纵向动力学性能分析ppt.
第2 章 汽车纵向动力学
其中包括实验数据与理论数据。根据该报告，有以下的发动机转速-扭矩实验数据：
发动机转速 ne（r/min） 转矩 Ttq（N m）
1250
45.4
1500
49.3
2000
54.4
2500
56.6
3000
61.3
3500
63.7
4000
63.2
4500
60.8
5000
58.1
5500
55.7
2．变速器及主减速器
0.561 0.537 0.512
汽车行驶速度 ua（km/h）
15.691 18.83 25.106 31.383 37.659 43.936 50.212 56.489 62.765 69.042 70.297 由此作图如下
2挡 传动比 ig2=1.842
道路坡度 i
0.147 0.161 0.179 0.186 0.202 0.209 0.205 0.193 0.179 0.167 0.156
=
a
q + hg
，计算出相应的 q、
q
LL
Cφ2 值，如下。
1挡 传动比 ig1=3.090
汽车行驶速度 ua（km/h） 加速度 a（m s-2) 加速时等效坡度 q 加速时附着率 Cφ2
9.354 11.225 14.966 18.708 22.449 26.191 29.932 33.674 37.415 41.157 41.905
103.394
1005.324
105.274
958.397
由此做出汽车的驱动力图，如下
40.144 53.525 66.906 80.287 93.668 107.049 120.431 133.812 147.193 149.869
汽车系统动力学第5章 纵向动力学性能分析
第一节 动力的需求与供应
二 车辆的动力供应
图5-5 不同输入转矩下传 动系统的传动效率
图5-6 发动机额定转矩和 净转矩随转速的变化
第一节 动力的需求与供应
二 车辆的动力供应
若驱动轮滚动半径为rd,根据净转矩Mn的定义,则可得到驱动力 Fx为: Fx=MH/rd=Mnigi0/rd(5-12) 若车辆传动系统效率为ηt,则驱动力Fx为: Fx=Mnigi0/rd=ηtMeigi0/rd(5-13) 根据车辆的动力需求式(5-9)和动力供应式(5-13),即得到车 辆沿前进方向的动力供求平衡方程为: =(δimv+mc)ax+(iG+fR)(mv+mc)g+CDAu2(5-14)
第二节 动力性
三 加速能力
车辆的加速能力通常由可达到的最大加速度来表示。由于车辆 加速时需同时考虑其平移质量和转动质量的影响,前面已经定 义了一个传动系统传动比为i时的旋转质量换算系数δi。因此, 若车辆可能达到的最大加速度为amax,此时瞬时后备驱动力 Fx,ex全部用来克服加速阻力,则可得到以下关系: Fx,ex=(δimv+mc)amax(5-16) amax=(5-17) 若不考虑旋转质量的影响(即令δi=1),则加速性能曲线与后备 驱动力曲线一致。
图5-3 车辆上坡时的行驶阻力曲线图
第一节 动力的需求与供应
一 车辆对动力的需求
各行驶阻力分量对总行驶阻力的影响程度与车辆的行驶状态有 关。通常,对野外高速行驶的乘用车而言,空气阻力起主导作用; 而对商用货车,空气阻力的影响相对较小。图5-4所示为典型 商用车在不同行驶条件下各阻力分量 引起的相对燃油消耗百分比。需强调的是,除空气阻力外,其他 所有行驶阻力分量均与车重有关。这也意味着减小车重对节省 能耗有显著意义。
汽车系统动力学第五章 纵向动力学概述
第五章纵向动力学性能分析除空调等附属设备的能耗需求外，行驶过程中车辆所需的动力与能量由行驶阻力所决定。
本章将在分析动力需求与动力供应的基础上，分析车辆的纵向动力学特性，包括动力性、燃油经济性和制动性。
此外，还将讨论与路面附着条件相关的驱动和制动极限问题，最后进行制动稳定性的分析。
§5-1 动力的需求与供应本节首先介绍车辆的行驶阻力，然后分析车辆对动力的需求及供应，最后给出车辆的动力供求平衡方程。
一、车辆对动力的需求这里介绍的车辆行驶阻力，实际上代表了车辆对动力的需求。
按行驶状态的不同，车辆行驶阻力可分为稳态匀速行驶状态下的阻力和瞬态加速时的阻力两部分。
前者包括车轮滚动阻力、空气阻力和坡度阻力；后者主要是指加速阻力。
二、车辆的动力供应§5-2 动力性一、概述车辆的动力性由加速能力、爬坡能力和最高车速来衡量，也可通过对特定行驶工况下车辆动力需求与动力供应之间的比较来评定，而供求双方的平衡关系则由驱动轮轮胎与地面间的相互作用所决定。
评价车辆动力性时，通常采用“驱动力平衡图”或“驱动功率平衡图”进行分析。
三、加速能力§5-3 燃油经济性目前，大多数车辆采用内燃机作为发动机，其经济性主要以燃油消耗量表示。
一、燃油消耗量的计算根据初始的车辆设计参数，在车辆开发初期即可进行其燃油经济性理论上的估计，从而方便地在车辆设计阶段进行设计参数的修正。
二、减少油耗的途径减少燃油消耗量的途径：1)交通管理因素：包括交通管理系统、信号灯控制系统、驾驶员培训等因素，实际上均影响了车辆的行驶速度。
2)车辆行驶阻力因素：在保证汽车安全性、人机工程、经济性和舒适性的同时，尽可能降低车辆行驶阻力，如减小整车质量、轮胎滚动阻力系数、空气阻力系数和迎风面积等。
3)尽可能地降低附属设备(如空调、动力转向、动力制动等)的能耗。
4)提高传动系效率，使发动机功率要尽可能多地传递到驱动轮上。
§5-4 驱动与附着极限和驱动效率第三章中对单个轮胎与地面附着极限问题已有介绍，本节将在整车受力分析的基础上，详细讨论整车驱动与附着极限。
列车纵向动力学分析
第一部分开行重载列车，就机车车辆本身来讲，重载列车技术涵盖牵引性能、制动系统性能、列车纵向动力学性能、机车车辆动力学性能、机车车辆及其零部件强度以及合理操纵方法等众多方面。
而重载列车的通信、纵向冲击力和长大下坡道的循环制动问题是开行重载列车的三大关键技术。
而这三大技术其实就是制动系统的三大难题。
下面就以制动系统来分析。
1.重载列车制动系统的关键技术制动系统对列车运行安全具有举足轻重的重要作用，随着铁道技术的不断进步，已出现了多种制动方式，但对货物列车而言，空气制动仍是最基本的制动作用方式。
众所周知，货物列车空气制动作用的制约因素甚多，列车长度就是主要影响因素之一。
我国重载列车的发展始于20世纪80年代，至今列车编组重量已由5 000t级提高到2万t以上，编组辆数从62辆增加到210辆之多，列车最大长度已达2·6 km以上，导致空气制动作用条件严重恶化。
1.1制动空走时间和制动距离影响货物列车紧急制动距离的主要因素除制动初速、线路条件(坡道)、列车制动率(每百吨重量换算闸压瓦力)和闸瓦性能以外，还有影响空走距离的空走时间，后者主要与列车长度或编组辆数有关。
笔者在根据上述因素编制我国《铁路技术管理规程》中的制动限速表时，对货物列车考虑的列车编组条件为5000t级以下，由于重载列车编组辆数的增加，必然导致制动空走时间和距离相应增加,加上长大列车压力梯度对后部车辆制动力的影响，因此该限速表不适用于重载列车。
对于重载列车，其制动力应比普通列车高，以保持和普通列车同等的制动距离。
1.2充气作用和长大下坡道的运行安全列车空气制动后的再充气时间随编组辆数的增加而呈非线性的增加。
重载列车需要有比普通列车长得多的再充气时间，因此，在长大下坡道多次循环制动作用时对司机操纵方法特别是再充气时间的要求更高。
1.3减轻列车纵向动力作用货物列车在纵向非稳态运动过程中产生的纵向动力作用不仅是导致断钩、脱轨等重大事故的主要原因，也是破坏货物完整性和加速机车车辆装置疲劳破坏的重要因素。
3汽车纵向动力学课件
综合以上几式可得： Wy =
注意：
1. 横向载荷转移的大小是驱动力及一些其它车辆参数的函数;
2. 如果驱动桥的差速器未锁止，传至两侧车轮的转矩将受限于
垂直载荷较小一侧车轮的附着极限。
2009-10-19
8
第三章
汽车纵向动力学
下的后桥垂直
如果坡度为零且无挂钩牵引力，一定加速度aX 载荷为:
a aX Wr = W ( +
h
L
g L
)
Wa ma h= ΔW L⇒ΔW = W ⋅ ax L Wr = , x r r
L
g h
右后轮垂直载荷 Wrr 为 Wr /2- Wy ，因此
W rr =
Wa Fx h Ft r Kφ r + − 2 L 2 L i f t Kφ
再根据差速器的特性，有
⎛ Wb h 2Ft r Kφ r ⎞ ⎜ ⎟ + F x − Ft = 2μWrr = μ ⎜ L L i f t Kφ ⎟ ⎝ ⎠
二、 汽车的加速性能
1. 驱动转矩引起的横向载荷转移
2. 附着极限
三、 汽车的制动性能
1. 2. 制动系统功能 制动系统的评价指标
2009-10-19
2
第三章
汽车纵向动力学
汽车驱动与制动动力学主要研究汽车纵向运动与其受力的
关系。驱动动力学主要涉及汽车的动力性，其主要评价指标通 常为最高车速、加速时间和最大爬坡度。制动动力学则主要涉 及汽车的制动性，通常定义为汽车行驶时能在短距离内停车且 维持行驶方向稳定性和在下长坡时能维持一定车速的能力。
得到驱动力为： Ft =
由两部分组成：
(整理)列车纵向动力学分析.
第一部分开行重载列车，就机车车辆本身来讲，重载列车技术涵盖牵引性能、制动系统性能、列车纵向动力学性能、机车车辆动力学性能、机车车辆及其零部件强度以及合理操纵方法等众多方面。
而重载列车的通信、纵向冲击力和长大下坡道的循环制动问题是开行重载列车的三大关键技术。
而这三大技术其实就是制动系统的三大难题。
下面就以制动系统来分析。
1.重载列车制动系统的关键技术制动系统对列车运行安全具有举足轻重的重要作用，随着铁道技术的不断进步，已出现了多种制动方式，但对货物列车而言，空气制动仍是最基本的制动作用方式。
众所周知，货物列车空气制动作用的制约因素甚多，列车长度就是主要影响因素之一。
我国重载列车的发展始于20世纪80年代，至今列车编组重量已由5 000t级提高到2万t以上，编组辆数从62辆增加到210辆之多，列车最大长度已达2·6 km以上，导致空气制动作用条件严重恶化。
1.1制动空走时间和制动距离影响货物列车紧急制动距离的主要因素除制动初速、线路条件(坡道)、列车制动率(每百吨重量换算闸压瓦力)和闸瓦性能以外，还有影响空走距离的空走时间，后者主要与列车长度或编组辆数有关。
笔者在根据上述因素编制我国《铁路技术管理规程》中的制动限速表时，对货物列车考虑的列车编组条件为5000t级以下，由于重载列车编组辆数的增加，必然导致制动空走时间和距离相应增加,加上长大列车压力梯度对后部车辆制动力的影响，因此该限速表不适用于重载列车。
对于重载列车，其制动力应比普通列车高，以保持和普通列车同等的制动距离。
1.2充气作用和长大下坡道的运行安全列车空气制动后的再充气时间随编组辆数的增加而呈非线性的增加。
重载列车需要有比普通列车长得多的再充气时间，因此，在长大下坡道多次循环制动作用时对司机操纵方法特别是再充气时间的要求更高。
1.3减轻列车纵向动力作用货物列车在纵向非稳态运动过程中产生的纵向动力作用不仅是导致断钩、脱轨等重大事故的主要原因，也是破坏货物完整性和加速机车车辆装置疲劳破坏的重要因素。
02第二章 汽车纵向动力学解析
du Fj m dt
δ主要与飞轮的转动惯量、车轮的转动惯量以及传动 系的传动比有关。 I i 2i 2 根据推导
1 I w 1 1＋ 2 m r m
f g 0
T
r2
若不知道准确的If、∑Iw值，也可按下述经验公式估算 δ值：
δ=1+δ1+δ2i2g
式中δ1≈δ2=0.03~0.05。 故，汽车的行驶方程式为： Ft=Ff+Fw+Fi+Fj
2 3 e e max
np
np np
发动机外特性曲线：发动机 节气门置于全开位置 发动机部分负荷特性曲线： 发动机节气门置于部分开启位 置 台架试验特性曲线：发动 机台架试验时所获得的曲线。 使用外特性曲线：带上全 部附件时的外特性。与台架试 验特性相差5~15%。
二、汽车动力性指标
从获取尽可能高的平均速度考虑，动力性指标有： 最高车速 加速时间 最大爬坡度
1.最高车速uamax
在水平良好的路面上汽车能达到的最高行驶速度（km/h）。
2.加速时间t
表示汽车的加速能力。常用：
原地起步加速时间：汽车以1档或2档起步，并以最大加速强度 换至最高档后达到某一距离（0 402.5m或0 400m）或车速 （0 96.6km/h或0 100km/h）所需要的时间（s）。
坡度阻力与坡度角度的换算
二、 加速阻力 汽车的质量分为平移的质量和旋转的质量两部 分。把旋转质量的惯性力偶矩转化为平移质量的惯性 力，并以系数δ作为计入旋转质量惯性力偶矩后的汽 车质量换算系数， 因而汽车加速时的阻力: δ ——汽车旋转质量换算系数，（δ>1）； m ——汽车质量，单位为kg； du ——行驶加速度。 dt
lecture02_纵向动力学(阅读).ppt
汽车行驶方程式
滚动阻力系数的试验确定法: 牵引法、滑行法和转鼓法
对 f 的影响因素 1. 速度ua对 f 的影响
2. 轮胎的结构、材料、帘线对f 的影响也 很大。子午线轮胎 f 小，天然橡胶 f 低。
汽车行驶方程式
f 的经验公式
C u DA F w 21 .15
轿车： f f0( 1u /19440 )
汽车动力性及其评价指标
Vehicle Tractive Performance Evaluation Criteria
F m gcos f f
汽 车 加 速 过 程 曲 线
汽车动力性及其评价指标
Vehicle Tractive Performance Evaluation Criteria
2 T i i C A u du tq g 0 T D a m g cos f m g sin m a r 21 . 15 dt
mg cos
T tq
F m g sin i
T tq
车速
坡度阻力 加速阻力
驱动力
滚动阻力
空气阻力
汽车纵向动力学
汽车的动力性
mg
汽车动力性定义
Vehicle Tractive Performance
动力性定义：指汽车在良好路面上直线行驶时， 由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均 行驶速度。
体现了汽车的运输效率！
汽车动力性评价指标
Vehicle Tractive Performance Evaluation Criteria
2 a
2 a
商用车： f 0 .0076 0 .000056 ua
2 轿车 f ua ,商用车 f ua
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汽 旋转质量换算系数 车
车辆对动力的需求
定义由车辆参数描述的旋转质量换算系数
系
统
动
力
mv是整车整备质量 车辆的总加速阻力
Θi i 1 2 mv rd
Fa (i mv mc )ax
学
mc是装载质量 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。（表5-1） 戴姆勒-奔驰1632K：1档10.12；2档3.18； …… 8档1.08
力
学
图5-13 发动机万有特性图
16
汽 该工况燃油消耗率的确定 车辆行驶所需发动机转矩 车
燃油消耗量的计算
系
统
M Dem
ML为转矩损失。
FDem rd ML i g i0
动
力
所需发动机缸内平均有效压力
pme
发动机转速
2 M Dem Vs i
学
Vs为发动机排量，i为每缸每转点火次数。
图5-1 加速上坡时车辆受到的行驶阻力示意图
2
汽 等效转动惯量 车
车辆对动力的需求
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。
系
统
Θi Θw i Θdr i i (Θe Θc ΘTi )
2 0 2 2 0 g
动
力
学
图5-2 非匀速工况下需考虑的旋转质量的转动惯量
相邻高档能够提供比当前档位更高的加速度。
系
统
各档后备驱动力曲线的交点即代表了相邻两档间的最 佳换档时机。
动
力
学
图5-11 旋转质量换算系数对加速工况下最佳换挡时机的影响
14
汽 由于坡度阻力与汽车行驶方向相同，导致阻力曲线处于横 车 轴以下；
下长坡时的行驶稳定性分析
为增大阻力，需采用缓速装置
4
汽 车辆行驶阻力曲线 车辆总行驶阻力 车
车辆对动力的需求
系
统
FDem ( i mv mc )ax (iG f R )(mv mc ) g CD A
a
2
u
2
动
力
学
图5-3 车辆上坡时的行驶阻力 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。 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。
电涡流缓速器能维持更高的稳定车速；
系
统
在低速范围内，发动机制动的效果更好。
动
力
学
图5-12 采用发动机制动和电涡流缓速器的车辆下坡 行驶稳定性分析
15
汽 车
第三节
燃油经济性
燃油消耗量的计算
单位里程燃油消耗量Btr和单位时间燃油消耗量Btp 根据发动机万有特性图可得到燃油消耗率曲线
系
统
动
12
汽 车
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。 不同坡度下的驱动力（功率）平衡图
一档能爬上40%的坡度
系
统
动
力
学
图5-10 不同坡度情况下的驱动力和驱动功率平衡图
13
汽 车
换档策略
发动机达到最高转速；
传动系统设计方案的影响
为实现车辆的最大加速能力，换档的最佳时机应为
若不考虑旋转质量的影响，
动
力
i=1，加速能力曲线与后备
驱动力曲线一致。 重型货车低速档i较大，对 加速能力的影响也很大。 图5-8 重型货车旋转质量系数对加速能力的影响
11
学
汽 后备功率 车
P ex F x,ex u (i mv mc )amax u
系
统
动
力
学
图5-9 加速能力与后备功率关系的功率平衡图
ห้องสมุดไป่ตู้
概述
系
统
动
力
学
图5-5 驱动功率平衡图（水平路面行驶工况）
8
汽 车
爬坡能力
后备驱动力Fx,ex
车辆行驶时实际需要的驱动力FDem与车辆所能提供的最 大驱动力Fx的差值。
系
统
动
力
学
图5-6 后备驱动力与爬坡能力关系的驱动力平衡图
9
汽 爬坡能力 车 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
ne uigi0 /(2 rd )
根据pme和ne确定该工况的燃油消耗率be （g/(kw.h)）
17
汽 计算燃油消耗量 车 单位时间的燃油消耗量
燃油消耗量的计算
系
统
Btp be P e / f
单位里程的燃油消耗量
动
力
Btr Btp / ua
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。
系
统
sin G,max
Fx,ex (mv mc ) g
动
力
学
图5-7 后备驱动力与爬坡能力关系的驱动力平衡图
10
汽 车
加速能力
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
系
统
Fx,ex (i mv mc )amax
a
2
u2
学
6
汽 车
概述
第二节
动力性
车辆动力性由加速能力、爬坡能力和最高车速来衡量。
系
统
驱动力平衡图
根据发动机外特性曲线计算 得到。 表示某工况的动力供求关系。
动
力
学
PNmax为汽车能产生的最大功率
特性曲线。
图5-4 驱动力平衡图（水平路面行驶工况）
7
汽 驱动功率平衡图 车 将某车速下的驱动力和行驶阻 力值与车速相乘得到的 传递至轮毂的功率PH 行驶时需克服的功率PDem 即功率供应和功率需求
学
18
汽 车
减少油耗的途径
车辆燃油消耗量
系
统
Btr be FDem / ( ft )
减少燃油消耗量的途径 发动机的工作状况
动
力
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。
5
汽 车
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。
系
统
Fx M H / rd M eigi0t / rd
车辆沿前进方向的动力供求平衡方程
动
力
M et igi0 rd
( i mv mc )ax (iG f R )(mv mc ) g CD A
汽 车
系
统
第 五 章
纵 向 动 力 学 性 能 分 析
动
力
学
1
汽 车
第一节
车辆行驶阻力
动力的需求与供应
车辆对动力的需求
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
系
统
动
力
学
M a tw Fa,r rd rd