1、1,汽車拖拉機學,第八章 汽車拖拉機的總體動力學 第2課 汽車總體受力分析, QQ：1607357229,魯植雄 教授,第2課 汽車總體受力分析,2,第八章 汽車拖拉機 總體動力學,2020年9月16日,本章內(nèi)容安排,第1課 車輛行駛原理 第2課 汽車總體受力分析 第3課 拖拉機及其機組總體受力分析,3,2020年9月16日,本節(jié)課的主要內(nèi)容,一、汽車行駛方程式 二、車輪地面法向反作用力 三、作用在驅(qū)動輪上的地面切向反作用力 四、附著率,第2課 汽車總體受力分析,第八章 汽車拖拉機 總體動力學,4,2020年9月16日,第2課 汽車總體受力分析,第八章 汽車拖拉機 總體動力學,一、汽車行駛方程

2、式,此公式表明了汽車行駛時驅(qū)動力和行駛阻力平衡關系的普遍情況。 當發(fā)動機的轉(zhuǎn)速特性、變速器的傳動比、主減速比、傳動效率、車輪半徑、空氣阻力系數(shù)、汽車迎風面積以及汽車質(zhì)量等初步確定后或已知，便可利用此式分析在附著性能良好的典型路面（混泥土、瀝青路面）上的行駛能力， 即確定汽車的最高車速、加速能力和爬坡能力。,5,2020年9月16日,第2課 汽車總體受力分析,第八章 汽車拖拉機 總體動力學,一、汽車行駛方程式,用圖解法來分析汽車行駛方程式 圖上畫出3種曲線: 各擋的驅(qū)動力與車速的關系曲線 滾動阻力與車速的關系曲線 滾動阻力和空氣阻力疊加后得到的行駛阻力與車速的關系曲線曲線。,某具有五擋變速器汽車

3、的驅(qū)動力行駛阻力平衡圖,6,2020年9月16日,第2課 汽車總體受力分析,第八章 汽車拖拉機 總體動力學,一、汽車行駛方程式,1. 確定最高車速 最高車速是指在水平良好的路面（混泥土或瀝青路）上能達到的最高穩(wěn)定行駛車速。 加速阻力 =0, 坡道阻力 =0 此時， 行駛阻力=滾動阻力+空氣阻力 驅(qū)動力=行駛阻力,顯然，曲線 與 曲線的交點便是 ,175km/h,7,2020年9月16日,第2課 汽車總體受力分析,第八章 汽車拖拉機 總體動力學,一、汽車行駛方程式,1. 確定最高車速 當車速最高車速時，驅(qū)動力行駛阻力。汽車就可以利用剩下來的驅(qū)動力來加速或爬坡。 當需要中速或低速行駛時，駕駛員可以

4、關小節(jié)流閥開度（圖中虛線），此時發(fā)動機只用部分負荷特性工作，相應地得到虛線所示驅(qū)動力曲線以使汽車達到新的平衡。,8,2020年9月16日,第2課 汽車總體受力分析,第八章 汽車拖拉機 總體動力學,一、汽車行駛方程式,2.確定汽車的加速能力 汽車的加速能力可用它在水平良好路面上行駛時能產(chǎn)生的加速度來評價，但因加速度的數(shù)值不易測量，一般常用加速時間來表明汽車的加速能力 利用汽車行駛方程式求汽車的加速時間 設Fi0,根據(jù)驅(qū)動力行駛阻力平衡圖,以及上述公式, 可計算得到各擋油門全開時的加速度曲線,各擋油門全開時的加速度曲線,9,2020年9月16日,第2課 汽車總體受力分析,第八章 汽車拖拉機 總體動

5、力學,一、汽車行駛方程式,根據(jù)加速度圖可以進一步求出由某一車速u1加速至另較高車速u2所需的時間。,由運動學可知,即加速時間可用計算機進行積分或用圖解積分法求出。用圖解積分法時:,將 轉(zhuǎn)化成 曲線，曲線下兩個速度區(qū)間的面積就是通過此速度區(qū)間的加速時間；常將速度區(qū)間(常取5km/h為一間隙)分為若干間隔，通過確定面積1、2、，來計算（總）加速時間,加速度倒數(shù)曲線,加速換擋時刻的確定: 為了獲得最短加速時間，應在交點對應車速由擋換擋 若擋和加速度倒數(shù)曲線不相交，則應在I擋加速行駛至發(fā)動機轉(zhuǎn)速達到最高轉(zhuǎn)速時換入擋。,10,2020年9月16日,第2課 汽車總體受力分析,第八章 汽車拖拉機 總體動力學

6、,一、汽車行駛方程式,3.確定汽車的爬坡能力 汽車的爬坡能力是指汽車在良好路面上克服 后的余力全部用來克服坡度阻力時能爬上的坡度（汽車等速行駛）,利用汽車的驅(qū)動力行駛阻力平衡圖可求出爬坡圖. 汽車最大爬坡度為I擋時的最大爬坡度 。,11,2020年9月16日,第2課 汽車總體受力分析,第八章 汽車拖拉機 總體動力學,假設： 發(fā)動機橫置后驅(qū)（前驅(qū)、4驅(qū)） 加速上坡 坡道阻力和加速阻力作用在汽車質(zhì)心上 空氣阻力作用在汽車風壓中心,滾動阻力：Tf1、Tf2、Fz1、Fz2 加速阻力：mdu/dt、Tj1、Tj2、Tje 坡道阻力：Gsin 空氣阻力：Fw 重力:G,二、車輪地面法向反作用力,12,2

7、020年9月16日,第2課 汽車總體受力分析,第八章 汽車拖拉機 總體動力學,若將作用在汽車上諸力對后輪與道路接觸面中心取力矩，則前輪的地面法向反力：,滾動阻力偶矩：Tf=Tf1+Tf2=Gcos fr,二、車輪地面法向反作用力,13,2020年9月16日,第2課 汽車總體受力分析,第八章 汽車拖拉機 總體動力學,二、車輪地面法向反作用力,若將作用在汽車上諸力對前輪與道路接觸面中心取力矩，則后輪的地面法向反力,滾動阻力偶矩：Tf=Tf1+Tf2=Gcos fr,14,2020年9月16日,第2課 汽車總體受力分析,第八章 汽車拖拉機 總體動力學,二、車輪地面法向反作用力,15,2020年9月1

8、6日,第2課 汽車總體受力分析,第八章 汽車拖拉機 總體動力學,前一項：為汽車水平靜止不動時前、后軸上的靜載荷； 后一項：為行駛中產(chǎn)生的動載荷。 動載荷隨坡度、速度和加速度的增加而增大。當汽車利用其極限附著力以高速、高加速度通過大坡度行駛時，動載荷的絕對值也達到最大值。,二、車輪地面法向反作用力,16,2020年9月16日,第2課 汽車總體受力分析,第八章 汽車拖拉機 總體動力學,三、作用在驅(qū)動輪上的地面切向反作用力,以前輪驅(qū)動汽車為例， 分析從動輪、驅(qū)動輪與車身在加速過程中的受力,17,2020年9月16日,第2課 汽車總體受力分析,第八章 汽車拖拉機 總體動力學,三、作用在驅(qū)動輪上的地面切

9、向反作用力,18,2020年9月16日,第2課 汽車總體受力分析,第八章 汽車拖拉機 總體動力學,三、作用在驅(qū)動輪上的地面切向反作用力,1.求從動輪上的地面切向反作用力FX2 由從動輪的轉(zhuǎn)矩平衡條件,19,2020年9月16日,第2課 汽車總體受力分析,第八章 汽車拖拉機 總體動力學,三、作用在驅(qū)動輪上的地面切向反作用力,2. 求從動軸作用在從動輪的平行于路面的力Fp2 由從動輪的切向力平衡條件,20,2020年9月16日,第2課 汽車總體受力分析,第八章 汽車拖拉機 總體動力學,三、作用在驅(qū)動輪上的地面切向反作用力,3. 求驅(qū)動軸作用在驅(qū)動輪的平行于路面的力Fp1 由車身的切向力平衡條件,2

10、1,2020年9月16日,第2課 汽車總體受力分析,第八章 汽車拖拉機 總體動力學,三、作用在驅(qū)動輪上的地面切向反作用力,4.求驅(qū)動輪上的地面切向反作用力FX1 由驅(qū)動輪的切向力平衡條件,22,2020年9月16日,第2課 汽車總體受力分析,第八章 汽車拖拉機 總體動力學,三、作用在驅(qū)動輪上的地面切向反作用力,5.同理，若后輪驅(qū)動，作用在驅(qū)動輪上的地面切向反作用力FX2，根據(jù)上述分析可求出,23,2020年9月16日,第2課 汽車總體受力分析,第八章 汽車拖拉機 總體動力學,四、附著率,附著率是指汽車直線行駛狀況下，充分發(fā)揮驅(qū)動力作用時要求的最低附著系數(shù)。 驅(qū)動輪附著率計算方法：驅(qū)動輪的地面切

11、向反力于法向反力之比 不同的直線行駛工況，要求的最低附著系數(shù)是不一樣的。 在較低行駛車速下，用低速擋加速或上坡行駛，驅(qū)動輪發(fā)出的驅(qū)動力大，要求的(最低)附著系數(shù)大。 在水平路段上以極高車速行駛時，要求的附著系數(shù)也大。,24,2020年9月16日,第2課 汽車總體受力分析,第八章 汽車拖拉機 總體動力學,四、附著率,1加速、上坡行駛時的附著率 根據(jù)上面求得的前、后軸地面法向反作用力與驅(qū)動輪地面切向反作用力，可以確定前驅(qū)動輪或后驅(qū)動輪的附著率. （1）對于后輪驅(qū)動汽車，其后驅(qū)動輪的附著率為,25,2020年9月16日,第2課 汽車總體受力分析,第八章 汽車拖拉機 總體動力學,四、附著率,在加速、上

12、坡時，主要的行駛阻力為加速阻力與坡度阻力，空氣阻力與滾動阻力可忽略不計，故后驅(qū)動輪的附著率簡化為,26,2020年9月16日,第2課 汽車總體受力分析,第八章 汽車拖拉機 總體動力學,四、附著率,（2）對于前輪驅(qū)動汽車 同理可以求得前輪驅(qū)動汽車的前驅(qū)動輪附著率為,27,2020年9月16日,第2課 汽車總體受力分析,第八章 汽車拖拉機 總體動力學,四、附著率,（3）附著率曲線 擋加速時最大的C2值為0.64，在=0.7的良好路面上汽車可以全力加速行駛。 但從圖b中卻可看出，在=0.7的路面上，該車擋(節(jié)氣門全開時)的爬坡能力基本上是無法實現(xiàn)的。 不過擋的最大C2值為0.45，相應的爬坡度達23

13、，遠大于四級公路在山嶺重丘區(qū)的最大縱向坡度9。 所以，該車在良好路面上的附著性能仍是令人滿意的。,28,2020年9月16日,第2課 汽車總體受力分析,第八章 汽車拖拉機 總體動力學,四、附著率,2高速行駛時的附著率汽車在良好道路上高速行駛時，道路的坡度與汽車加速度均很小。 令,高速行駛時后輪驅(qū)動汽車的后驅(qū)動輪附著率為,忽略坡度阻力和加速阻力,29,2020年9月16日,第2課 汽車總體受力分析,第八章 汽車拖拉機 總體動力學,四、附著率,圖中的法向反作用力與附著率是按三種空氣升力系數(shù)求得的，即后升力系數(shù)為0.28、0.15與0。 由圖可以看出，隨著車速的增加，后輪的法向反作用力下降，而切向反

14、作用力則按車速的平方關系增大。因此，附著率C2隨著車速的提高而急劇增大。 圖中表明，在一般車速下C2值甚小，汽車完全可以正常行駛。 當車速達到250km/h、CLr=0.28時，C2=0.57，附著率接近于瀝青路面的附著系數(shù)。 當車速為300km/h、CLr=0.28時，C2=0.99； CLr =0.15時，C2=0.74。 這說明在極高車速下，即使是良好路面也不能滿足附著性能的要求。,30,2020年9月16日,推導了汽車整車的行駛方程式。 分析汽車加速上坡時所受的外力，推導出Fz1和Fz2. 分析了汽車加速上坡時作用在驅(qū)動輪上的地面切向反作用力 分析了汽車附著率,小結(jié),第2課 汽車總體受力