第1章 汽车的动力性与绪论

第一章 1.11.11.11.1、试说明轮胎滚动阻力的定义、产生机理和作用形式???? 答：1）定义：汽车在水平道路上等速行驶时受到的道路在行驶方向 上的分力称为滚动阻力。 2）产生机理：由于轮胎内部摩擦产生弹性轮胎在硬支撑路面上 行驶时加载变形曲线和卸载变形曲线不重合会有能量损失，即弹 性物质的迟滞损失。这种迟滞损失现为一种阻力偶。 当车轮不滚动时，地面对车轮的法向反作用力的分布是前后对 称的；当车轮滚动时，由于弹性迟滞现象，处于压缩过程的前部 点的地面法向反作用力就会大于处于压缩过程的后部点的地面法 向反作用力，这样，地面法向反作用力的分布前后不对称，而使 他们的合力 Fa 相对于法线前移一个距离 a, 它随弹性迟滞损失的 增大而变大。即滚动时有滚动阻力偶矩 阻碍车轮滚aFT zf = 动。 3）作用形式：滚动阻力 （f为滚动fwF f = r T F f f = 阻力系数） 1.21.21.21.2、滚动阻力系数与哪些因素有关？ 提示：滚动阻力系数与路面种类、行驶车速以及轮胎的构造、材料、 气压等有关。 1.31.31.31.3、确定一轻型货车的动力性能（货车可装用 4444档或 5555档变速器， 任选其中的一种进行整车性能计算）： 1111）绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图。 2222）求汽车的最高车速、最大爬坡度及克服该坡度时相应的附着率。 3333）绘制汽车行驶加速倒数曲线，用图解积分法求汽车有Ⅱ档起步 加速行驶至 70km/h70km/h70km/h70km/h的车速－时间曲线，或者用计算机求汽车用Ⅱ 档起步加速至 70km/h70km/h70km/h70km/h的加速时间。 轻型货车的有关数据： 汽油发动机使用外特性的 TqTqTqTq—nnnn曲线的拟合公式为 432 ) 1000 (8445.3) 1000 (874.40) 1000 (44.165) 1000 (27.25913.19 nnnn Tq −+−+−= 式中,,,, TqTqTqTq为发功机转矩(N(N(N(N·m)m)m)m)；nnnn为发动机转速(r(r(r(r／min)min)min)min)。 发动机的最低转速 nnnnminminminmin=600r/min=600r/min=600r/min=600r/min ，最高转速 nnnnmaxmaxmaxmax=4000=4000=4000=4000 rrrr ／minminminmin 装载质量 2000kg2000kg2000kg2000kg 整车整备质量 1800kg1800kg1800kg1800kg 总质量 3880388038803880 kgkgkgkg 车轮半径 0.3670.3670.3670.367 mmmm 传动系机械效率 ηт＝0.850.850.850.85 波动阻力系数 ffff＝0.0130.0130.0130.013 空气阻力系数×迎风面积 CCCCDDDDAAAA＝2.772.772.772.77 2m 主减速器传动比 iiii0000＝5.835.835.835.83 飞轮转功惯量 IIIIffff＝0.218kg0.218kg0.218kg0.218kg· 2m 二前轮转动惯量 IIIIw1w1w1w1＝1.798kg1.798kg1.798kg1.798kg· 2m 四后轮转功惯量 IIIIw2w2w2w2＝3.598kg3.598kg3.598kg3.598kg· 2m 变速器传动比 iiiigggg((((数据如下表)))) 轴距 LLLL＝3.2m3.2m3.2m3.2m 质心至前铀距离((((满载)))) α＝1.947m1.947m1.947m1.947m 质心高((((满载)))) hhhhgggg＝0.9m0.9m0.9m0.9m 解答： 1111）（取四档为例） 由 uF nu nTq TqF t t →⇒ ⎪ ⎭ ⎪ ⎬ ⎫ → → → 即 r iiT F Togq t η = 432 ) 1000 (8445.3) 1000 (874.40) 1000 (44.165) 1000 (27.25913.19 nnnn Tq −+−+−= og ii rn u 377.0 = 行驶阻力为 ： wf FF + 2 15.21 a D wf U AC GfFF +=+ 2131.0312.494 a U+= 由计算机作图有 ※本题也可采用描点法做图： 由发动机转速在 ， ，取六个点分别min/600nmin r= min/4000nmax r= 代入公式： ……………………………… 2222）⑴最高车速： 有 wft FFF += ⇒ 2131.0312.494 at UF += 分别代入 和 公式： a U t F 2) 09.6*83.5 3697.0*377.0 (131.0312.494 367.0 85.0*83.5*9.6* n T q += 把 的拟和公式也代入可得： q T n>4000 而 r/min4000max =n ∴ Km/h93.94 83.5*0.1 4000*367.0 *377.0max ==U ⑵最大爬坡度： 挂Ⅰ档时速度慢， 可忽略： Fw ⇒ )(max wfti FFFF +−= ⇒ GfFGi t −= max ⇒ 013.0 8.9*3880 14400max max −=−= f G F i t =0.366 （3）克服该坡度时相应的附着率 z x F F =ϕ 忽略空气阻力和滚动阻力得： 6.0 947.1 2.3*366.0 / ===== a il la i F Fi z ϕ 3333）①绘制汽车行驶加速倒数曲线（已装货）：40.0626 （ 为动力因素）)( 1 fDgdu dt a − == δ G FwFt D − = Ⅱ时， 2 2 0 2 2 11 1 r iiI m r I m Tgf w η δ ++= ∑ 2 22 2 367.0 85.0*83.5*09.3*218.0 3800 1 367.0 598.3798.1 3800 1 1 + + += 1.128= r iiT F Togq t η = 432 ) 1000 (8445.3) 1000 (874.40) 1000 (44.165) 1000 (27.25913.19 nnnn Tq −+−+−= 2 15.21 a D w U AC F = 由以上关系可由计算机作出图为： ②用计算机求汽车用Ⅳ档起步加速至 70km/h 的加速时间。 （注：载货时汽车用Ⅱ档起步加速不能至 70km/h） 由运动学可知： du a 1 dt = ⇒ Adu == ∫ t 0 a 1 t 即加速时间可用计算机进行积分计算求出，且 曲线下两速 a u− a 1 度间的面积就是通过此速度去件的加速时间。 经计算的时间为： 146.0535s 1.41.41.41.4、空车、满载时汽车动力性有无变化？为什么？ 答：汽车的动力性指汽车在良好路面上直线行驶时，由纵向外力决定 的所能达到的平均行驶速度。 汽车的动力性有三个指标：1）最高车速 2）加速时间 3）最大 爬坡度 且这三个指标均于汽车是空载、满载时有关 。 1.51.51.51.5、 如何选择汽车发动机功率???? 答：依据（原则）： 常先从保证汽车预期的最高车速来初步选择发动机应有的功 率。 〔从动力性角度出发〕 这些动力性指标： jtiu ,,max 发动机的最大功率应满足上式的计算结果，但也不宜过大，否则会因 发动机负荷率偏低影响汽车的燃油经济性。（详见第三章课件） 1.61.61.61.6、超车时该不该换入低一档的排档???? 答：可参看不同 时的汽车功率平衡图：0i ( ) wf t e PPP +≥ η 1 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ += 3 maxmax 761403600 1 a D a t e u AC u Gf P η 显而可见，当总的转动比较大时，发动机后备功率大，加速 容易，更易于达到较高车速。 1.71.71.71.7、统计数据表明，装有 0.50.50.50.5～2L2L2L2L排量发动机的轿车，若是前置发 动机前轮驱动(F.F.)(F.F.)(F.F.)(F.F.)轿车，其平均的轴负荷为汽车总重力的 61.561.561.561.5％ ； 若是前置发动机后轮驱动(F.R.)(F.R.)(F.R.)(F.R.)轿车，其平均的前轴负荷为汽车总重 力的 55.755.755.755.7％。设一轿车的轴距 LLLL＝2.6m2.6m2.6m2.6m，质心高度 hhhh＝0.57m0.57m0.57m0.57m。试比 较采用 F.F.F.F.F.F.F.F.及 F.F.F.F. RRRR．形式时的附着力利用情况，分析时其前轴负荷率 取相应形式的平均值。确定上述 F.F.F.F. F.F.F.F.型轿车在φφφφ＝0.0.0.0. 2222及 0.0.0.0. 7777路面上 的附着力，并求由附着力所决定的权限最高车速与极限最大爬坡度及 极限最大加速度((((在求最大爬坡度和最大加速度时可设 FFFFwwww＝0)0)0)0)。其他 有关参数为：mmmm＝1600kg1600kg1600kg1600kg，CCCCDDDD＝0.450.450.450.45，AAAA＝2.002.002.002.00 ，ffff＝0.020.020.020.02，δ＝1.001.001.001.00。2m 答：1>1>1>1> 对于 F-F 型轿车： 最大驱动力等于前轮附着力 ϕϕ ϕ mgFF z %5.61Fxbmax === 对于 F-R 型轿车： 最大驱动力等于后轮附着力 ϕϕ ϕ mgFF z %)7.551(Fxbmax −=== ϕ44.3%mg= 显然 F-F 型轿车总的附着力利用情况较好。 2 > (1)对于 ：0.2=ϕ NFF z 64.1928Fxbmax === ϕϕ 极限车速： 2 xbmax 15.21 F a D wf U AC GfFF +=+= ⇒ hkm /8.194Uamax = 极限爬坡度： GiGfFF if +=+=xbmaxF ⇒ f G F xb −= maxmaxi ⇒ 02.0 8.9*1600 64.1928 imax −= 13.0= 极限加速度： dt dU mGfFF jf δ+=+=xbmaxF ⇒ )/(01.1)( max hskm m GfF dt dU = − = δ （2）同理可有：当 时，7.0=ϕ hkm /0.388Uamax = 4105.0imax = )/(023.4)( max hskm dt dU = 1.81.81.81.8、一轿车的有关参数如下： 总质量 1600kg1600kg1600kg1600kg；质心位置：a=1450mma=1450mma=1450mma=1450mm，bbbb＝1250mm1250mm1250mm1250mm，hhhhgggg＝ 630mm;630mm;630mm;630mm; 发动机最大扭矩MMMMemaxemaxemaxemax＝140N140N140N140N· m;m;m;m; IIII挡传动比 iiiiIIII＝0.380.380.380.385555； 主减速器传动比 iiiioooo＝4444．08;08;08;08;传动效率ηmmmm＝0.90.90.90.9；车轮半径 rrrr＝300m300m300m300mm;m;m;m; 飞轮转动惯量 IIIIffff＝0.25kg0.25kg0.25kg0.25kg· ；全部车轮的转动惯量∑IIIIwwww＝2m 4.5kg4.5kg4.5kg4.5kg· ((((其中，前轮的 IIIIwwww ＝2.252.252.252.25 kgkgkgkg· ，后轮的 IIIIwwww ＝2.252.252.252.252m 2m kgkgkgkg· ))))。2m 若该轿车为前轮驱动，问：当地面附着系数为 0.60.60.60.6时，在加速 过程中发动机扭矩能否充分发挥而产生应有的最大加速度？应如 何调整重心在前、后方向的位置((((即 bbbb值))))，才可以保证获得应有的 最大加速度。若令 ×100100100100％为前轴负荷率，求原车的质心位置改 L b 变后，该车的前轴负荷率。 解题时，为计算方便，可忽略滚动阻力与空气阻力。 解：<1><1><1><1> 先求汽车质量换算系数 ：δ 2 2 0 2 2 11 1 r iiI m r I m Tgfw η δ ++= ∑ 代入数据有： =1.4168δ 若地面不发生打滑，此时，地面最大驱动力 r iiT F tgtq t η0 xb1maxF == ⇒ N36.6597Fxb1max = 由于不记滚动阻力与空气阻力，即 、 f F 0= w F 这时汽车行驶方程式变为 当 代入有：MNMT eMaxQ ⋅== 140 91.2) dt du ( max =⇒ 再由 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ++−= w g z F dt du mG L h L b GF αsin1 jit FFF += dt du mGi r iiT tgtq δ η +=0 dt du m L h L b G g−= 将 代入上试有max)dt du ( NF z 27.6180min1 = 此时： 6.0 1 1 > z xb F F 将出现打滑现象， 所以：在加速过程中发动机扭矩不能否充分发挥。 <2> 调整： 要使发动机扭矩能否充分发挥，则： 应使： 6.0 1 1 = z xb F F 其中： 不变，N36.6597Fxb1 = 则由公式： dt du m L h L b GF g z −=1 得出：b=1704.6mm 前轴负荷率为：∴ %100*)14501250( 6.1704 %100* + = L b %1.63= 1.91.91.91.9、一辆后袖驱动汽车的总质量 2152kg2152kg2152kg2152kg，前轴负荷 52525252％，后轴负 荷 48484848％，主传动比 iiiioooo＝4.554.554.554.55，变速器传动比：一挡：3.793.793.793.79，二挡：2.172.172.172.17， 三挡：1.411.411.411.41，四挡：1.001.001.001.00，五挡：0.0.0.0. 86868686。质心高度 hhhhgggg ＝0.57m0.57m0.57m0.57m，CCCCDDDDAAAA ＝1.51.51.51.5 ，轴距 LLLL＝2.300m2.300m2.300m2.300m，飞轮转动惯量 IIIIffff＝kgkgkgkg·m2m2m2m2，四个车轮2m 总的转动惯量 IIIIwwww＝3.6kg3.6kg3.6kg3.6kg· ，车轮半径 rrrr＝0.367m0.367m0.367m0.367m。该车在附着2m 系数Ψ＝0.60.60.60.6的路面上低速滑行曲线和直接挡加速曲线如习题图 1111 所示。国上给出了滑行数据的拟合直线 vvvv＝19.7619.7619.7619.76－0.590.590.590.59TTTT，vvvv的单位 为 km/hkm/hkm/hkm/h，TTTT 的单位为 ssss，直接挡最大加速度αmaxmaxmaxmax＝0.75m/0.75m/0.75m/0.75m/ 2s ((((uuuussss=50km/h)=50km/h)=50km/h)=50km/h)。设各挡传动效率均为 0.900.900.900.90，求： 1)1)1)1)汽车在该路面上的波动阻力系数。 2)2)2)2)求直接挡的最大动力因素。 3)3)3)3)在此路面上该车的最大爬坡度。 答：1>1>1>1> 由汽车行驶方程式: jiwft FFFFF +++= 低速滑行时, , 此时： 由低速滑行曲线拟台直线公式可得: 060.0 )59.076.19( = − == gdt T gdt dv f δδ 2>2>2>2> 直接档， <以四档为例>1ig = 先求汽车质量换算系数 ：δ 2 2 0 2 2 11 1 r iiI m r I m Tgfw η δ ++= ∑ 代入数据得： 0266.1=δ 再有动力因素公式： gdt dUδ φ +=D 其中： 060.00if =+=+= fφ 所以： maxmax )(D dt dU g δ φ += 而： 2max /75.0)( sm dt dU = ∴ 6.3*75.0* 81.9 0266.1 060.0Dmax += 34255.0= 0≈ w F 0≈ j F ft FF ≈ 3>3>3>3> 由 maxmax )(D dt dU g δ φ += 可得，最大爬坡度为： fD −= maxmaxi ⇒ 28255.0max =i ⇒ �41.16max =α