1、1汽車拖拉機學第八章第八章 汽車拖拉機的總體動力學汽車拖拉機的總體動力學第第2 2課課 汽車總體受力分析汽車總體受力分析QQ：1607357229魯植雄魯植雄 教授教授汽車拖拉機學汽車拖拉機學課件課件第2課 汽車總體受力分析2第八章 汽車拖拉機總體動力學20222022年年6 6月月2424日日本章內容安排第第1 1課課 車輛行駛原理車輛行駛原理第第2 2課課 汽車總體受力分析汽車總體受力分析第第3 3課課 拖拉機拖拉機及其機組總體受力分析及其機組總體受力分析汽車拖拉機學汽車拖拉機學課件課件320222022年年6 6月月2424日日本節課的主要內容一、汽車行駛方程式一、汽車行駛方程式二、車輪

2、地面法向反作用力二、車輪地面法向反作用力三、作用在驅動輪上的地面切向反作用力三、作用在驅動輪上的地面切向反作用力四、附著率四、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汽車拖拉機學汽車拖拉機學課件課件420222022年年6 6月月2424日日第2課 汽車總體受力分析第八章 汽車拖拉機總體動力學jiwftFFFFFFFtdtdumGuACfGriiTaDTgtqsin15.21cos20一、汽車行駛方程式一、汽車行駛方程式 此公式表明了汽車行駛時驅動力和行駛阻力平衡關系的普遍情況。此公式表明了汽車行駛時驅動力和行駛阻力平衡關系的普遍情況。 當發動機的轉速特性、變速器的傳動比、主

3、減速比、傳動效率、車輪半徑、空當發動機的轉速特性、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、汽車迎風面積以及汽車質量等初步確定后或已知，便可利用此式氣阻力系數、汽車迎風面積以及汽車質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，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。即確定汽車的最高車速、加速能力和爬坡能力。 汽車拖拉機學汽車拖拉機學課件課件520222022年年6 6月月2424日日第2課 汽車總體受力分析第八章 汽車拖拉機總體動力學一、汽車行駛方程式一、汽車

4、行駛方程式用圖解法來分析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圖上畫出3種曲線種曲線: 各擋的驅動力與車速的關系曲線各擋的驅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與車速的關系曲線 滾動阻力和空氣阻力疊加后得到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的行駛阻力與車速的關系曲線曲線。線。 某具有五擋變速器汽車的驅動力某具有五擋變速器汽車的驅動力行駛阻力平衡行駛阻力平衡圖圖汽車拖拉機學汽車拖拉機學課件課件620222022年年6 6月月2424日日第2課 汽車總體受力分析第八章 汽車拖拉機總體動力學一、汽車行駛方程式一、汽車行駛方程式1. 確定最高車速確定

5、最高車速u 最高車速是指在最高車速是指在水平水平良好的路面（混泥土或良好的路面（混泥土或瀝青路）上能達到的最高穩定行駛車速。瀝青路）上能達到的最高穩定行駛車速。 加速阻力加速阻力 =0, 坡道阻力坡道阻力 =0此時，此時， 行駛阻力行駛阻力=滾動阻力滾動阻力+空氣阻力空氣阻力 驅動力驅動力=行駛阻力行駛阻力顯然，曲線顯然，曲線 與與 曲線的交點便是曲線的交點便是 ,175km/h5tFmaxau)(fwFF 汽車拖拉機學汽車拖拉機學課件課件720222022年年6 6月月2424日日第2課 汽車總體受力分析第八章 汽車拖拉機總體動力學一、汽車行駛方程式一、汽車行駛方程式1. 確定最高車速確定最

6、高車速n 當車速最高車速時，驅動力行駛阻力。當車速最高車速時，驅動力行駛阻力。汽車就可以利用剩下來的驅動力來加速或爬汽車就可以利用剩下來的驅動力來加速或爬坡。坡。n 當需要中速或低速行駛時，駕駛員可以關小當需要中速或低速行駛時，駕駛員可以關小節流閥開度（圖中虛線），此時發動機只用節流閥開度（圖中虛線），此時發動機只用部分負荷特性工作，相應地得到虛線所示驅部分負荷特性工作，相應地得到虛線所示驅動力曲線以使汽車達到新的平衡。動力曲線以使汽車達到新的平衡。 汽車拖拉機學汽車拖拉機學課件課件820222022年年6 6月月2424日日第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

7、式一、汽車行駛方程式2.確定汽車的加速能力確定汽車的加速能力u 汽車的加速能力可用它在汽車的加速能力可用它在水平良好水平良好路面上行駛路面上行駛時能產生的加速度來評價，但因加速度的數值時能產生的加速度來評價，但因加速度的數值不易測量，一般常用不易測量，一般常用加速時間加速時間來表明汽車的加來表明汽車的加速能力速能力 利用汽車行駛方程式求汽車的加速時間汽車行駛方程式求汽車的加速時間 設設Fi0 根據驅動力根據驅動力行駛阻力平衡圖行駛阻力平衡圖,以及上述公式以及上述公式,可計算得到各擋油門全開時的加速度曲線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各擋油門全開時的加速度曲線)

8、(1wftFFFmdtdu汽車拖拉機學汽車拖拉機學課件課件920222022年年6 6月月2424日日第2課 汽車總體受力分析第八章 汽車拖拉機總體動力學一、汽車行駛方程式一、汽車行駛方程式根據加速度圖可以進一步求出由某一車速根據加速度圖可以進一步求出由某一車速u1加速至另較高車速加速至另較高車速u2所需的時間。所需的時間。 由運動學可知由運動學可知 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:將將 轉化成轉化成 曲線，曲線下兩個速度區間的面積就是通過此曲線，曲線下兩個速度區間的面積就是通過此速度區間的加速時間；

9、速度區間的加速時間；常將速度區間常將速度區間(常取常取5km/h為一間隙為一間隙)分為若干間隔，分為若干間隔，通過確定面積通過確定面積1 1、2 2、，來計算（總）加速時間，來計算（總）加速時間加速度倒數曲線加速度倒數曲線加速換擋時刻的確定加速換擋時刻的確定:l 為了獲得最短加速時間，應在為了獲得最短加速時間，應在交點對應車速由交點對應車速由擋換擋換擋擋l 若若擋和擋和加速度倒數曲線不加速度倒數曲線不相交，則應在相交，則應在I擋加速行駛至發擋加速行駛至發動機轉速達到最高轉速時換入動機轉速達到最高轉速時換入擋。擋。 duadt1Aduadttuut1210aua aua1汽車拖拉機學汽車拖拉機學

10、課件課件1020222022年年6 6月月2424日日第2課 汽車總體受力分析第八章 汽車拖拉機總體動力學一、汽車行駛方程式一、汽車行駛方程式()itfwFFFF3.確定汽車的爬坡能力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）（汽車等速行駛）()arcsintfwFFFGsin()itfwFGFFF tani利用汽車的驅動力利用汽車的驅動力行駛阻力平衡圖可求出行駛阻力平衡圖可求出爬坡圖爬坡圖.汽車最大爬坡度汽車最大爬坡度為為I擋時的最大爬坡

11、度擋時的最大爬坡度 。 0dtdumaxi)(fwFF 汽車拖拉機學汽車拖拉機學課件課件1120222022年年6 6月月2424日日第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：假設： 發動機橫置后驅（前驅、發動機橫置后驅（前驅、4驅）驅） 加速上坡加速上坡 坡道阻力和加速阻力作用在汽車質心上坡道阻力和加速阻力作用在汽車質心上 空氣阻力作用在汽車風壓中心空氣阻力作用在汽車風壓中心 滾動阻力：滾動阻力：Tf1、Tf2、Fz1、Fz2 加速阻力：加速阻力：mdu/dt、Tj1、Tj2、Tje 坡道阻力：坡道阻力：Gsin 空氣阻力：空氣阻力：Fw 重力重力:G二、車輪地面法向反作用力

12、二、車輪地面法向反作用力汽車拖拉機學汽車拖拉機學課件課件1220222022年年6 6月月2424日日第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，則前前輪的地面法向反力輪的地面法向反力：LhFTdtdumhGhfrbGFwwjggZsin)(cos121jjjTTT滾動阻力偶矩：滾動阻力偶矩：Tf=Tf1+Tf2=Gcos fr二、車輪地面法向反作用力二、車輪地面法向反作用力汽車拖拉機學汽車拖拉機學課件課件1320222022年年6 6月月2424日日第2課 汽車總體受力分析第八章 汽

13、車拖拉機總體動力學二、車輪地面法向反作用力二、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后輪的地面法向反力LhFTdtdumhGhfraGFwwjggZsin)(cos221jjjTTT滾動阻力偶矩：滾動阻力偶矩：Tf=Tf1+Tf2=Gcos fr汽車拖拉機學汽車拖拉機學課件課件1420222022年年6 6月月2424日日第2課 汽車總體受力分析第八章 汽車拖拉機總體動力學LhFTdtdumhGhfrbGFwwjggZsin)(cos1LhFTdtdumhGhfraGFwwjggZsin)(

14、cos2wgZFdtdumGLhLbGFsin1wgZFdtdumGLhLaGFsin2二、車輪地面法向反作用力二、車輪地面法向反作用力汽車拖拉機學汽車拖拉機學課件課件1520222022年年6 6月月2424日日第2課 汽車總體受力分析第八章 汽車拖拉機總體動力學wgZFdtdumGLhLbGFsin1wgZFdtdumGLhLaGFsin2u 前一項前一項：為汽車水平靜止不動時前、后軸上的靜載荷；為汽車水平靜止不動時前、后軸上的靜載荷；u 后一項后一項：為行駛中產生的動載荷。為行駛中產生的動載荷。u 動動載載荷隨坡度、速度和加速度的增加而增大。當汽車利用其極限荷隨坡度、速度和加速度的增加而

15、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。達到最大值。dtduLhgGuACLhLbGFgrLfgZ2121)sincos(dtduLhgGuAC)sinLhcosLa(GFgrLrgZ2221二、車輪地面法向反作用力二、車輪地面法向反作用力汽車拖拉機學汽車拖拉機學課件課件1620222022年年6 6月月2424日日第2課 汽車總體受力分析第八章 汽車拖拉機總體動力學三、作用在驅動輪上的地面切向反作用力三、作用在驅動輪上的地面切向反作用力u 以前輪驅動汽車為例，以前輪驅動汽車為例，u 分析

16、從動輪、驅動輪與車身分析從動輪、驅動輪與車身在加速過程中的受力在加速過程中的受力汽車拖拉機學汽車拖拉機學課件課件1720222022年年6 6月月2424日日第2課 汽車總體受力分析第八章 汽車拖拉機總體動力學三、作用在驅動輪上的地面切向反作用力三、作用在驅動輪上的地面切向反作用力汽車拖拉機學汽車拖拉機學課件課件1820222022年年6 6月月2424日日第2課 汽車總體受力分析第八章 汽車拖拉機總體動力學三、作用在驅動輪上的地面切向反作用力三、作用在驅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求從動輪上的地面切向反作用力FX2 由從動輪的轉矩平衡條件由從動輪的轉矩平衡條件汽車

17、拖拉機學汽車拖拉機學課件課件1920222022年年6 6月月2424日日第2課 汽車總體受力分析第八章 汽車拖拉機總體動力學三、作用在驅動輪上的地面切向反作用力三、作用在驅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由從動輪的切向力平衡條件汽車拖拉機學汽車拖拉機學課件課件2020222022年年6 6月月2424日日第2課 汽車總體受力分析第八章 汽車拖拉機總體動力學三、作用在驅動輪上的地面切向反作用力三、作用在驅動輪上的地面切向反作用力3. 求驅動軸作用在驅動輪的平行于路面的力求驅動軸作用在驅動輪的平

18、行于路面的力Fp1 由車身的切向力平衡條件由車身的切向力平衡條件汽車拖拉機學汽車拖拉機學課件課件2120222022年年6 6月月2424日日第2課 汽車總體受力分析第八章 汽車拖拉機總體動力學三、作用在驅動輪上的地面切向反作用力三、作用在驅動輪上的地面切向反作用力4.求驅動輪上的地面切向反作用力求驅動輪上的地面切向反作用力FX1 由驅動輪的切向力平衡條件由驅動輪的切向力平衡條件汽車拖拉機學汽車拖拉機學課件課件2220222022年年6 6月月2424日日第2課 汽車總體受力分析第八章 汽車拖拉機總體動力學三、作用在驅動輪上的地面切向反作用力三、作用在驅動輪上的地面切向反作用力5.同理，若同理

19、，若后輪后輪驅動，作用在驅動輪驅動，作用在驅動輪上的地面切向反作用力上的地面切向反作用力FX2，根據上述根據上述分析可求出分析可求出汽車拖拉機學汽車拖拉機學課件課件2320222022年年6 6月月2424日日第2課 汽車總體受力分析第八章 汽車拖拉機總體動力學四、附著率四、附著率u 附著率是指汽車直線行駛狀況下，充分發揮驅動力作用時要求的附著率是指汽車直線行駛狀況下，充分發揮驅動力作用時要求的最低附著系數。最低附著系數。u 驅動輪附著率計算方法驅動輪附著率計算方法：驅動輪的地面切向反力于法向反力之比：驅動輪的地面切向反力于法向反力之比u 不同的直線行駛工況，要求的最低附著系數是不一樣的。不同

20、的直線行駛工況，要求的最低附著系數是不一樣的。u 在較低行駛車速下，用低速擋加速或上坡行駛，驅動輪發出的驅在較低行駛車速下，用低速擋加速或上坡行駛，驅動輪發出的驅動力大，要求的動力大，要求的(最低最低)附著系數大。附著系數大。u 在水平路段上以極高車速行駛時，要求的附著系數也大。在水平路段上以極高車速行駛時，要求的附著系數也大。汽車拖拉機學汽車拖拉機學課件課件2420222022年年6 6月月2424日日第2課 汽車總體受力分析第八章 汽車拖拉機總體動力學四、附著率四、附著率1加速、上坡行駛時的附著率加速、上坡行駛時的附著率根據上面求得的前、后軸地面法向反作用力與驅動輪地面切向反作用根據上面求

21、得的前、后軸地面法向反作用力與驅動輪地面切向反作用力，可以確定前驅動輪或后驅動輪的附著率力，可以確定前驅動輪或后驅動輪的附著率.（1）對于后輪驅動汽車，其后驅動輪的附著率為）對于后輪驅動汽車，其后驅動輪的附著率為 dtduLhgGFFFFFFFFCgZwZsjiwfZX221222wgZFdtdumGLhLbGFsin1wgZFdtdumGLhLaGFsin2汽車拖拉機學汽車拖拉機學課件課件2520222022年年6 6月月2424日日第2課 汽車總體受力分析第八章 汽車拖拉機總體動力學四、附著率四、附著率 在加速、上坡時，主要在加速、上坡時，主要的行駛阻力為加速阻力與坡的行駛阻力為加速阻力與

22、坡度阻力，空氣阻力與滾動阻度阻力，空氣阻力與滾動阻力可忽略不計，故后驅動輪力可忽略不計，故后驅動輪的附著率簡化為的附著率簡化為 )1cos1(1cos11cos1)cossin(1cos1cossin)sincos(sin22dtdugiLhLadtdugidtduLhgLhLadtdugdtduLhgGLhLaGdtdugGGdtduLhgGFFFCggggggZsji汽車拖拉機學汽車拖拉機學課件課件2620222022年年6 6月月2424日日第2課 汽車總體受力分析第八章 汽車拖拉機總體動力學四、附著率四、附著率（2）對于前輪驅動汽車）對于前輪驅動汽車 同理可以求得前輪驅動汽車的前驅動輪

23、附著率為同理可以求得前輪驅動汽車的前驅動輪附著率為 dtduLhgGFFFFFFFFCgZwZsjiwfZX112111dtdugiq1cos1qLhLbqCg1汽車拖拉機學汽車拖拉機學課件課件2720222022年年6 6月月2424日日第2課 汽車總體受力分析第八章 汽車拖拉機總體動力學四、附著率四、附著率（3）附著率曲線）附著率曲線l擋加速時最大的擋加速時最大的C2值為值為0.64，在，在=0.7的良好路面上汽車可以全力加速行駛。的良好路面上汽車可以全力加速行駛。l但從圖但從圖b中卻可看出，在中卻可看出，在=0.7的路面上，的路面上，該車該車擋擋(節氣門全開時節氣門全開時)的爬坡能力基本

24、的爬坡能力基本上是無法實現的。上是無法實現的。l不過不過擋的最大擋的最大C2值為值為0.45，相應的爬坡，相應的爬坡度達度達23，遠大于四級公路在山嶺重丘區，遠大于四級公路在山嶺重丘區的最大縱向坡度的最大縱向坡度9。l所以，該車在良好路面上的附著性能仍是所以，該車在良好路面上的附著性能仍是令人滿意的。令人滿意的。汽車拖拉機學汽車拖拉機學課件課件2820222022年年6 6月月2424日日第2課 汽車總體受力分析第八章 汽車拖拉機總體動力學四、附著率四、附著率2高速行駛時的附著率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。汽車在良好道路上高速行駛時，道路的坡度與

25、汽車加速度均很小。令令0, 0dtdui高速行駛時后輪驅動汽車的后驅動輪附著率為dtduLhgGFFFFFFFFCgZwZsjiwfZX221222忽略坡度阻力和加速阻力2212ZwZswfFFFFC汽車拖拉機學汽車拖拉機學課件課件2920222022年年6 6月月2424日日第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求得的，即后升力系數為圖中的法向反作用力與附著率是按三種空氣升力系數求得的，即后升力系數為0.28、0.15與與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，而切向反作用力則按車由圖可以看出，隨著車速的增加，后輪的法向反作用力下降，而切向反作用力則按車速的平方關系增大。因此，附著率速的平方關系增大。因此，