单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,汽车系统动力学,*,主讲：胡爱军,汽车系统动力学,1,汽车系统动力学,主讲：胡爱军汽车系统动力学1汽车系统动力学,第五章 纵向动力学性能分析,5.1动力的需求与供应,5.2动力性,5.3燃油经济性,5.4驱动与附着极限和驱动效率,5.5制动性,2,汽车系统动力学,第五章 纵向动力学性能分析5.1动力的需求与供应5.2动力,1.车辆对动力的需求,5.1动力的需求与供应,车辆行驶阻力,车辆行驶阻力包括,车轮滚动阻力、空气阻力、坡度阻力、,加速阻力（平动分量和转动分量）。,加速阻力转动分量,坡度阻力,加速阻力平动分量,3,汽车系统动力学,1.车辆对动力的需求5.1动力的需求与供应车辆行驶阻力加速,等效转动惯量,等效转动惯量必须考虑所有传动部件的转动惯量，包括所有车轮,。,等效的原则是保持动能一致,。,5.1动力的需求与供应,4,汽车系统动力学,等效转动惯量等效转动惯量必须考虑所有传动部件的转动惯量，,旋转质量换算系数,若,i,大于2，表明用来加速旋转质量的动力需求高于平动加速。,戴姆勒-奔驰1632K：1档10.12；2档3.18；,8档1.08,5.1动力的需求与供应,定义由车辆参数描述的旋转质量换算系数,m,v,是整车整备质量,车辆的总加速阻力,总的车辆加速阻力,5,汽车系统动力学,旋转质量换算系数若i大于2，表明用来加速旋转质量的动力需,车辆行驶阻力曲线,车辆总行驶阻力,反映了不同驱动工况下车辆所需的驱动力矩，也称动力需求特性曲线。,5.1动力的需求与供应,对于高速行驶的乘用车，空气阻力起主导作用,。,除空气阻力外，其它阻力分量均与车重成正比。,6,汽车系统动力学,车辆行驶阻力曲线车辆总行驶阻力反映了不同驱动工况下车辆所需,2.,车辆的动力供应,驱动力定义为地面作用于驱动轮胎接地印迹内纵向作用力的的合力。,车辆沿前进方向的动力供求平衡方程,5.1动力的需求与供应,7,汽车系统动力学,2.车辆的动力供应驱动力定义为地面作用于驱动轮胎接地印迹内纵,1.,概述,5.2动力性,P,Nmax,为汽车能产生的最大功率特性曲线。,车辆动力性由加速能力、爬坡能力和最高车速来衡量。,驱动力平衡图,表示某工况的动力供求关系。,8,汽车系统动力学,1.概述5.2动力性PNmax为汽车能产生的最大功率特性曲,将某车速下的驱动力和行驶阻力值与车速相乘得到的，即传递至轮毂的功率P,H,与行驶时需克服的,P,Dem，,即将功率供应和功率需求绘于同一图中。,5.2动力性,驱动功率平衡图,9,汽车系统动力学,将某车速下的驱动力和行驶阻力值与车速相乘得到的，即传递至轮毂,后备驱动力,F,x,ex,:车辆行驶时实际需要的驱动力,F,Dem,与车辆所能提供的最大驱动力,F,x,的差值。,2.爬坡能力,5.2动力性,10,汽车系统动力学,后备驱动力Fx,ex:车辆行驶时实际需要的驱动力FDem与,假设车辆匀速行驶，全部后备驱动力都用于克服坡度阻力，可以得到特定档位车速下的最大爬坡角。,2.爬坡能力,5.2动力性,11,汽车系统动力学,假设车辆匀速行驶，全部后备驱动力都用于克服坡度阻力，可以得到,3.加速能力,重型货车低速档,i,较大，对加速能力的影响也很大。,5.2动力性,车辆加速能力用可达到的最大加速度来表示。,车辆要想达到最大加速度，后备驱动力需全部用来克服加速阻力。,若不考虑旋转质量的影响，,i,=1，加速能力曲线与后备,驱动力曲线一致,。,12,汽车系统动力学,3.加速能力重型货车低速档i较大，对加速能力的影响也很大。,后备功率,3.加速能力,5.2动力性,13,汽车系统动力学,后备功率3.加速能力5.2动力性13汽车系统动力学,4.传动系统设计方案的影响,在设计传动系统时，必须校核每个档位的加速能力和爬坡能力。,5.2动力性,不同坡度下的驱动力（功率）平衡图,14,汽车系统动力学,4.传动系统设计方案的影响在设计传动系统时，必须校核每个档位,单位里程燃油消耗量B,tr,和单位时间燃油消耗量B,tp,5.3燃油经济性,1.燃油消耗量的计算,根据发动机万有特性图可得到燃油消耗率曲线,15,汽车系统动力学,单位里程燃油消耗量Btr和单位时间燃油消耗量Btp5.3燃,燃油消耗率的确定,5.3燃油经济性,1.燃油消耗量的计算,M,L,为转矩损失,V,s,为发动机排量，i为每缸每转点火次数。,根据p,me,和n,e,确定该工况的燃油消耗率,b,e,(,g/(kw.h),车辆匀速行驶所需发动机转矩,所需发动机缸内平均有效压力,发动机转速,16,汽车系统动力学,燃油消耗率的确定5.3燃油经济性1.燃油消耗量的计算ML为,5.3燃油经济性,1.燃油消耗量的计算,对于循环行驶工况，须将过程划分成若干段稳定工况，分别计算燃油消耗量，再求和。,若发动机处于不稳定工况，则只能求近似解。,单位时间的燃油消耗量,单位里程的燃油消耗量,根据所需功率及燃油密度得：,17,汽车系统动力学,5.3燃油经济性1.燃油消耗量的计算对于循环行驶工况，须将,2.减少油耗的途径,5.3燃油经济性,减少燃油消耗量的途径,发动机的工作状况,传动系统效率,车辆行驶阻力,MT车辆变速器传动比和主减速比的设计及换档时机的选择，AT车辆的换档控制策略对燃油消耗率有很大的影响。,车辆燃油消耗量,18,汽车系统动力学,2.减少油耗的途径5.3燃油经济性减少燃油消耗量的途径发动,5.4驱动与附着极限和驱动效率,1.车辆所受的垂向力,车辆所受的垂向载荷F,z,由静载F,zs,、动载F,zd,、坡道分量F,zg,和空气动力学分量F,L,组成。,动载,19,汽车系统动力学,5.4驱动与附着极限和驱动效率1.车辆所受的垂向力车辆所受,5.4驱动与附着极限和驱动效率,2.车辆所受的纵向驱动力,前轮驱动车辆所需的驱动力,换算到驱动轮上的当量转动惯量,，,应包括车轮、制动盘等所有相关旋转部件的转动惯量。,20,汽车系统动力学,5.4驱动与附着极限和驱动效率2.车辆所受的纵向驱动力前轮,5.4驱动与附着极限和驱动效率,2.车辆所受的纵向驱动力,后轮驱动车辆所需的驱动力,换算到驱动轮上的当量转动惯量,，,应包括车轮、制动盘等所有相关旋转部件的转动惯量。,21,汽车系统动力学,5.4驱动与附着极限和驱动效率2.车辆所受的纵向驱动力后轮,附着率与附着系数不同，是车辆所需驱动力与法向载荷的比值，是附着系数中已经利用了的部分。,5.4驱动与附着极限和驱动效率,3.前后轴的附着率,驱动附着率f定义为纵向驱动力与法向力的比值。,附着系数是车辆能得到的最大驱动力与法向载荷的比值。,不同行驶工况，附着率是不同的；,驱动轮才有附着率。,22,汽车系统动力学,附着率与附着系数不同，是车辆所需驱动力与法向载荷的比值，是,5.4驱动与附着极限和驱动效率,4.由路面附着限制的加速或爬坡能力,若潜在的附着力全部用于克服加速或上坡阻力，则可列出平衡方程。,计算出车辆在不同驱动形式和行驶工况下的各项性能表达式。,前轮驱动汽车在水平路面的起步加速能力。,23,汽车系统动力学,5.4驱动与附着极限和驱动效率4.由路面附着限制的加速或爬坡,5.4驱动与附着极限和驱动效率,5.驱动效率,驱动效率决定着车辆的驱动能力和附着极限,驱动效率与车辆质心位置相关,主要取决于发动机位置和装载情况；,定义：驱动轴静载与整车重量的比值,与动态载荷的转移和上坡时轴荷转移有关。,24,汽车系统动力学,5.4驱动与附着极限和驱动效率5.驱动效率驱动效率决定着车,5.5制动性,1.制动性的评价,车辆制动性能的评价,制动效能 制动距离和制动减速度,制动效能的稳定性 连续制动时保持一定制动效能的能力,制动时的方向稳定性 不跑偏、不侧滑、不失去转向能力,25,汽车系统动力学,5.5制动性1.制动性的评价车辆制动性能的评价制动效能,5.5制动性,制动强度与制动效率,制动强度定义为车辆制动减速度与重力加速度的比值，是制动效能的评价指标。,制动时，前、后轴的制动附着率分别定义为其制动力与相应轴荷的比值。,车轮将要抱死时的制动强度与附着率之比定义为制动效率。,26,汽车系统动力学,5.5制动性制动强度与制动效率制动强度定义为车辆制动减速,5.5制动性,2.直线制动动力学分析,车辆制动时能得到的最大制动强度等于路面附着系数。,为了在不同附着系数的路面上得到最好的制动效果，需合理的分配前后轴制动力。,理想制动强度与前轴制动力的关系,忽略坡度和空气对轴荷的影响，有,27,汽车系统动力学,5.5制动性2.直线制动动力学分析车辆制动时能得到的最大制,理想的前后制动力分配关系,曲线形状取决于车辆质心位置和车辆装载情况。,5.5制动性,2.直线制动动力学分析,28,汽车系统动力学,理想的前后制动力分配关系曲线形状取决于车辆质心位置和车辆,后轮抱死时，在侧向干扰力的作用下，前轮侧向力将产生不稳定力矩，使车辆侧偏角增加。,5.5制动性,3.制动稳定性分析,前轮先于后轮抱死时，在侧向干扰力的作用下，后轮侧向力能产生一个使车辆回正的稳定力矩，使车辆侧偏角减小。但车辆失去转向能力。,29,汽车系统动力学,后轮抱死时，在侧向干扰力的作用下，前轮侧向力将产生不稳定力,车辆在转弯制动时，轮胎必须提供足够的纵向力和侧向力。,5.5制动性,4.转弯制动动力学分析,直线制动时的最佳制动效能，转弯时不一定能达到。,当转弯加剧时，无车轮抱死的制动减速度（制动效率）将减小。,30,汽车系统动力学,车辆在转弯制动时，轮胎必须提供足够的纵向力和侧向力。5.5,车辆转弯制动时的受力状况,转弯制动时，车辆的纵向减速度、侧向加速度和车身侧倾都会使各个轮胎的垂向载荷发生变化。,5.5制动性,4.转弯制动动力学分析,31,汽车系统动力学,车辆转弯制动时的受力状况转弯制动时，车辆的纵向减速度、侧,转弯制动工况下各轮制动效率的计算,根据车辆制动力分配特性求出制动管路压力，计算每个车轮的制动力，进而求出总制动力,F,b,；,5.5制动性,4.转弯制动动力学分析,求出车辆制动减速度a,x,=F,b,/m；,对于给定侧向加速度，计算每个车轮的法向载荷；,计算各车轮的侧向力；,计算各个车轮不发生抱死时的附着率；,根据a,x,和各车轮附着率f，计算各车轮的制动效率。,32,汽车系统动力学,转弯制动工况下各轮制动效率的计算根据车辆制动力分配特性求,FIAT124车转弯制动工况下的制动效率,各车轮依次抱死。,5.5制动性,4.转弯制动动力学分析,33,汽车系统动力学,FIAT124车转弯制动工况下的制动效率各车轮依次抱死。5.,