山东理工大学教案
2004 ~ 2005 学年 第 2 学期
课 程 名 称 汽 车 理 论
授 课 对 象 车 辆 工 程 2002 级1、2班 主 讲 教 师 李 旭
教师所在院（部）、系（室） 交 通 学 院 车 辆 工 程 系
选 用 教 材 汽 车 理 论 学 时 / 学 分 48学 时 / 2学 分
山 东 理 工 大 学
教案编写说明
教案是任课教师的教学实施方案。任课教师应遵循专业教学计划制订的培养目标，以教学大纲为依据，在熟悉教材、了解学生的基础上，结合教学实践经验，提前编写设计好本门课程每次课的全部教学活动。教案编写说明如下：
1、教学课型表示所授课程的类型，请在理论课、实验课、习题课、实践课、技能课及其它栏内选择打“√”。 2、教学内容：是授课的核心。将授课的内容按章、节或主题，有序的进行设计编排，并标以“*”和“#”符号以表示重点和难点。
3、教学方法和教学手段：教学方法指讲授、讨论、示教、指导等。教学手段指板书、多媒体、网络、模型、标本、挂图、音像等教学工具。
4、讨论、思考题和作业：提出若干问题以供讨论，或作为课后复习时思考，亦可要求学生作为作业来完成，以供考核之用。
5、参考资料：列出参考书籍、有关资料。 6、首次开课的青年教师的教案应由导师审核。
7、鼓励教师在教学内容、教学方法和教学手段等方面进行创新与改革。 8、所有开课课程必须按此标准编写教案。
山 东 理 工 大 学 教 案
第 1 次课 教学课型：理论课√ 实验课□ 习题课□ 实践课□ 技能课□ 其它□ 主要教学内容（注明：重点* # 难点 ）： 绪论： 1、汽车理论研究的主要内容:（*） 第一章 汽车的动力性 一、汽车的驱动力： 1、发动机的外特性： 1）发动机外特性曲线（#） 2）传动系效率 教学目的要求： 1、 了解课程的特点。 2、 掌握汽车驱动力含义 3、 掌握发动机转矩的获取 4、 传动系效率的含义及影响因素 教学方法和教学手段： 教师采用多媒体进行课堂讲授 讨论、思考题、作业： 1、简述汽车理论的主要内容： 2、什么是汽车的驱动力，请写出它的表达式。 3、如何获取发动机的外特性？ 4、区别发动机的外特性和使用外特性，发动机的外特性和部分负荷特性。 参考资料： 余志生 主编·汽车理论·机械工业出版社；2000 M.米奇克·汽车动力学·人民交通出版社；1992格里什凯维奇 · 曲达柯夫·汽车理论·龙门联合书局；1954 电子计算机在汽车设计中的应用·人民交通出版社；1988 何光里·汽车运用工程师手册·人民交通出版社；1993 高延龄·汽车运用工程·人民交通出版社；2004 G.Rill, Fahrzeugdanamik, Regenburg University of Applied Science, http://homepage.fh-regenburg.de, 2002
讲 稿 内 容 绪 论 一. 汽车理论研究的主要内容: 1. 什么是汽车理论: 随着汽车工业的不断发展,汽车使用的日益广泛，科学技术的不断进步，科学研究的不断深入,汽车理论这门学科也在不断发展。 当前,我们所研究的汽车理论，是在分析汽车运动的基本规律的基础上，以理论分析和实验研究相结合的方法，研究汽车的主要使用性能和结构参数之间的内在联系，分析汽车的主要使用性能的各种影响因素，从而指出正确地设计汽车，合理地使用汽车以及科学地试验汽车的途径。 2. 如何学习理论? (1) 需要注意了解各个章节所提出的,并明确定义的各个基本概念。 (2) 掌握解决问题的理论分析和实验研究的方法和技巧。 (3) 熟记必要地分析结论和基本数据,并努力联系实际解决设计、使用、试验汽车中的某些具体问题。 3. 学习目的： 通过学习本门课，不仅为《汽车设计》《汽车运用与修理》打下基础，而且为今后实际工作，eg：合理使用汽车，进行旧车的改造，改装各种专用车，新车型的设计正确地进行试验，创造条件。 4. 学习方法: 采用 解析法 图解法 试验法 为本门课程常用的解决问题的方法 备注 二. 汽车性能的评价及其主要使用性能 1. 标准： 分析现有车型or设计新车都必须明确汽车好坏的评价指标和标准。而评价标准又不是固定不变的，不同的时代不同的个人,对车的具体评价标准各不同。 纵观汽车自出现发展至今的历史来看，具有强大吸引力，能博得广大用户欢迎的车型，一般必具备下述几个特点： 好用、好修、好造、好看。 其中，好用和好造占主要地位，而两者之间的矛盾，使得汽车不断向更高要求发展。因为汽车的使用要求的提高，必然对汽车结构提出改进， 而使得对汽车的制造水平提出新要求。只有制造水平较高，才能保证新结构的实施和应用。 所以上述标准可理解为： 性能良好，维修方便，易于制造，美观大方。 其中好用为最主要的目标，主要表现在，一般的商用汽车： 1. 高的运输生产率； 2. 低的运输成本； 3. 安全可靠,舒适方便。 总之,评价车的好坏，要根据汽车用途,使用条件，从一系列使用性能方面进行综合评价，而不是简单的由某一新结构而决定。 2. 使用性能：
(1) 定义：指汽车适应各种使用条件而发挥最大工作效率的能力 工作效率：以运输生产率表示。 运输生产率=运量*运距/行驶时间 【吨(客).公里/小时】 其中: 运量为 ： 货车：额定载重量. 小客车：座位数(只准坐) 公共汽车：座位数+可站人数 其中：运距/行驶时间=平均技术速度，以 Vcp表示。即行驶时间内的平均速度。 行驶时间：从始点到终点的总时间,再减去装卸货或乘客上下车时间,排除故障。 要提高运输生产率，运量一定时，关键是使提高Vcp。 和Vcp有关的使用性能，即：动力性，燃油经济性，制动性，通过性，操纵稳定性，平顺性即为本课程研究的汽车的六大使用性能，也是汽车使用性能中最重要的性能。 我们就是要通过研究这些性能，使汽车的Vcp 运输成本降低，安全可靠的实现客货的运输。 其中： 动力性、制动性、通过性、操纵稳定性、平顺性的提高可以提高Vcp，从而提高运输生产率； 燃油经济性提高，可以明显降低油耗，从而降低运输成本； 制动性、平顺性、操纵稳定性与安全、舒适方便地运输密切相关。 此外，汽车的使用性能还有：噪声、防尘、防雨、防污染ect。 本课程讲课的思路： 性能— 评价指标—参数关系— 结论 补充： 汽车的两个重要性能： 汽车的排放污染性能和汽车的安全性已成为汽车的两个最主要使用性能，但是，在我国目前的汽车理论课程中还没有体现出来。 汽车安全性主要分为： 主动安全性和被动安全性； 主动安全性是指预防性措施，即避免交通事故发生的能力； 被动安全性是减轻事故后果的能力。 汽车制动性、汽车操纵稳定性、汽车行驶稳定性、汽车平顺性和汽车通过性能都属于汽车主动安全的范畴。 柔性转向器、商用汽车防钻措施，商用汽车后护栏，商用汽车侧护栏或者侧护板、乘员安全带、气囊（airbag）、汽车车身的安全设计均属于汽车被动安全的研究内容。 注意： 汽车理论和前述的各种理论,eg:数学.物理.ect.不相同.它是一种前人通过对汽车使用过程中所遇到的问题的经验总结而得的一种经验理论,因而与实际联系特别密切,需要与试验相结合,在试验中发现总结寻找问题,归纳成一般规律,再用试验来验证,因而是一种经验理论,所以一定要注意与其它理论课的区别.
第一章 汽车的动力性 本章我们将从汽车行驶时的受力出发，建立汽车行驶平衡方程式；再以图解法的形式按汽车动力性评价指标的要求确定汽车的动力性，并找出影响动力性的因素。 1.1 汽车的驱动力和行驶阻力 确定汽车的动力性，就是确定汽车沿行驶方向的运动状况。为此，需要掌握沿汽车行驶方向作用于汽车的各种外力，即驱动力与行驶阻力。根据这些力的平衡关系建立汽车行驶方程式，就可以估算汽车的动力性。 FW va Fi Fj Ff Ga Z1 Mt Ft Z2 图1-1汽车行驶时的受力分析简化图 汽车的行驶方程式为： F=ΣF 式中，Ft为驱动力。是在汽车行驶中发动机产生的转矩经传动系传至驱动轮上而产生的；ΣF为行驶阻力之和。行驶阻力有滚动阻力、空气阻力、加速阻力和坡度阻力。 ΣF=Ff+Fi+FW+Fj 下面分别研究驱动力和这些行驶阻力。 一、汽车驱动力： 图1-1 汽车的驱动力 在汽车行驶中，汽车发动机产生的转矩，经传动系传至驱动轮上。此时作用于驱动轮上的转矩Tt，产生一对地面的圆周力F0，地面对驱动轮的反作用力Ft（方向与F0相反）即是驱动汽车的外力（图1-1），此外力称为汽车的驱动力，单位为Ｎ。其数值为：Ft=Tt/r，其中，r为车轮半径。 如果汽车正常行驶，假设某瞬时发动机的转速为n(r/min)，转矩为Ttq（Ｎ·ｍ），变速器所用档位的传动比为ig主降速比为i0，传动系的机械效率为ηT，则驱动轮得到的转矩为 Tt=Ttqigi0ηT。驱动力的计算公式为 用上式计算汽车驱动力时，Ttq或Pe，取自发动机的使用外特性，ηT和r在不同条件下也有
Ft?Ttq.ig.i0.??r(1?1)变化，下面将逐一讨论，并做出汽车的驱动力图。 1、 发动机的外特性： 1）发动机的外特性曲线： 节气门全开（或高压油泵供油齿杆处于最大供油量位置）时，发动机发出的功率Ｐe、转矩Ttq、燃油消耗率ｇe与发动机转速n之间的关系曲线，称为发动机的外特性曲线。节流阀部分开启（或部分供油），则称为发动机部分负荷特性曲线。 图1—3为一台汽油发动机外特性中的功率与转距曲线。注意其变化特点和上面的几个特殊点。nmin为发动机的最小稳定工作转速，随着发动机转速增加，发动机发出的功率和转矩都在增加，最大转矩Ttqmax时的发动机转速为ntq；再增加发动机转速时，Ttq有所下降，但功率继续增加，—直到最大功率Pemax，此时发动机转速为np继续增加转速时，功率下降，允许的发动机最高转速为nmax. 如转矩的单位以N.m表示，功率的单位以kw表示，转速以r/min表示，则功率与转矩有如下关系： Pe?Ttqn9549所以驱动力还可用下式表达： Ft? 9549peigi0?tnr(N)(1?2) 发动机外特性曲线是在不带风扇、空气滤清器、消声器、废气净化器，发电机不发电，无空气压缩机等条件下测出的。 而带有全部附件时测出的曲线，称为使用外特性曲线。 图1-4 发动机外特性曲线和使用外特性曲线 显然，我们所采用的Ttq、Ｐe的值应选取使用外特性曲线上的点所对应的数值。 经研究发现，发动机外特性曲线和使用外特性曲线对应同一转速n时的数值差，随着n的增大而增大，汽油机使用外特性的最大功率比外特性的最大功率大约小15%，转速为0.5nmax：时，功率约小2%～6%；货车柴油机使用外特性的最大功率比外特性约小5%；轿车与轻型汽车约小10%。 图1-2 车用汽油机的外特性曲线
图1-3 发动机外特性和部分负荷特性曲线的比较 图1-4 发动机外特性曲线和使用外特性曲线 还应指出，外特性台架试验是在发动机工况相对稳定，即保持水、机油温度于规定的数值，且在各个转速不变时来测量转矩与油耗数值的；而在实际使用中，发动机的工况常是不稳定的。 例如在汽车加速时，发动机是在节气门开度迅速加大，曲轴转速连续由低升高的变化过程中工作的。发动机的热状况、可燃混合气的浓度等，与外特性台架试验时的稳定工况有差异。在加速过程的不稳定工况下，发动机所能提供的功率比稳定工况时要稍有下降，电喷汽油机比电喷汽油机比化油器汽油机要下降得更少些。在进行动力性估算时，一般仍沿用稳态工况时发动机台架试验所得到的使用外特性功率与转矩曲线。 2）多项式拟合： 为了便于用计算机计算和绘制汽车动力性的有关曲线，可用多项拟合公式来描述测得的外特性转矩曲线： Ttq?a0?a1n?a2n2????aknk 式中的系数a0、a1、a2…ak用最小二乘法来确定，拟合阶数ｋ一般在２～５中选取。 3）经验公式： 如果找不到外特性曲线的数据，仅知发动机的Pemax、np，则外特性的功率曲线可按下式计算： ??nPe?Pemax?c1?n????p????c2?n??n??p23??n?????????n????p??式中系数c1、c2的大小，对于汽油机，c1=c2=1.0；对于直接喷射式柴油 机，c1=0.5,c2=1.5；对于预燃室式柴油机，c1=0.6，c2=1.4。 2、 传动系的机械效率： 1）定义： 发动机的有效功率为Pe、在传动系内损耗的功率值为PT、驱动轮得到的功率为（Pe-PT ） 则传动系的机械效率为: ?T? Pe?PTPe2）功率损失PT PT是在离合器、变速器、传动轴、主降速器、驱动轮轴承等处损失的功率的总和，变速器及主传动器的功率损失是其中最主要的部分。 损耗的功率PT含机械损失功率和液力损失功率。 机械损失是指齿轮传动副、轴承、油封等处的摩擦损失机械损失与齿轮啮合的对数、传递转矩的大小等因素有关。 液力损失指消耗于润滑油的搅动、润滑油与旋转零件之间的表面摩擦等功率损失。液力损失的大小取决于润滑油的品种、温度、箱体内的液面高度及齿轮等旋转零件的转速等。 3)影响因素： A、挡位： 高速档的机械效率较高。这是因为，此时相同车速下，发动机处于低转速、大转矩工况，其机械损失的功率相对减少，液力损失的功率下降，从而使机械效率提高。所以，应尽量用高速档行驶。 直接档是把第一轴和第二轴连在一起，转矩不经变速器齿廓传递，其机械损失功率大大下降。所以直接档机械效率最高。 同一档位且传递转矩不变时，转速愈高效率愈低。同档位且转速不变时，机械效率随传递转矩的增加而有所提高。 B）使用： 齿廓啮合间隙过小、啮合印迹不正确、轴承调整过紧、各部油封过紧、润滑油粘度不当、油面过高过低、制动蹄与制动鼓分离不彻底等，都会使传动系的机械效率下降。 变速器和主传动器的油温对机械效率有很大影响。通常，变速器和主传动器的油温达到50??时，才具有正常的机械效率。
在使用过程中，新车走合期结束时机械效率最高。 4）常用数据： 在动力性计算时，机械效率取为常数。轿车取0.8～0.92，单级主传动货车取0.9，双级主传动货车取0.85，4×4汽车取0.85，6×6汽车取0.8。 传动系的机械效率受多种因素的影响，在对汽车进行一般动力性分析时可将它视为常数。