硬核汽车理论三:汽车是怎么跑起来腾讯云开发者社区

在上一篇当中,根据力学知识,我们很容易理解,汽车能够加速跑起来是由于有驱动力的作用,汽车能够匀速行驶是驱动力和行驶阻力相等,其实从本质上,我们研究汽车的运动就是研究汽车的受力,通过建立平衡方程就可以获得汽车动力性的评价指标。

在这一篇文章中,我们将了解一下汽车的驱动力,汽车的驱动力从发动机来,相信大家都不陌生。发动机产生的扭矩通过离合器,变速器,传动轴,主减速器,差速器,半轴,最后到达车轮,那发动机产生的扭矩是如何变成汽车前行的驱动力F呢?

首先我们通过对驱动轮的受力分析来了解一下:

对于一个半径为r的车轮,以速度Ua向前运动,假设受到的发动机的扭矩为Tt,那么车轮就会对路面产生一个行驶反方向的力F0,根据牛顿第三定律,地面也会给车轮一个反作用力,也就是指向行驶方向的力Ft,这就是驱动轮在水平方向上的受力图:

而驱动力Ft的计算公式为:

驱动系统扭矩Tt是发动机传动系统一层层传输过来的,因此,传动系统的传动比和传动效率必然会影响传动力的大小,根据机械原理:驱动扭矩Tt为:

其中Ttq为发动机转矩,ig为变速器传动比,i0为主减速器传动比 ηT为传动系的机械效率.将Tt带入驱动力Ft计算公式,可以得到:

因此我们可以看出,上述的因素都会影响汽车的驱动力,如果汽车当中还有分动器,轮边减速器,公式需要修正,因为这些因素都会影响到汽车驱动力的大小。

接下来我们一一分析影响汽车驱动力的各个因素:

一:Ttq发动机转矩

这是发动机驱动力的本源,发动机最重要的特性,也就是转速特性,一般用功率Pe,转矩Ttq,燃油消耗量b与转速n的关系来表示。当节气门全开的时候,这时候发动机的转速曲线称之为外特性曲线,如果节气门没有全开,称之为部分负荷特性曲线。

比如上图,为一款发动机的外特性曲线,包括了功率Pe和扭矩Ttq,而Ttq就是计算发动机驱动扭矩的核心参数,当然发动机的扭矩和功率满足以下公式的关系:

并且汽油机和柴油机的发动机转速曲线还是很不同的:

上图中,左图为汽油机右图为柴油机,图中的百分比为节气门的开度,节气门的开度越大,表示汽车的负荷也就越大,此时发动机的功率和扭矩也就越大,因此当节气门全开的时候,表示的为发动机的外特性曲线,这个曲线也可以衡量发动机的性能指标。

一般来说,测量发动机的外特性曲线是在汽车实验室中进行测量,在不安装水泵,发电机的情况下进行测量,而汽车中的使用外特性曲线是需要带上全部的附件设备时来进行测量,当然这样测量的发动机性能也会稍微小一些:

一般来说,汽油机的最大功率约小15%,货车柴油机的最大功率约小5%,轿车与轻型货车柴油机的最大功率约小10%,因此我们在计算汽车动力性的时候要使用外特性曲线,而不是外特性曲线。但真实情况中比较复杂,为了更真实的获取汽车的发动机性能,我们一般采用多项式来描述转矩曲线:

来对发动机的输出曲线进行一个拟合,而多项式的系数可以使用最小二乘法来进行恒定。

二:传动效率Nt

在动力传输的过程中,不可避免的会存在动力的损失,简单来说,传动系统中的损失Pt主要分为两类:

1:机械损失

机械损失指的是由于机械零件摩擦导致的损失,与转矩和齿轮对数有关

首先转矩影响,传动的Ttq越大,损失也就越大,但是液力损失的比重较小,整体来看Nt还是较高的。然后是齿轮影响,齿轮对数越少,损失就越小,Nt也就越高。

2:液力损失

液力损失主要是指由于润滑油搅动和零件之间摩擦导致的损失。这与润滑油的品质,温度,油面的高度,转速都有关联

尽管影响传动效率的因素比较多,但在工程上我们可以把传动效率看作一个常数来进行动力性的估算,一般根据动力特性,可以看做如下表中常数:

三:车轮半径r

车轮半径也是影响汽车驱动力的一个重要因素,要考虑两个要素:

1:自由半径r:车轮处于无载时的半径

2:静力半径rs:当我们把车轮装到车上,汽车静止不动,车轮就会收到车自身重量而发生一些变形,这个时候车轮中心到轮胎与道路接触面的距离。

3:滚动半径rr:当车轮开始滚动的时候,车轮几何中心到速度瞬心的距离

实际上车轮滚动半径可以用以下公式开始计算:

一般我们进行动力学分析的时候,我们会使用静力半径,当我们进行运动学分析的时候,我们会使用滚动半径进行分析,但当我们进行计算的时候:一般将这三种车轮半径看为无差别,可以认为是近似相等。

四:i0ig

ig为变速器的传动比,i0为主减速器的传动比,对于确定的一款车,i0是一个定值,而ig则在不同的档位有多个,通常在低档位的传动比要大,高档位的传动比要小。

在我们知道上述几个参数之后,就可以求出驱动力了,但是因为对于一辆车而言,很多参数比如车轮半径,主减速器传动比等都是常数,公式可以进行简化:

另外车速与发动机的转速也有相应的对应关系:

再者进行结合,可以得到驱动力Ft和车速Ua的关系从而画出驱动力图:

PS:驱动力图是指驱动力和车速的关系曲线,本质上是对扭矩曲线的横纵坐标进行缩放得到的。如下图所示:

THE END
0.分动器的工作原理是怎样的分动器的工作原理是将发动机输出的动力,通过内部齿轮传动系统精准分配到各个驱动桥,同时还能增大扭矩。它是一个单独固定在车架上的齿轮传动系统,输入轴与变速器输出轴相连,输出轴则通过万向传动装置和各驱动桥连接。基于差速器原理,在不同路况下,分动器能把转矩按轴荷比例分配给各驱动桥,让车辆获得稳定的牵引力,保障jvzquC41yy}/rlfwvq4dqv3ep1pyym46:2=06A5933<20qyon
1.分动器的原理是什么?汽修技师|汽车维修技师 国家认证的汽车维修技师,15年德美日等各系车辆维修,擅长:疑难故障诊断维修,远程维修技术指导 咨询技师 分动器的原理:分动器各轴均用两个圆锥滚子轴承支承,其轴承松紧度用相应的调整垫调整。装有分动器的汽车,当全部车轮驱动行驶于不平路面或弯道上或前后驱动轮由于轮胎磨损,而半径不等的情况jvzquC41cwzp0lmkpc4dqv4okr5:6=7390nuou
2.汽车分动器的工作原理是什么汽车分动器是汽车传动系统里的关键部分 ,特别是四驱车必备。它主要负责把发动机输出的动力合理分配到不同轮胎上,让车辆在各种路况都能顺利行驶。 分动器各轴由两个圆锥滚子轴承支承,轴承松紧度靠调整垫调整 。它基于差速器原理工作,差速器能解决轮胎在不同路面旋转速度不一致的问题,分动器在此基础上进一步优化。 jvzquC41o0vdc~yq0eun0ls1z1:86A4696>76A;0jvsm
3.汽车后桥是如何工作的?老师傅做个模型,工作原理都看懂了!如果是前桥驱动的车辆,那么后桥就仅仅是随动桥而已,只起到承载的作用。如果前桥不是驱动桥,那么后桥就是驱动桥,这时候除了承载作用外,还起到驱动、减速和差速的作用。如果是四轮驱动的,一般在后桥前面还配有一个分动器。 汽车后桥指的是后轮轴的部分,包括驱动轴,传动齿轮等。多轴货车后部还分驱动后桥和无驱后jvzquC41yy}/{xtlkc4dqv4cum52;66449;35B6724>14;7:944ivvq
4.分动箱和差速器区别是什么分动箱主要用于分配动力,差速器主要用于调整前后轴以及各个车轮的转速差。分动箱是将发动机的动力进行分配的,装置分动箱可以将动力输出到后轴或者同时输出到前轴和后轴,属于四驱车上的配件。分时四驱汽车平时可以作为两驱车驾驶,在越野路况下转为四驱驾驶,分时四驱分动箱是机械的装置可以将前后动力以1:1的比例分配,可以提jvzquC415i4djrsc0eun1jzvq1sjr8987:<70qyon
5.汽车构造系列之十四驱动桥本系列主要针对汽车的构造来进行简单说明,一共分为23个专题,分别为:(1)发动机;(2)曲柄连杆机构;(3)配气机构;(4)燃料供给系;(5)排放控制;(6)冷却系;(7)润滑系;(8)点火系;(9)启动系;(10)传动系;(11)离合器;(12)变速器;(13)万向传动;(14)驱动桥;(15)行驶系;(16)车架;(17)车桥与车轮;(18)悬jvzquC41yy}/fxsiejkek7hqo1gsvrhng1=27:75;2859A>:;9=3:
6.汽车传动系的结构和功能及原理介绍4.越野汽车的传动系 越野汽车一般为全轮驱动,发动机前置,在变速箱后装有分动器将动力传递到全部车轮上。目前,轻型越野汽车普遍采用4×4驱动型式,中型越野汽车采用4×4或6×6驱动型式;重型越野汽车一般采用6×6或8×8驱动型式。 1.传动系的功用与组成 jvzquC41yy}/gujehctt0lto1dgjmn4skenffrfp|k5rklmgfkvbpp}kvqth1;5322923:=95;?/j}rn
7.汽车构造知识点整理汽车构造基础知识这是越野车常采用的布置形式。通常发动机前置,通过变速器之后的分动器将动力分别输送给全部驱动轮。目前,部分轿车也采用四轮驱动形式,以提高整车性能。 2.发动机的工作流程是什么,示功图如何绘制? P21-P24: 四冲程汽油机经过进气、压缩、燃烧做功、排气四个行程,完成一个工作循环。这期间活塞在上、下止点间往复移动了四个 jvzquC41dnuh0lxfp0tfv8r2a8<33B6:71gsvrhng1jfvjnnu1747@884;<
8.分动器的功用和构造及工作要求分动器的工作要求也较为严格。比如在平坦道路行驶时需要断开前轮驱动以减少阻力而在泥瓦路面或者出现打滑时则要四轮行驶通过分动器把力分配给四个轮子实现同时发力。 另外汽车四驱有高速四驱和低速四驱之分分动器要能根据不同路况和需求准确合理地分配动力。 jvzquC41dcolg7uecwzp0lto0et0:?;:26528B>7944ivvq
9.汽车机械四轮驱动关键技术解析1.1 分动器的功用 将变速器输出的动力分配到各驱动桥,并且可以进一步增大扭矩,是发动机纵置四驱车传动系中不可缺少的传动部件,它的前部与汽车变速箱联接,将其输出的动力经适当变速后同时传给汽车的前后驱动桥,此时汽车全轮驱动,可在冰雪、泥沙和无路的地区地面行驶。 jvzquC41yy}/{xtlkc4dqv4ctvodnn4;48718==63799:?62:84ivvq
10.功能拓展接口常见卡车取力器形式介绍当从分动器输入轴后端取力时,先把变速箱挂直接档,再通过一个转换装置,取力时就会自动切断传动轴后段的传动,齿轮不受力,可以实现全功率输出。这种装置主要用于水泥泵车。 传动轴取力是将取力器作为独立总成,设置于传动轴之间。它转动的过程中具有良好的动平衡性能,工作可靠性高,结构也比较简单。在消防车上有应用jvzq<84yyy4489hjg0ipo8ygej5259<3:1879B8acnr/j}rn
11.汽车底盘机械系统检修第2版教学课件.ppt湿式摩擦式离合器一般为多盘式的,浸在油中以便于散热。本项目主要介绍干式摩擦式离合器的结构以及它们的工作原理。(一)摩擦式周布弹簧离合器采用若干个沿从动盘圆周分布螺旋弹簧作为压紧弹簧的离合器,称为周布弹簧离合器。目前,周布弹簧离合器主要应用于商用载重汽车上。1.摩擦式周布弹簧离合器结构jvzquC41yy}/tnstgpjpe7hqo1vbrnw16:713>9440nuou