGFwwjggZsin)(cos2wgZFdtdumGLhLbGFsin1wgZFdtdumGLhLaGFsin2二、车轮地面法向反作用力二、车轮地面法向反作用力汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件15第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受力分析第八章第八章 汽车拖拉机汽车拖拉机总体动力学总体动力学wgZFdtdumGLhLbGFsin1wgZFdtdumGLhLaGFsin2u 前一项前一项：为汽车水平静止不动时前、后轴上的静载荷；为汽车水平静止不动时前、后轴上的静载荷；

15、u 后一项后一项：为行驶中产生的动载荷。为行驶中产生的动载荷。u 动动载载荷随坡度、速度和加速度的增加而增大。当汽车利用其极限荷随坡度、速度和加速度的增加而增大。当汽车利用其极限附着力以高速、高加速度通过大坡度行驶时，动载荷的绝对值也附着力以高速、高加速度通过大坡度行驶时，动载荷的绝对值也达到最大值。达到最大值。dtduLhgGuACLhLbGFgrLfgZ2121)sincos(dtduLhgGuAC)sinLhcosLa(GFgrLrgZ2221二、车轮地面法向反作用力二、车轮地面法向反作用力汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件16第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受力分析第八章第八章

16、汽车拖拉机汽车拖拉机总体动力学总体动力学三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力u 以前轮驱动汽车为例，以前轮驱动汽车为例，u 分析从动轮、驱动轮与车身分析从动轮、驱动轮与车身在加速过程中的受力在加速过程中的受力汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件17第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受力分析第八章第八章 汽车拖拉机汽车拖拉机总体动力学总体动力学三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件18第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受力分析第八章第八章 汽车拖拉机汽车拖拉机总体动力学总体动力学三、作用

17、在驱动轮上的地面切向反作用力三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力1.求从动轮上的地面切向反作用力求从动轮上的地面切向反作用力FX2 由从动轮的转矩平衡条件由从动轮的转矩平衡条件汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件19第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受力分析第八章第八章 汽车拖拉机汽车拖拉机总体动力学总体动力学三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力2. 求从动轴作用在从动轮的平行于路面的力求从动轴作用在从动轮的平行于路面的力Fp2 由从动轮的切向力平衡条件由从动轮的切向力平衡条件汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件20第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受力

18、分析第八章第八章 汽车拖拉机汽车拖拉机总体动力学总体动力学三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力3. 求驱动轴作用在驱动轮的平行于路面的力求驱动轴作用在驱动轮的平行于路面的力Fp1 由车身的切向力平衡条件由车身的切向力平衡条件汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件21第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受力分析第八章第八章 汽车拖拉机汽车拖拉机总体动力学总体动力学三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力4.求驱动轮上的地面切向反作用力求驱动轮上的地面切向反作用力FX1 由驱动轮的切向力平衡条件由驱动轮的切向力平衡条件汽车拖拉机学汽

19、车拖拉机学课件课件22第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受力分析第八章第八章 汽车拖拉机汽车拖拉机总体动力学总体动力学三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力5.同理，若同理，若后轮后轮驱动，作用在驱动轮驱动，作用在驱动轮上的地面切向反作用力上的地面切向反作用力FX2，根据上述根据上述分析可求出分析可求出汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件23第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受力分析第八章第八章 汽车拖拉机汽车拖拉机总体动力学总体动力学四、附着率四、附着率u 附着率是指汽车直线行驶状况下，充分发挥驱动力作用时要求的附着率是指汽车直线行驶状况下，充分发挥

20、驱动力作用时要求的最低附着系数。最低附着系数。u 驱动轮附着率计算方法驱动轮附着率计算方法：驱动轮的地面切向反力于法向反力之比：驱动轮的地面切向反力于法向反力之比u 不同的直线行驶工况，要求的最低附着系数是不一样的。不同的直线行驶工况，要求的最低附着系数是不一样的。u 在较低行驶车速下，用低速挡加速或上坡行驶，驱动轮发出的驱在较低行驶车速下，用低速挡加速或上坡行驶，驱动轮发出的驱动力大，要求的动力大，要求的(最低最低)附着系数大。附着系数大。u 在水平路段上以极高车速行驶时，要求的附着系数也大。在水平路段上以极高车速行驶时，要求的附着系数也大。汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件24第第2 2课课

21、 汽车总体受力分析汽车总体受力分析第八章第八章 汽车拖拉机汽车拖拉机总体动力学总体动力学四、附着率四、附着率1加速、上坡行驶时的附着率加速、上坡行驶时的附着率根据上面求得的前、后轴地面法向反作用力与驱动轮地面切向反作用根据上面求得的前、后轴地面法向反作用力与驱动轮地面切向反作用力，可以确定前驱动轮或后驱动轮的附着率力，可以确定前驱动轮或后驱动轮的附着率.（1）对于后轮驱动汽车，其后驱动轮的附着率为）对于后轮驱动汽车，其后驱动轮的附着率为 dtduLhgGFFFFFFFFCgZwZsjiwfZX221222wgZFdtdumGLhLbGFsin1wgZFdtdumGLhLaGFsin2汽车拖拉机

22、学汽车拖拉机学课件课件25第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受力分析第八章第八章 汽车拖拉机汽车拖拉机总体动力学总体动力学四、附着率四、附着率 在加速、上坡时，主要在加速、上坡时，主要的行驶阻力为加速阻力与坡的行驶阻力为加速阻力与坡度阻力，空气阻力与滚动阻度阻力，空气阻力与滚动阻力可忽略不计，故后驱动轮力可忽略不计，故后驱动轮的附着率简化为的附着率简化为 )1cos1(1cos11cos1)cossin(1cos1cossin)sincos(sin22dtdugiLhLadtdugidtduLhgLhLadtdugdtduLhgGLhLaGdtdugGGdtduLhgGFFFCggggg

23、gZsji汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件26第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受力分析第八章第八章 汽车拖拉机汽车拖拉机总体动力学总体动力学四、附着率四、附着率（2）对于前轮驱动汽车）对于前轮驱动汽车 同理可以求得前轮驱动汽车的前驱动轮附着率为同理可以求得前轮驱动汽车的前驱动轮附着率为 dtduLhgGFFFFFFFFCgZwZsjiwfZX112111dtdugiq1cos1qLhLbqCg1汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件27第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受力分析第八章第八章 汽车拖拉机汽车拖拉机总体动力学总体动力学四、附着率四、附着率（3）附着率曲线）附着率曲线l挡加速

24、时最大的挡加速时最大的C2值为值为0.64，在，在=0.7的良好路面上汽车可以全力加速行驶。的良好路面上汽车可以全力加速行驶。l但从图但从图b中却可看出，在中却可看出，在=0.7的路面上，的路面上，该车该车挡挡(节气门全开时节气门全开时)的爬坡能力基本的爬坡能力基本上是无法实现的。上是无法实现的。l不过不过挡的最大挡的最大C2值为值为0.45，相应的爬坡，相应的爬坡度达度达23，远大于四级公路在山岭重丘区，远大于四级公路在山岭重丘区的最大纵向坡度的最大纵向坡度9。l所以，该车在良好路面上的附着性能仍是所以，该车在良好路面上的附着性能仍是令人满意的。令人满意的。汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件2

25、8第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受力分析第八章第八章 汽车拖拉机汽车拖拉机总体动力学总体动力学四、附着率四、附着率2高速行驶时的附着率高速行驶时的附着率汽车在良好道路上高速行驶时，道路的坡度与汽车加速度均很小。汽车在良好道路上高速行驶时，道路的坡度与汽车加速度均很小。令令0, 0dtdui高速行驶时后轮驱动汽车的后驱动轮附着率为高速行驶时后轮驱动汽车的后驱动轮附着率为dtduLhgGFFFFFFFFCgZwZsjiwfZX221222忽略坡度阻力和加速阻力忽略坡度阻力和加速阻力2212ZwZswfFFFFC汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件29第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受

26、力分析第八章第八章 汽车拖拉机汽车拖拉机总体动力学总体动力学四、附着率四、附着率图中的法向反作用力与附着率是按三种空气升力系数求得的，即后升力系数为图中的法向反作用力与附着率是按三种空气升力系数求得的，即后升力系数为0.28、0.15与与0。由图可以看出，随着车速的增加，后轮的法向反作用力下降，而切向反作用力则按车由图可以看出，随着车速的增加，后轮的法向反作用力下降，而切向反作用力则按车速的平方关系增大。因此，附着率速的平方关系增大。因此，附着率C2随着车速的提高而急剧增大。随着车速的提高而急剧增大。图中表明，在一般车速下图中表明，在一般车速下C2值甚小，汽车完全可以正常行驶。值甚小，汽车完全

27、可以正常行驶。当车速达到当车速达到250km/h、CLr=0.28时，时，C2=0.57，附着率接近于沥青路面的附着系数。，附着率接近于沥青路面的附着系数。当车速为当车速为300km/h、CLr=0.28时，时，C2=0.99； CLr =0.15时，时，C2=0.74。这说明在极高车速下，即使是良好路面也不能满足附着性能的要求。这说明在极高车速下，即使是良好路面也不能满足附着性能的要求。汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件301.1. 推导了汽车整车的行驶方程式。推导了汽车整车的行驶方程式。2.2. 分析汽车加速上坡时所受的外力，推导出分析汽车加速上坡时所受的外力，推导出Fz1Fz1和和Fz2.

28、Fz2.3.3. 分析了汽车加速上坡时作用在驱动轮上的地面切向反作用力分析了汽车加速上坡时作用在驱动轮上的地面切向反作用力4.4. 分析了汽车附着率分析了汽车附着率小结小结第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受力分析第八章第八章 汽车拖拉机汽车拖拉机总体动力学总体动力学汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件311.名词解释名词解释：附着率：附着率2.试画出汽车加速上坡时的受力图，并写出汽车行驶方程式。试画出汽车加速上坡时的受力图，并写出汽车行驶方程式。3.试画图分析汽车从动轮和驱动轮在加速过程中的受力？试画图分析汽车从动轮和驱动轮在加速过程中的受力？4.试推导汽车加速、上坡行驶时的附着率计算公式试推导汽车加速、上坡行驶时的附着率计算公式思考题思考题第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受力分析第八章第八章 汽车拖拉机汽车拖拉机总体动力学总体动力学汽车拖拉机学汽车拖拉机学课件课件32本节内容结束本节内容结束下一讲下一讲第第3 3课课 拖拉机及其机组总体受力分析拖拉机及其机组总体受力分析第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受力分析第八章第八章 汽车拖拉机汽车拖拉机总体动力学总体动力学