流体力学在车辆工程中的应用与分析
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【摘要】近年来随着液压与气压技术的发展和在车辆工程的应用，车辆的各项性能都有了很大地提高，尤其是现代车辆上使用了电脑、机电液一体化的高新技术，使车辆的发展更上了一个新的台级。了解流体力学在车辆工程中的应用，不仅可以加深我们对于专业学习的理解，对于从事汽车理论学习和设计制造维修的人员更加具有重要的意义。
【关键词】液压与气压 流体力学 车辆工程 应用
1 引言
车辆在现代社会中使用广泛，它关系着我国经济建设支柱产业之一的汽车工业及交通运输事业的振兴和发展，并对农业现代化和国防装备现代化具有重大的影响。现在汽车都在向着驾驶方便、运行平稳、乘坐舒适、安全可靠、节能环保的方向发展。在这些发展中液压气压与液力传动技术起了主导作用。液压气压与液力传动在汽车上的应用具有一定的特点，由于汽车整体结构和轻量化的要求，系统结构紧凑、元件组合性强与电气结合，能够根据汽车的运行状况进行控制。本文就流体力学在车辆工程中的应用进行了分析与介绍。
2 流体力学在车辆工程中的应用与分析
2.1流体力学在汽车外型上的应用
1减小阻力
随着汽车速度的增加，汽车外形不仅要考虑机械工程学、人机工程学和美观，并且越来越多的考虑空气动力学，以减小阻力。降低风阻和提高下压力有两个主要的办法，减少迎风面积和采用流线形状。流线型则可以减少空气流经车身时产生的涡流，从而减少阻力。
2 增加附着力
从汽车的外形设计，需要考虑保持行车稳定所需要的下压力，特别是在高速场合里。可以通过流线形来改变空气于车体上部和地盘下部的气流流速来控制下压力。赛车需要高速拐弯以及急加速时，需要增加轮胎对地面确实的附着力，防止打滑。车体底部的中间部分向下突起，使之与路面的间距变窄，而车体的前后部与地面的距离较大。这样，流体在通过狭窄的部分时，流速加快，此处的压力就会下降，使车体被吸向路面，增加附着力，从而防止打滑，使高速行驶变为可能。
2.2流体力学在自动减速器中的应用
汽车变速器，是一套用于来协调发动机的转速和车轮的实际行驶速度的变速装置，用于发挥发动机的最佳性能。变速器可以在汽车行驶过程中，在发动机和车轮之间产生不同的变速比，通过换挡可以使发动机工作在其最佳的动力性能状态下。汽车自动变速器常见的型式有液力自动变速器（AT）、机械无级自动变速器(CVT)、电控机械自动变速器(AMT)、双离合器变速器（DSG）。目前应用最广泛的是AT，AT几乎成为自动变速器的代名词。AT是由液力变扭器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来实现变速变矩。其中液力变扭器是最重要的部件，它由泵轮、涡轮和导轮等构件组成，兼有传递扭矩和离合的作用。
2.3流体力学在悬架系统中的应用
汽车电控液压悬架可以使司乘人员都有乘坐软弹簧的舒服感，而且还能保证汽车的灵活性和稳定性。目前轿车上采用的电子控制悬架都具有灵敏的车高调节功能，不管车辆(规定范围)如何变化，都可以保持汽车的一定高度，大大地减少了汽车在转弯时产生的倾斜程度。当车辆在凸凹不平的道路上行驶时可以提高车身的高度，当车辆高速行驶时又可使车身的高度降低，以减少风的阻力。汽车电控液压悬架还具有衰减力的调节功能，以提高车辆的稳定性。在急转弯、急加速和紧急制动时，还可以抑制车辆姿态的变化。
2.4流体力学在制动系统中的应用
汽车制动系统是汽车安全行驶中最重要的部分。随着发动机的技术发展和道路条件的改善，汽车的行驶速度和单次运行距离都有了很大地发展，行驶动能大幅度地提高，从而使得传统的摩擦片式制动装置越来越不能适应长时间、高强度的工作需要。由于频繁或长时间地使用制动器，出现摩擦片过热衰退现象，严重时导致制动失效，威胁到行车安全。车辆也因为频繁更换制动蹄片和轮胎导致运输成本的增加。为了解决这一问题，应运而生的各种车辆的助制动系统迅速发展，液力缓速器就是其中的一种。当今的液力缓速器主要用在重型载货汽车
和大中型客车上。液力缓速器的使用和推广，大大地改善了传统的制动器的不足。
2.5流体力学在减震系统中的应用
为了保证机车车辆在线路上安全、 平稳地运行， 必须在其走行部即转向架中装用具有良好性能的弹簧悬挂减振装置。这种装置通常由两部分组成： 一是弹性元件， 它起缓冲来自轮轨的动力的作用， 如采用螺旋弹簧、 空气弹簧或橡胶弹簧； 二是减振器， 它起减小车辆悬挂系统振动的作用， 如采用液压减振器或摩擦式减震器。在现代机车和客车上， 摩擦式减震器已全部为液压减振器所取代。现代的液压 （油压） 减震器几乎能实现任何实际需要的减振阻力特性， 因此广泛地应用于铁道机车车辆和各种公路车辆上。减振器工作时， 活塞在油缸中往复运动， 油液在缸中流动时经阻尼阀而产生减振阻力， 同时， 减震器将系统的振动能量转化为油液的热量而散逸。对液压减振器的基本要求是：1.具有合适而且稳定的阻力大小和特性；2.结构坚固， 使用寿命长； 3.使用中油液不泄漏； 4.便于维修。
2.6流体力学在转向系统中的应用
汽车附着力汽车在行驶过程中，需按照驾驶员的意志经常改变其行使方向，即所谓汽车转向。用来改变
或恢复汽车行驶方向的专设机构，即称为汽车转向系统。汽车转向系统的功用是，保证汽车能按照驾驶员的意志而进行转向行使。按转向能源不同分：机械转向系和动力转向系； 机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。动力转向系：由驾驶员体力和发动机为转向能源的转向系。液压式动力转向系组成：由一套机械转向系和液压转向装置组成。液压转向装置由转向油罐、转向油泵、转向控制阀、转向动力缸组成。
2.7流体力学在防滑系统中的应用
ABS是一项在80年代末才兴起应用的新技术，现在已经成为一般轿车的必装件了。汽车突然遇到情况发刹车时，车子十分容易产生滑移并发生侧滑，即人们俗称的“甩尾”，这是一种非常容易造成车祸的现象。造成汽车侧滑的根本的原因是汽车在紧急制动时车轮轮胎与地面的滚动摩擦会突然变为滑动摩擦，轮胎的抓地力几乎丧失，此时此刻驾驶者尽管扭动方向盘也会无济于事。ABS的工作原理简单一点来讲，就是由轮速感应器监测车轮的转速，监测信号汇集到电子控制器内分析，一旦监测到车轮快要抱死时，电子控制器会发出指令给电磁调节器，由它控制油压分配阀调节各个车轮的制动分泵，以“一放一收”的点放形式来控制刹车摩擦片，解除车轮的抱死现象。用点放形式来制动，即可急剧降低轮速，又可保持轮胎与地面的附着力。
【参考文献】
[1]金朝铭.液压流体力学.北京：国防工业出版社,1994
[2]陈家瑞.汽车构造.北京：机械工业出版社，2005
[3]韩晓娟.机械设计课程设计.北京：机械工业出版社，2000
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