1.2 汽车的驱动力与行驶阻力

1、1 第一章 汽车动力性 本节重点计算并分析汽车行驶过程中的本节重点计算并分析汽车行驶过程中的 驱动力和行驶阻力。驱动力和行驶阻力。 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 返回目录返回目录 2 Tt F0Ft r ua 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 一、驱动力Ft 驱动力驱动力Ft：发动机产：发动机产 生的转矩经传动系传到生的转矩经传动系传到 驱动轮，产生驱动力矩驱动轮，产生驱动力矩 Tt，驱动轮在，驱动轮在Tt的作用的作用 下给地面作用一圆周力下给地面作用一圆周力 F0，地面对驱动轮的反，地面对驱动轮的反 作用力作用力Ft即为驱动力。即为驱动力。 3 Tt F0Ft r

2、 tq g0T t T i i F r r T F t t ttq g0T TT i i ua Tt驱动力矩；驱动力矩； Ttq 发动机转矩；发动机转矩； 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 一、驱动力Ft ig变速器传动比；变速器传动比； i0主减速器传动比；主减速器传动比； T传动系的机械效率。传动系的机械效率。 4 r iiT F T0gtq t Ft 与发动机转矩与发动机转矩Ttq、变速器传动比、变速器传动比 ig、主减、主减 速器传动比速器传动比 i0、传动系的机械效率、传动系的机械效率T 和车轮半径和车轮半径 r 等因素有关。等因素有关。 第二节第二节 汽车

3、的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 由由 可知可知 5 驱动力和车速都与发动机特性有直接关系，可以通过发驱动力和车速都与发动机特性有直接关系，可以通过发 动机特性曲线找出驱动力与车速之间的关系。动机特性曲线找出驱动力与车速之间的关系。 发动机发动机 uaFt 计算驱动力是为了确定汽车的动力性指标，也即要找出计算驱动力是为了确定汽车的动力性指标，也即要找出 驱动力和车速的关系。驱动力和车速的关系。 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 6 发动机的转速特性，即发动机的转速特性，即Pe、Ttq、b=f（n）关系曲线。关系曲线。 节气门开启程度的不同节气门开启程度的不同

4、外特性曲线外特性曲线 部分负荷特性曲线部分负荷特性曲线 1.发动机的转速特性 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 7 9550 tq e nT P 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 8 发动机转速特性曲线发动机转速特性曲线 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 9 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 带上全部附件设备时的带上全部附件设备时的 发动机特性曲线，称为发动机特性曲线，称为使用使用 外特性曲线外特性曲线。一般，使用外。一般，使用外 特性与外特性相比：特性与外特性相比： 汽油机的最大功率约汽油

5、机的最大功率约小小 15%； 货车柴油机的最大功率货车柴油机的最大功率 约约小小5%； 轿车与轻型货车柴油机轿车与轻型货车柴油机 的最大功率约的最大功率约小小10%。 10 in Tin T P PP 等速行驶时等速行驶时 ein PP e T e Te T 1 P P P PP PT传动系损失的功率。传动系损失的功率。 Pin输入传动系的功率；输入传动系的功率； 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 2.传动系的机械效率T 11 部件名称部件名称T 46 挡变速器挡变速器95% 辅助变速器（副变速器或分动器）辅助变速器（副变速器或分动器）95% 8 挡以上变速器挡以上变

6、速器90% 单级减速主减速器单级减速主减速器96% 双级减速主减速器双级减速主减速器92% 传动轴的万向节传动轴的万向节98% 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 表表1-1 传动系各部件的传动效率传动系各部件的传动效率 12 自由半径自由半径：车轮处于无载时的半径。：车轮处于无载时的半径。 静力半径静力半径rs：汽车静止时，车轮中心至轮胎与道路接触：汽车静止时，车轮中心至轮胎与道路接触 面间的距离。面间的距离。 滚动半径滚动半径rr：车轮几何中心到速度瞬心的距离。：车轮几何中心到速度瞬心的距离。 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 3.车轮半径

7、 13 r iiT F T0gtq t 0g a 377. 0 ii nr u 做出的做出的Ft - ua关系图，即驱动力图。关系图，即驱动力图。 依据下面两式依据下面两式 以及发动机外特性曲线以及发动机外特性曲线 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 4.汽车的驱动力图 14 nminntqnpnmax n/(rmin-1)800330057006200 Ttq/(Nm )142195159143 ig1=2.13Ft1/N5438746860895477 ua1/(kmh-1 )7.129.250.554.9 例：已知奥迪例：已知奥迪A4轿车发动机的数据（如下表所示）

8、，轿车发动机的数据（如下表所示）， ig1=2.13，i0=6.333，r=0.317m，T=0.90，由，由 和可以对应计算出和可以对应计算出 1 挡的挡的Ft1和和ua1。 r iiT F T0gtq t a g 0 0.377 nr u i i 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 15 奥迪奥迪 A4 轿车驱动力图轿车驱动力图 1 a/(km h ) u 16 1 tF 2tF 3tF 4tF 5tF 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 17 jiwf FFFFF 滚动阻力滚动阻力Ff 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶

9、阻力 二、汽车的行驶阻力 空气阻力空气阻力Fw 坡度阻力坡度阻力Fi加速阻力加速阻力Fj 汽车行驶总阻力汽车行驶总阻力 18 软路面上软路面上 硬路面上硬路面上 产生滚动阻力的主要原因产生滚动阻力的主要原因 轮胎变形轮胎变形 轮胎变形和路面变形轮胎变形和路面变形 轮胎的迟滞损失轮胎的迟滞损失：轮胎在加载变形时所消耗的能量在卸：轮胎在加载变形时所消耗的能量在卸 载恢复时不能完全收回，一部分能量消耗在轮胎内部摩擦载恢复时不能完全收回，一部分能量消耗在轮胎内部摩擦 损失上，产生热量，这种损失称为轮胎的损失上，产生热量，这种损失称为轮胎的迟滞损失迟滞损失。 1.滚动阻力Ff 第二节第二节 汽车的驱动力

10、与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 19 aFT Z f f1p TrF r a F r T F Z f 1p r a f p1 FWf W F f 1p WfF f r T F f f f滚动阻力系数滚动阻力系数 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 令令 1）从动轮 WfF f 20 a u W p2 F 2X F Z F t T a r aFTrF ZX t2 ft TT r T r T FX ft 2 ft FF 即路面作用于驱动轮的切向力即路面作用于驱动轮的切向力FX2比比Ft要小。要小。 2）驱动轮受力分析 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶

11、阻力 21 4 a 4 a 10 100100 u f u fff ua高高 f 大大 货车货车 f=0.0076+0.000056ua 3）影响Ff的因素 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 轿车轿车 （1）车速 ua 22 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 z f 23 轮胎的两个最重要参数：极限速度和承载量。轮胎的两个最重要参数：极限速度和承载量。 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 临界车速临界车速（最高车速）（最高车速） 当汽车车速超过临界车速时，轮胎会出现驻波现象，当汽车车速超过临界车速时，轮胎会出现驻波现象

12、， 其周缘呈明显的波浪状，且轮胎温度快速增加。其周缘呈明显的波浪状，且轮胎温度快速增加。 后果是大量发热导致轮胎破损或爆胎。后果是大量发热导致轮胎破损或爆胎。 驻波现象驻波现象：在高速行驶时，轮胎离开地面后因变形在高速行驶时，轮胎离开地面后因变形 所产生的扭曲并不立即恢复，其残余变形形成了一种波，所产生的扭曲并不立即恢复，其残余变形形成了一种波， 这就是驻波。此时轮胎周缘不再是圆形，而呈明显的波这就是驻波。此时轮胎周缘不再是圆形，而呈明显的波 浪形。轮胎刚离开地面时波的振幅最大，它按指数规律浪形。轮胎刚离开地面时波的振幅最大，它按指数规律 沿轮胎圆周衰减。沿轮胎圆周衰减。 24 驻波现象（图像

13、）驻波现象（图像） 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 25 子午线轮胎子午线轮胎比斜交轮胎的滚动阻力小比斜交轮胎的滚动阻力小20%30； 滚动阻力滚动阻力与轮胎的帘线（棉、人造丝、尼龙、钢丝）与轮胎的帘线（棉、人造丝、尼龙、钢丝） 和橡胶品质有关。和橡胶品质有关。 （2）轮胎结构 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 26 （3）气压 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 气压越高，轮胎变形及由其产生的迟滞损失就越小，气压越高，轮胎变形及由其产生的迟滞损失就越小， 滚动阻力也越小。滚动阻力也越小。 27 （4）驱动力 第二节

14、第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 28 路面类型路面类型滚动阻力系数滚动阻力系数 良好的沥青或混凝土路面良好的沥青或混凝土路面0.0100.018 一般的沥青或混凝土路面一般的沥青或混凝土路面0.0180.020 碎石路面碎石路面0.0200.025 良好的卵石路面良好的卵石路面0.0250.030 坑洼的卵石路面坑洼的卵石路面0.0350.050 压紧土路压紧土路干燥的干燥的0.0250.035 雨后的雨后的0.0500.150 泥泞土路（雨季或解冻期）泥泞土路（雨季或解冻期）0.1000.250 干沙干沙0.1000.300 湿沙湿沙0.0600.150 结冰路面结冰路

15、面0.0150.030 压紧的雪道压紧的雪道0.0300.050 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 由轮胎由轮胎 与土壤之与土壤之 间的粘着间的粘着 性所致性所致 （5）路面条件 表表1-2 滚动阻力系数滚动阻力系数 f 的数值的数值 29 离心力离心力前、后轮产生侧偏力前、后轮产生侧偏力 侧偏力沿行驶方向产生分力侧偏力沿行驶方向产生分力滚动阻力增加滚动阻力增加 （6）转向 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 30 （1）压力阻力（占（占91） 汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向的分力称汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向的分力称 为

16、空气阻力。为空气阻力。 作用在汽车外形表面上的法向压力的合力在行驶方向作用在汽车外形表面上的法向压力的合力在行驶方向 上的分力。上的分力。 2.空气阻力FW 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 31 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 32 取决于车身主体形状。取决于车身主体形状。 1）形状阻力 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 33 后视镜后视镜 车身表面的凸起物引起的阻力。车身表面的凸起物引起的阻力。 2）干扰阻力 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 34 后视镜后视镜 后视镜设计后视镜设计

17、也要注重流线形也要注重流线形 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 35 后视镜后视镜 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 36 后视镜后视镜 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 37 门把手门把手 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 38 悬架导向杆和传动轴悬架导向杆和传动轴 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 39 满足冷却、通风等需要，使空气流经车体内部时构成的阻力。满足冷却、通风等需要，使空气流经车体内部时构成的阻力。 4）诱导阻力 空气升力在水平方向的投影。空气升力在

18、水平方向的投影。 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 3）内循环阻力 由于流经车顶的气流速由于流经车顶的气流速 度大于流经车底的气流速度，度大于流经车底的气流速度， 使得车底的空气压力大于车使得车底的空气压力大于车 顶，从而空气作用在车身上顶，从而空气作用在车身上 的垂直方向的压力形成压差，的垂直方向的压力形成压差， 这就是这就是空气升力。 40 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 （2）摩擦阻力（9） 由于空气粘性作用在车身表面产生的切向力的合力由于空气粘性作用在车身表面产生的切向力的合力 在行驶方向的分力。在行驶方向的分力。 41 2 rDw

19、 2 1 uACF 24 1.2258N sm 15.21 2 aD w AuC F CD空气阻力系数；空气阻力系数； A迎风面积；迎风面积； ur相对速度；相对速度； 空气密度。空气密度。 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 （3）空气阻力FW的计算 42 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 发动机盖应向前下倾发动机盖应向前下倾 （4）减小CD值要遵循的要点 1）车身前部 43 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 面与面交接处的棱角应为圆柱状。面与面交接处的棱角应为圆柱状。 44 过渡不理想过渡不理想 第二节第二节 汽车

20、的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 面与面交接处的棱角应为圆柱状。面与面交接处的棱角应为圆柱状。 45 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 风窗玻璃应尽可能风窗玻璃应尽可能“躺平躺平”，且与车顶圆滑过渡。，且与车顶圆滑过渡。 46 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 越野车很难做到越野车很难做到 风窗玻璃应尽可能风窗玻璃应尽可能“躺平躺平”，且与车顶圆滑过渡。，且与车顶圆滑过渡。 47 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 尽量减少灯、后视镜和门把手等凸出物。尽量减少灯、后视镜和门把手等凸出物。 48 第二节第二节 汽

21、车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 上掀式前照灯上掀式前照灯（视频）（视频） 49 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 在保险杠下面，应安装合适的扰流板。在保险杠下面，应安装合适的扰流板。 50 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 车轮盖应与轮胎相平。车轮盖应与轮胎相平。 51 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 整个车身应向前倾整个车身应向前倾12。 2）整车 52 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 水平投影应为腰鼓形。水平投影应为腰鼓形。 53 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车

22、的驱动力与行驶阻力 后端稍稍收缩，前端呈半圆形。后端稍稍收缩，前端呈半圆形。 54 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 最好采用舱背式或直背式。最好采用舱背式或直背式。 3）汽车后部 55 应安装后扰流板。应安装后扰流板。 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 56 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 当车速超过当车速超过120km/h，尾翼会自动升高，尾翼会自动升高160mm，为车身增为车身增 加加30的下压力；在车速低于的下压力；在车速低于80km/h，尾翼又会自动降低。，尾翼又会自动降低。 应安装后扰流板。应安装后扰流

23、板。 57 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 应安装后扰流板。应安装后扰流板。 58 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 应安装后扰流板。应安装后扰流板。 59 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 应安装后扰流板。应安装后扰流板。 60 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 若用折背式，则行李箱盖板至地面距离应高些，长度要短些。若用折背式，则行李箱盖板至地面距离应高些，长度要短些。 61 后面应采用鸭尾式结构。后面应采用鸭尾式结构。 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 62

24、第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 后面应采用鸭尾式结构。后面应采用鸭尾式结构。 63 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 所有零件应在车身下平面内且较平整，最好有平滑所有零件应在车身下平面内且较平整，最好有平滑 的盖板盖住底部。的盖板盖住底部。 4）车身底部 64 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 底部比较凌乱底部比较凌乱 65 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 底部比较凌乱底部比较凌乱 66 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 仔细选择进风口与出风口的位置，精心设计内

25、部风道。仔细选择进风口与出风口的位置，精心设计内部风道。 5）发动机冷却通风系统 67 冷却前制动器冷却前制动器 冷却前制动器冷却前制动器 冷却发动机和制动器冷却发动机和制动器 冷却后制动器和润滑系统冷却后制动器和润滑系统 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 68 冷却发动机和前制动器冷却发动机和前制动器 冷却后制动器冷却后制动器 为发动机提供充足的空气为发动机提供充足的空气 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 69 什么是超级跑车？什么是超级跑车？ 限量生产、价格高昂、动力强劲（限量生产、价格高昂、动力强劲（3.5L以上、以上、8缸以缸以 上）

26、、起步快（上）、起步快（0100km/h时间在时间在5s以内）、技术超群、以内）、技术超群、 车身自重轻（采用碳纤维或轻质合金材料）、外观超前等。车身自重轻（采用碳纤维或轻质合金材料）、外观超前等。 形象的描述：形象的描述：外观鲜亮，让人爱得要死；加速时令人外观鲜亮，让人爱得要死；加速时令人 皮肤绷紧、汗毛直竖，让人吓得要死；数量奇少，价格奇皮肤绷紧、汗毛直竖，让人吓得要死；数量奇少，价格奇 高，让人想得要死。高，让人想得要死。 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 思考：对于轿车和超级跑车思考：对于轿车和超级跑车，哪种车型的空气阻力系数更哪种车型的空气阻力系数更 大？为

27、什么？大？为什么？ 70 三种超级跑车三种超级跑车 兰博基尼兰博基尼 法拉利法拉利 保时捷保时捷 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 71 减小减小CD值要遵循的要点总结如下：值要遵循的要点总结如下： 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 72 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 未来轿车的外形未来轿车的外形 73 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 导流板导流板 6）货车和半挂车的空气阻力也很重要，不少货车驾驶室）货车和半挂车的空气阻力也很重要，不少货车驾驶室 上已装用导流板等装置，以减小空气阻力、

28、节省燃油。上已装用导流板等装置，以减小空气阻力、节省燃油。 74 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 75 车型车型空气阻力系数空气阻力系数CD 帕萨特帕萨特0.28 奥迪奥迪A40.28 现代现代0.29 奔驰奔驰C级级0.26 奔驰奔驰S级级0.27 保时捷保时捷0.31 陆虎览胜陆虎览胜0.38 一些常见车型的空气阻力系数一些常见车型的空气阻力系数 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 76 i sinFG 汽车重力沿坡道的分力。汽车重力沿坡道的分力。 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 3.坡度阻力Fi 77 路面路面imax 高速公路平原微丘区高速公路平原微丘区3% 高速公路山岭重丘区高速公路山岭