汽车理论经典讲

一、概念解释 汽车使用性能 汽车应该有高运输生产率、低运 输成本、安全可靠和舒适方便的工作条件。汽 车为了适应这种工作条件，而 发挥 最大工作效益的能力叫做汽车的使用性能。汽 车的主要使用性能通常有：汽 车动力性、汽 车燃料经济性能、汽车 制动性、汽车操纵稳定性、汽车平顺性和汽车通过性能。 2 滚动阻力系数 滚动阻力系数可视为车轮在一定条件下滚动时所需的推力与车轮负荷之比，或单位汽车重力所需之推力。也就 是说，滚动阻力等于汽 车滚动阻力系数与车轮负荷的乘 积，即 r T fW F f f 。其中： f 是滚动阻力系数， f F 是 滚动阻力， W 是车轮负荷， r 是车轮滚动半径， f T 地面对车轮的滚动阻力偶矩。 3 驱动力与（车轮）制动力 汽车驱动力 t F 是发动机曲轴输出转矩经离合器、 变 速器（包括分动器）、传动轴、主减速器、差速器、半轴（及 轮边减速器）传递至车轮作用于路面的力 0 F ，而由路面 产生作用于车轮圆周上切向反作用力 t F 。习惯将 t F 称为 汽车驱动力。如果忽略轮胎和地面的变形， 则 r T F t t ， T g tq t i i T T 0 。式中， t T 为传输至驱动轮圆周的转矩； r 为 车轮半径； tq T 为汽车发动机输出转矩； g i 为变速器传动比； 0 i 主减速器传动比； T 为汽车传动系机械效率。 制动力习惯上是指汽车制动时地面作用于车轮上的与汽车行驶方向相反的地面切向反作用力 b F 。制动器 制动力 F 等于为了克服制 动器摩擦力矩而在轮胎轮缘作用的力 r T F / 。式中： T 是车轮制动器摩擦副的摩 擦力矩。从力矩平衡可得地面制动力 b F 为 F r T F b / 。地面制动力 b F 是使汽车减速的外力。它不但与制动 器制动力 F 有关，而且还受地面附着力 F 的制约。 4 汽车驱动与附着条件汽车动力性分析是从汽车最大发挥其驱动能力出发，要求汽车有足够的驱动力，以便汽 车能够充分地加速、爬 坡和实现最高车速。实际上， 轮胎传递的轮缘切向力受到接触面的制约。当 车轮驱动力 t F 超过某值（附着力 F ） 时，车轮就会滑 转。因此, 汽车的驱动附着条件，即汽 车行驶的约束条件（必要充分条件）为 F F F F F t w i f ，其中附着力 z F F ，式中， z F 接触面对车轮的法向反作用力； 为滑动附着系数。 轿 车发动机的后备功率较大。当 F F t 时， 车轮将发 生滑转现象。驱动轮发生滑转时，车轮印迹将形成类似制动 拖滑的连续或间断的黑色胎印。 5 汽车动力性及评价指标 汽车动力性，是指在良好、平直的路面上行驶时，汽车由所受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。 汽车动力性的好坏通常以汽车加速性、最高 车速及最大爬坡度等 项目作为评价指标。动力性代表了汽车行驶可 发挥的极限能力。 6 附着椭圆 汽车运动时，在 轮胎上常同时作用有侧向力与切向力。一些试验结果曲线表明，一定 侧偏角下，驱动力增加时， 侧偏力逐渐有所减小， 这是由于轮胎侧向弹性有所改 变的关系。当驱动力相当大时， 侧偏力显著下降，因 为此时 接近附着极限，切向力已耗去大部分附着力，而侧向能利用的附着力很少。作用有制 动力时，侧偏力也有相似的 变化。驱动力或制动力在不通侧偏角条件下的曲线 包络线接近于椭圆，一般称为附着椭圆。它确定了在一定附 着条件下切向力与侧偏力合力的极限值。 7 临界车速 当稳定性因素 0 K 时，横 摆角速度增益 0 K r 比中性转向时 0 K r 的大。随着 车速的增加， u S r 曲线向 上弯曲。 K 值 越小(即 K 的绝对值越大)， 过度转向量越大。当 车速为 K u cr 1 时， r 。 cr u 称为临 界车速， 是表征过度转向量的一个参数。临界车速越低， 过度转向量越大。 过度转向汽车达到临界车速时将失去 稳定性。因为 / r 趋 于无穷大时，只要极其微小的前 轮转角便会产生极大的横摆角速度。这意味着汽车的转向半径 R 极小，汽 车发 生激转而侧滑或翻车。 8 滑移（动）率 仔细观察汽车的制动过程，就会 发现轮胎胎面在地面上的印迹从 滚动到抱死是一个逐渐变化的过程。轮胎 印迹的变化基本上可分为三个阶段：第一阶段， 轮胎的印迹与 轮胎的花纹基本一致，车轮近似为单纯滚动状态， 车轮中心速度 w u 与车轮角速度 w 存在关系式 w w r u ；在第二阶段内，花 纹逐渐模糊，但是花 纹仍可辨别。此 时，轮胎除了滚动 之外，胎面和地面之间的滑动成份逐渐增加， 车轮处于边滚边滑的状态。这时，车轮 中心速度 w u 与车轮角速度 w 的关系为 w w r u ，且随着制 动强度的增加滑移成份越来越大，即 w w r u ；在第三 阶段， 车轮被完全抱死而拖滑，轮 胎在地面上形成粗黑的拖痕，此 时 0 w 。随着制 动强度的增加，车轮的滚动 成份 逐渐减少，滑动成份越来越多。一般用滑动率 s 描述制 动过程中轮胎滑移成份的多少，即 % 100 w w w u r u s 滑 动率 s 的数值代表了车轮运动成份所占的比例，滑 动率越大，滑 动成份越多。一般将地面制 动力与地面法向反 作用力 z F （平直道路为垂直载荷）之比成为制动力系数 b 。 9 同步附着系数 两轴汽车的前、后制动器制动力的比值一般为固定的常数。通常用前制动器制动力对汽车总制动器制动力 之比来表明分配比例，即制动器制动力分配系数 。它是前、后制动器制动力的实际分配线，简称为 线。 线 通过坐标原点，其斜率为 1 tg 。具有固定的 线与 I 线的交点处的附着系数 0 ,被称为同步附着系数， 见 下图。它表示具有固定 线的汽车只能在一种路面上实现前、后轮同时抱死。同步附着系数是由汽 车结构参数 决定的，它是反应汽车制动 性能的一个参数。 同步附着系数说明，前后制动器制动力为固定比值的汽车，只能在 一种路面上，即在同步附着系数的路面上才能保证前后轮同时抱死。 返回一10 制动距离 制动距离 S 是指汽车以给 定的初速 0 a u ，从 踩到制动 踏板至汽车停住所行驶的距离。 11 汽车动力因数 由汽车行驶方程式可导出 dt du g dt du g i f dt du G m G F F G F F D f i w t ) ( 则 D 被定义为 汽车动力因数。以 D 为纵坐标，汽车车速 a u 为横坐标绘制不同档位的 a u D 的关系曲线图，即汽 车动力特性图。 12 汽车通过性几何参数 汽车通过性的几何参数是与防止间隙失效有关的汽车本身的几何参数。它 们主要包括最小离地间隙、接近 角、离去角、纵 向通过角等。另外，汽车的最小转弯直径和内 轮差、转弯通道圆及车轮半径也是汽车通 过性的重 要轮廓参数。 13 汽车（转向特性）的稳态响应 在汽车等速直线行驶时，若急速 转动转向盘至某一 转角并维持此转角不变时，即给汽车转向盘一个角阶跃输入。 一般汽车经短暂时间后便进入等速圆周行驶， 这也是一种 稳态，称为转向盘角阶跃输入下进入的稳态响应。汽 车等速圆周行驶，即汽 车转向盘角阶跃输入下进入的 稳态响应，在实际行驶中不常出现，但却是表征汽 车操纵 I 曲线和 曲 线稳定性的一个重要的时域响应，称 为汽车稳态转向特性。汽 车稳态转向特性分为不足转向、中性 转向和 过度转 向三种类型。 14 汽车前或后轮（总）侧偏角 汽车行驶过程中，因路面侧向倾斜、 侧向风或曲线行驶时离心力等的作用， 车轮中心沿 Y 轴方向将作用有 侧向 力 y F ，在地面上 产生相应的地面侧向反作用力 Y F ， Y F 也称为侧偏力。轮胎的侧偏现象，是指当 车轮有 侧向弹性 时，即使 Y F 没有达到附着极限，车轮行驶方向也将偏离 车轮平面的方向，即 车轮行驶方向与车轮平面的 夹角。 二、写出表达式、画图、 计算，并 简单说明（选择其中4 道题，计分） 1 写出带结构和使用参数的汽车功率平衡方程式（注意符号及说明）。 ) 3600 76140 3600 sin 3600 cos ( 1 1 3 dt du mu Au C Gu Gfu P P P P P a a D a a t j w i f t e 式中： t F 驱动 力； f F 滚动阻力； w F 空气阻力； i F 坡道阻力； j F 加速阻力； tq T 发动机输出转 矩； 0 i 主 传动器传动比； k i 变速器 k 档传动比； t 传动系机械效率； m 汽车总质量； g 重力加速度； f 滚动阻力 系数； 坡度角； D C 空气阻力系数； A 汽车迎 风面积； a u 汽车车速； 旋转质量换算系数； dt du 加速 度。 2 写出档变 速器档 传动比表达式（注意符号及说明）。 L , , , , , , , 1 , 5 4 3 2 4 2 3 4 1 4 4 1 4 1 3 2 2 3 4 5 1 1 g g i i i i i i i q q i q i q i q i i n g g g g g g g g g g 则 且 若 3 画图并叙述地面制动力、制 动器制动力、附着力三者之 间的关系。 当踏板力较小时，制 动器间隙尚未消除，所以制 动器制动力 0 F ,若忽略其它阻力，地面制 动力 0 xb F ， 当 F F xb （ F 为地面附着力） 时， F F xb ； 当 F F xb max 时 F F xb ，且地面制 动力 xb F 达到最大 值 max xb F ,即 F F xb max ；当 F F 时, F F xb , 随着 F 的增加， xb F 不再增加。 F F F xb max F F xb C N 踏板力， f b F F 4 简述利用图解计算等速燃料消耗量的步骤。 已知( ei n , i P , ei g ), i 1,2, n ,以及汽车的有关结构参数和道路条件( r f 和 i )，求作出 ) ( a S u f Q 等速油耗曲 线。 根据给定的各个转速 e n 和不同功率下的比油耗 e g 值,采用拟合的方法求得拟合公式 ) , ( 2 e e n P f g 。 1) 由公式 0 377 . 0 i i r n u k e a 计算找出 a u 和 e n 对应的点( 1 n , 1 a u ),( 2 n , 2 a u ),.,( m n , am u )。 2) 分别 求出汽 车在水平道路上克服滚动阻力和空气阻力消耗功率 r P 和 w P 。 3600 15 . 21 3600 3 a D a w w Au C u F P cos 3600 3600 r a a r r Gf u u F P 3) 求出 发动机 为克服此阻力消耗功率 e P 。 4) 由 e n 和对应的 e P ,从 ) , ( 2 e e n P f g 计算 e g 。 5) 计算出对应的百公里油耗 S Q 为 a e e S u g P Q 02 . 1