汽车工程学-2-4-汽车行驶受力分析课件.ppt

1、1 本节将通过作图法确定汽车动力性指标。本节将通过作图法确定汽车动力性指标。第三节 汽车的驱动力行驶阻力平衡图与动力特性图2jiwftFFFFF第三节 汽车的驱动力行驶阻力平衡图与动力特性图 在驱动力图的在驱动力图的基础上，画出基础上，画出Ff+FW=f(ua)就是驱就是驱动力行驶阻力平衡动力行驶阻力平衡图。图。一、驱动力行驶阻力平衡图FfFf+FW3FfFf+FWuamax第三节 汽车的驱动力行驶阻力平衡图与动力特性图au最高车速行驶时最高车速行驶时Fi=0Fj=0Ft=Ff+Fw发动机以部分发动机以部分负荷工作即可负荷工作即可思考思考 当当Ff+FW与与Ft5没有没有交点时，如何确定最高交

2、点时，如何确定最高车速？此时对应的发动车速？此时对应的发动机工况如何？机工况如何？1.确定uamax4uamax=205km/h奥迪奥迪A4 轿车驱动力轿车驱动力行驶阻力平衡图行驶阻力平衡图1a/(km h)u5)(1ddwftFFFmtu 由驱动力由驱动力行行驶阻力平衡图可以驶阻力平衡图可以做出加速度曲线。做出加速度曲线。第三节 汽车的驱动力行驶阻力平衡图与动力特性图Fi=02.确定加速时间t6uatd1d Auauattuuuutd16.31d1da2a1210第三节 汽车的驱动力行驶阻力平衡图与动力特性图思考：从图中看，在什思考：从图中看，在什么时候换挡可以使加速么时候换挡可以使加速时间

3、最短？时间最短？由加速度曲线由加速度曲线做加速度倒数曲线，做加速度倒数曲线，再积分，即可求出再积分，即可求出加速时间。加速时间。7第三节 汽车的驱动力行驶阻力平衡图与动力特性图uatd1d 2a21a10111ddd3.6tuuuuttuuAaa 由加速度曲线由加速度曲线做加速度倒数曲线，做加速度倒数曲线，再积分，即可求出再积分，即可求出加速时间。加速时间。思考：从图中看，在什思考：从图中看，在什么时候换挡可以使加速么时候换挡可以使加速时间最短？时间最短？8第三节 汽车的驱动力行驶阻力平衡图与动力特性图 积分时可积分时可以将积分区域以将积分区域划分成若干个划分成若干个小区间，采用小区间，采用图

4、解积分的方图解积分的方法求面积和。法求面积和。9第三节 汽车的驱动力行驶阻力平衡图与动力特性图直接挡加速直接挡加速挡原地起步换挡加速挡原地起步换挡加速计算得到的加速度曲线计算得到的加速度曲线所用时间较短所用时间较短100ddtu)(wftiFFFF15.21cossin2aDT0gtqAuCGfriiTGGFFF)(arcsinwft第三节 汽车的驱动力行驶阻力平衡图与动力特性图3.确定最大爬坡度imax11第三节 汽车的驱动力行驶阻力平衡图与动力特性图 由驱动力由驱动力行驶行驶阻力平衡图和阻力平衡图和 i=tan可以做出爬坡度图。可以做出爬坡度图。tfw()arcsinFFFG 12jwif

5、tFFFFFtguGFFddwtGFFDwtD动力因数。动力因数。第三节 汽车的驱动力行驶阻力平衡图与动力特性图二、动力特性图思考：动力因数能否反映汽思考：动力因数能否反映汽车动力性的好坏？已知哪些车动力性的好坏？已知哪些参数可做出动力特性图？参数可做出动力特性图？13f第三节 汽车的驱动力行驶阻力平衡图与动力特性图uamax1 1）计算最高车速0ddtu0ifD 由动力特性图确定动力性评价指标由动力特性图确定动力性评价指标tguDddtguifdd140ddtufDi 由动力特性曲线，即可做出各挡的爬坡度图。由动力特性曲线，即可做出各挡的爬坡度图。第三节 汽车的驱动力行驶阻力平衡图与动力特性

6、图2）计算爬坡度 挡工作时，爬坡度较大，此时以挡工作时，爬坡度较大，此时以 imaxD1maxf 计算的误差也较大，可以用下式计算计算的误差也较大，可以用下式计算222max1max1max11arcsinffDfD1maxmaxmaxcossinDfmax2maxsin1cos150i)(ddfDgtu 计算加速度的倒数，并做出加速度倒数曲线，图解积计算加速度的倒数，并做出加速度倒数曲线，图解积分即可计算加速时间。分即可计算加速时间。第三节 汽车的驱动力行驶阻力平衡图与动力特性图做出加速度曲线做出加速度曲线3）计算加速时间16下一节下一节第三节 汽车的驱动力行驶阻力平衡图与动力特性图本节内容

7、结束本节内容结束17第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率 本节将介绍附着力、附着条件、附着率等基本概本节将介绍附着力、附着条件、附着率等基本概念，分析汽车在纵向坡道上加速上坡时的受力念，分析汽车在纵向坡道上加速上坡时的受力，确，确定汽车在不同行驶条件下的附着率。定汽车在不同行驶条件下的附着率。18路面条件路面条件附着系数附着系数干沥青路面干沥青路面0.70.8湿沥青路面湿沥青路面0.50.6干燥的碎石路干燥的碎石路0.60.7干土路干土路0.50.6湿土路湿土路0.20.4滚压后的雪路滚压后的雪路0.20.3maxXZFFFF1.附着力附着系数，附着系数，与路面与路面和轮胎都有关。和轮胎都

8、有关。地面对轮胎切向反作地面对轮胎切向反作用力的极限值（最大值）用力的极限值（最大值）即为附着力。即为附着力。FZ地面作用在车轮上地面作用在车轮上的法向反力；的法向反力；第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率一、汽车行驶的附着条件常见路面的常见路面的平均平均附着系数附着系数思考：为什么汽车在湿土路上容思考：为什么汽车在湿土路上容易出现打滑现象？易出现打滑现象？19思考思考 光面胎和带花纹的轮胎在光面胎和带花纹的轮胎在干燥硬路面上的附着系数有何干燥硬路面上的附着系数有何不同？不同？轮胎花纹起什么作用？轮胎花纹起什么作用？第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率胎面与胎面与 的关系？的关系？20

9、第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率21F1方程式赛车在不同天气条件下方程式赛车在不同天气条件下使用的不同胎面花纹的轮胎使用的不同胎面花纹的轮胎第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率22 胎面的四道沟槽减小了车轮和地面间的有效接地面积，胎面的四道沟槽减小了车轮和地面间的有效接地面积，使车轮的附着力下降，汽车的车速得以控制。使车轮的附着力下降，汽车的车速得以控制。第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率23第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率则产生滑转现象，若轮胎与地面的附着条件ZxZxFFFFFmaxdtddtdIw22ZF2fT2pFdtdum22W2xFtT0FAdhensive

10、 force2.附着条件24222ftZXFFrTT22ZXFF后轮驱动时，附着条件是后轮驱动时，附着条件是附着条件：地面作用在驱动轮上的切向反力小于驱动附着条件：地面作用在驱动轮上的切向反力小于驱动轮的附着力。轮的附着力。驱动轮上的切向反力主要与哪些因素有关？其驱动轮上的切向反力主要与哪些因素有关？其大小可否通过驾驶员合理控制？大小可否通过驾驶员合理控制？第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率2.附着条件思考思考2522ZXFF令令后轮驱动汽车的附着条件后轮驱动汽车的附着条件也可以表达为也可以表达为222ZXFFCC 2后轮驱动汽车驱动后轮驱动汽车驱动轮的轮的附着率；附着率；3.附着率第四

11、节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率由附着条件可得由附着条件可得前轮驱动时，附着条件是前轮驱动时，附着条件是令令111ZXFFC11ZXFFC 1前轮驱动汽车驱动前轮驱动汽车驱动轮的轮的附着率；附着率；前轮驱动汽车的附着条件前轮驱动汽车的附着条件也可以表达为也可以表达为1C附着率越小或路面附着系数越大附着率越小或路面附着系数越大，附着条件越容易满足。，附着条件越容易满足。2C26第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率路面附着系数低时车轮会出现滑转（路面附着系数低时车轮会出现滑转（视频视频）27 前轮驱动时，前轮驱动时，如果如果FX1小、小、FZ1大、大、小，附着条件小，附着条件容易得到满足。

12、容易得到满足。FX1小小1C第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率 路面条件好，车速低，路面条件好，车速低，Ff 小；行驶车速低，小；行驶车速低，Fw 小；路面平坦，小；路面平坦，Fi 小；不急加速，小；不急加速，Fj 小。小。什么什么路面路面条件下条件下，附着条附着条件不易满足？件不易满足？湿滑路面、冰雪湿滑路面、冰雪路面、沙地等。路面、沙地等。当路面有积雪时当路面有积雪时，起步用起步用高挡好还是用低挡好？高挡好还是用低挡好？用高挡轻踩加速用高挡轻踩加速踏板起步较好。踏板起步较好。汽车在什么汽车在什么工况工况下工作下工作，附着条件会不易满足？附着条件会不易满足？起步急加速。起步急加速。解释

13、为什么？解释为什么？2822f2rt2/ZXFrTTTF解决方案解决方案 装用装用TCS（ASR）驱动力控制系统，通过对驱驱动力控制系统，通过对驱动轮作用制动力矩控制起步过程的动轮作用制动力矩控制起步过程的FX2。进而减少燃油喷射量进而减少燃油喷射量第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率 起步过程中，驱动轮的严重滑转会加剧轮胎的磨损。起步过程中，驱动轮的严重滑转会加剧轮胎的磨损。29maxXFsiniGF cosGiFF只有才有可能爬上坡道sincosGG1o100%45i 即 ，越野车如何爬上越野车如何爬上100的坡道？的坡道？8.0max越野汽车爬坡时越野汽车爬坡时即只有附着系数大于即只

14、有附着系数大于1时，才有可能爬上时，才有可能爬上100%的坡道。的坡道。思考思考第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率F30 此时必须依靠越野轮胎花纹的抓地性，并与良好此时必须依靠越野轮胎花纹的抓地性，并与良好的路面相配合，才能提高附着系数。的路面相配合，才能提高附着系数。第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率31二、汽车的附着力与地面法向反作用力 汽车在加速上坡时，附着条件不易满足。汽车在加速上坡时，附着条件不易满足。以下将在此工况下，分析路面作用在车轮上的法向以下将在此工况下，分析路面作用在车轮上的法向力力FZ和切向力和切向力FX。第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率32cosdd

15、sincoscosddsincos2w2202f2wgg21w2202f2wgg1LrfGFtuLriiILrILhgGLhLaGFLrfGFtuLriiILrILhgGLhLbGFZgZZgZ第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率33sincosg1sLhLbGFZsincosg2sLhLaGFZ 主要与质心位置主要与质心位置及坡度角有关。及坡度角有关。（1）静态轴荷的法向反作用力（2）动态分量tuLriiIGgLrIGgLhgGFgZdd2202f2wg1dtuLriiIGgLrIGgLhgGFgZdd2202f2wg2d 思考：汽车加速前进思考：汽车加速前进时时，前后轮的垂直载荷前后轮

16、的垂直载荷发生什么变化？发生什么变化？第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率34加速时加速时后驱车容易满足后驱车容易满足附着条件附着条件跑车大多采用后轮驱动跑车大多采用后轮驱动思考：加速时思考：加速时，前驱车还是后驱车容易满足附着条件？前驱车还是后驱车容易满足附着条件？保时捷保时捷911双座跑车采用双座跑车采用后置式发动机后置式发动机后轮驱动。后轮驱动。第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率35 绝大多数双座跑车采用中置发动机后轮驱动。绝大多数双座跑车采用中置发动机后轮驱动。第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率思考：要想使发动机转矩得到充分发挥思考：要想使发动机转矩得到充分发挥，又满足

17、附又满足附着条件着条件，最理想的驱动方式是什么？最理想的驱动方式是什么？四轮驱动四轮驱动36高级轿车高级轿车自重大，自重大，Ff大；车速高，车体大，大；车速高，车体大，FW大；大；发动机排量大，发动机排量大，Ft大。大。思考：什么车型适合用四轮驱动？思考：什么车型适合用四轮驱动？超级跑车超级跑车车速高，车速高，FW大；发动机排量大大；发动机排量大，Ft大。大。越野车越野车道路条件差，附着系数小。道路条件差，附着系数小。重型货车重型货车自重大，自重大，Ff大，道路条件差，附着系数小。大，道路条件差，附着系数小。第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率372rLf1w21uACFZ2rLr2w21

18、uACFZCLf前空气升力系数；前空气升力系数；CLr后空气升力系数。后空气升力系数。第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率（3）空气升力38第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率39第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率40第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率41地面法向反作用力（4）滚动阻力偶矩产生的部分此项较小，可以忽略不计此项较小，可以忽略不计f1cosZrfFGL cosf2LrfGFZ忽略旋转质量惯性阻力偶矩和滚动阻力偶矩之后忽略旋转质量惯性阻力偶矩和滚动阻力偶矩之后tuLhgGFFFtuLhgGFFFZZZZZZddddg2w2s2g1w1s1第四节 汽车行驶的附着条件

19、与汽车的附着率42三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力 切向反作用力最大值出现在汽车加速爬坡的工况，切向反作用力最大值出现在汽车加速爬坡的工况，以下将在此工况下进行分析。以下将在此工况下进行分析。第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率43 将整车分解为车身、驱动轮（前轮）、从动轮（后轮）三部分，分别分析其受力。将整车分解为车身、驱动轮（前轮）、从动轮（后轮）三部分，分别分析其受力。第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率4422w22psinddXFGtumF2jw2f2TTrFXrTrTFX2jw2f22f2FFXtumGFFddsin22w2f2p第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率

20、Tjw2很小，忽略不计很小，忽略不计45tumWFFFddsinBBw2p1ptummGWFFFdd)(sin)(2B2wBw2f1p代入得代入得第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率tumGFFddsin22w2f2p将将46tumGFFXddsin11w1p1tumGFFFXddsinw2f1将将 代入得代入得jiw2fFFFF注意注意 与与Fj的区别的区别jF第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率当汽车由前轮驱动时当汽车由前轮驱动时jiw2f1FFFFFXjiw1f2FFFFFX同理可得：同理可得：当汽车由后轮驱动时当汽车由后轮驱动时tummGWFFFdd)(sin)(2B2wBw2

21、f1p47四、附着率汽车直线行驶状况下，充分发挥驱动力作用时要求的汽车直线行驶状况下，充分发挥驱动力作用时要求的最低附着系数。最低附着系数。1.加速、上坡行驶时的附着率1）后轮驱动汽车f1wij22g2s2w2ddXZZZFFFFFChGuFFFg Lt第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率48ij2gs2ddZFFChGuFg Lt11dcosduqigt令令忽略空气阻力和滚动阻力忽略空气阻力和滚动阻力q包含加速阻力在内的等效坡度。包含加速阻力在内的等效坡度。第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率2gqChaqLL 为加速上坡行驶时要求的地面附为加速上坡行驶时要求的地面附着系数。当在一定

22、附着系数的路面上行驶着系数。当在一定附着系数的路面上行驶时，汽车能通过的最大等效坡度为时，汽车能通过的最大等效坡度为q。g1a LqhL2Csincosg2sLhLaGFZtugiLhLatugidd1cos1dd1cos1g将将代入代入491gqChbqLLg1b LqhL2）前轮驱动汽车2gqChaqLL当汽车由后轮驱动时当汽车由后轮驱动时同理可得，当汽车由前轮驱动时同理可得，当汽车由前轮驱动时第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率思考：如果思考：如果a=b，哪种驱动方式的哪种驱动方式的等效坡度更大？等效坡度更大？g1a LqhL50t2t12tTTT驱动方式或驱动方式或车型车型前轮驱动

23、前轮驱动0后轮驱动后轮驱动1Audi0.5BMW325i0.63M.B.4Matic0.653）四轮驱动汽车令后轴的转矩分配系数为令后轴的转矩分配系数为第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率51)dd1(sin)1(1tugGFX)dd1(sin2tugGFXqLhLbqCg)1(1qLhLaqCg2 通常前、后驱动轮的附着率不相等，汽车的等效坡度受附着率较大通常前、后驱动轮的附着率不相等，汽车的等效坡度受附着率较大驱动轮的限制。驱动轮的限制。LhLbqg1LhLaqg21CC若21CC若第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率 等效坡度一定时，如果前轮附着率较大，前驱动轮的驱动力将先达等效

24、坡度一定时，如果前轮附着率较大，前驱动轮的驱动力将先达到地面附着力而滑转，后驱动轮驱动力也保持在前轮刚开始滑转时的数到地面附着力而滑转，后驱动轮驱动力也保持在前轮刚开始滑转时的数值不再增加。值不再增加。52tugGGGddsincosq如果前、后轮驱动力可以通过自动调节同时达到附着力极限如果前、后轮驱动力可以通过自动调节同时达到附着力极限第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率即即53第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率思考：如果路面附着系数思考：如果路面附着系数 ，两种轿车两种轿车1 1挡的动挡的动力性可否得到充分发挥？力性可否得到充分发挥？70.加速加速 爬坡爬坡540i令0ddtuf

25、1w2s2w2ZZFFCFF2.高速行驶时的附着率第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率f1wij22g2s2w2ddXZZZFFFFFChGuFFFg Lt55 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，附着率按车速的平方关系增大。因此，附着率 随车速的提高而急剧增大，随车速的提高而急剧增大，附着条件不易满足。附着条件不易满足。2C第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率思考：高速轿车该如何解决附着率过大的问题？思考：高速轿车该如何解决附着率过大的问题？56第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率本节内容结束下一节下一节