第三章 汽车动力性

1、1-166 汽车的动力性是指汽车在良好的路面汽车的动力性是指汽车在良好的路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定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。它表示了的、所能达到的平均行驶速度。它表示了汽车以最大可能的平均行驶速度运送货物汽车以最大可能的平均行驶速度运送货物或乘客的能力。汽车的动力性是汽车各种或乘客的能力。汽车的动力性是汽车各种性能中最重要、最基本的性能。性能中最重要、最基本的性能。2-166第一节 汽车的动力性指标 汽车的动力性主要由最高车速、加速能力和爬坡能力三汽车的动力性主要由最高车速、加速能力和爬坡能力三个指标来评价，即：个指标来评价，即： 1.汽车的

2、最高车速汽车的最高车速Vamax，单位为，单位为km/h；汽车的最高车速指汽车在平直的良好路面上所能达到汽车的最高车速指汽车在平直的良好路面上所能达到的最高行驶速度。的最高行驶速度。 2.汽车的加速能力汽车的加速能力汽车的加速能力可由所能达到的加速度汽车的加速能力可由所能达到的加速度dV/dt（m/s2）或加速过程所经历的时间或加速过程所经历的时间tj（s）评价。）评价。汽车加速能力又分为二种：汽车加速能力又分为二种： 1）原地起步加速能力，）原地起步加速能力，2）超车加速能力。）超车加速能力。3-166原地起步加速是指：汽车由原地起步加速是指：汽车由1 1档或档或2 2档起步，并以最大档起步

3、，并以最大的加速度逐步换至最高档后，行驶到某一预定的距离（通常的加速度逐步换至最高档后，行驶到某一预定的距离（通常为为400m400m）或达到某一预定的车速（通常为）或达到某一预定的车速（通常为100km/h100km/h）所需要）所需要的时间。的时间。超车加速是指：用最高档或次高档由某一较低车速全超车加速是指：用最高档或次高档由某一较低车速全力加速至某一高速所需要的时间，其速度范围尚无统一规定，力加速至某一高速所需要的时间，其速度范围尚无统一规定，一般低速取一般低速取30km/h30km/h或或40km/h40km/h，而高速为，而高速为0.8V0.8Vmaxmax或某一高速。或某一高速。3

4、.3.汽车的爬坡能力汽车的爬坡能力汽车的爬坡能力用最大爬坡度汽车的爬坡能力用最大爬坡度i imaxmax（% %）评价，是指）评价，是指汽汽车车满载时以满载时以1 1档在良好路面上所能通过的最大坡度。档在良好路面上所能通过的最大坡度。4-1663.最大爬坡度imaxsh车型车型最大爬坡度最大爬坡度imax切诺基切诺基30通用开拓者通用开拓者50长丰猎豹长丰猎豹70帕杰罗帕杰罗70陆虎陆虎100陆地巡洋舰陆地巡洋舰100坡度的概念坡度的概念tanhiS货车满载货车满载 imax=30越野车越野车 imax=605-166第二节 汽车行驶方程式 汽车沿行驶方向的动力状况，由其在该方向上受到的各种汽

5、车沿行驶方向的动力状况，由其在该方向上受到的各种外力所决定。汽车行驶过程中的驱动力与行驶阻力始终相等。外力所决定。汽车行驶过程中的驱动力与行驶阻力始终相等。 汽车的驱动力与行驶阻力的平衡关系式称为汽车的行驶方汽车的驱动力与行驶阻力的平衡关系式称为汽车的行驶方程式。即：程式。即：Ft=F式中式中:Ft汽车的驱动力（汽车的驱动力（N）；）； F汽车行驶阻力之和（汽车行驶阻力之和（N）。）。根据汽车行驶方程式，可以计算：根据汽车行驶方程式，可以计算：1）汽车的最高车速、）汽车的最高车速、2）加速度、加速度、3）最大爬坡度。最大爬坡度。6-166一一.汽车的驱动力汽车的驱动力 驱动力是由发动机的转矩经

6、传动系传至驱动轮上得到的。驱动力是由发动机的转矩经传动系传至驱动轮上得到的。 汽车发动机产生的有效转矩经汽车传动系传到驱动轮上，汽车发动机产生的有效转矩经汽车传动系传到驱动轮上，产生一个对地面的圆周力产生一个对地面的圆周力F0，地面对驱动轮的反作用力，地面对驱动轮的反作用力Ft即是即是驱动汽车的外力驱动汽车的外力汽车的驱动力。汽车的驱动力。 式中式中 Ft汽车驱动力（汽车驱动力（N）；）；Tt作用于驱动轮的转矩（作用于驱动轮的转矩（Nm）；）；r车轮半径（车轮半径（m）。）。若发动机发出的有效转矩为若发动机发出的有效转矩为Te，变速器的传动比为，变速器的传动比为ig，主减速，主减速器传动比为器

7、传动比为io，传动系的机械效率为，传动系的机械效率为t，则作用于驱动轮上的，则作用于驱动轮上的转矩为转矩为 TtTeigiotrTFtt7-166TtF0Ftrua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。8-166TtF0Ftrtq g0TtT i iFrrTFttttq g0TTT i iuaTt驱动力矩；驱动力矩；Ttq 发动机转矩；发动机转矩

8、；一、驱动力Ftig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。9-166riiTFT0gtqt能否解释为什么汽车低挡的加速能力好于高挡？能否解释为什么汽车低挡的加速能力好于高挡？思考思考 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。由由 可知可知10-166 对于装有分动器、轮边减速器、液力传动等装置的汽车，对于装有分动器、轮边减速器、液力传动等装置的汽车，上式应计入相应的传动比和机

9、械效率。上式应计入相应的传动比和机械效率。 汽车的驱动力为汽车的驱动力为 FtT tr= Teigiotr （3-1） 1.发动机有效转矩发动机有效转矩Te 发动机输出功率发动机输出功率Pe(kw)、有效转矩、有效转矩Te(Nm)和燃油消耗率和燃油消耗率ge(g/kWh)随曲轴转随曲轴转速速ne(r/min)的变化曲线，称为发动机的速的变化曲线，称为发动机的速度特性曲线。度特性曲线。发动机外特性曲线发动机外特性曲线节气门全开节气门全开（或高压油泵在最大供油位置）时的外特（或高压油泵在最大供油位置）时的外特性曲线。性曲线。 发动机部分特性曲线发动机部分特性曲线节气门部节气门部分开启（或部分供油量

10、位置）时的速度特分开启（或部分供油量位置）时的速度特性曲线。性曲线。11-166在进行动力性估算时，一般仍沿用台架试验稳定工况时所测在进行动力性估算时，一般仍沿用台架试验稳定工况时所测得的使用外特性中的功率和转矩曲线。得的使用外特性中的功率和转矩曲线。 发动机功率的单位如用发动机功率的单位如用kw表示，则功率和转矩有如下关表示，则功率和转矩有如下关系：系： PeT ene9550 （3-2）式中：式中：T e发动机转矩，单位为发动机转矩，单位为Nm; ne发动机转速，单位为发动机转速，单位为r/min。使用外特性曲线使用外特性曲线发动机带有全部附件（空气滤清发动机带有全部附件（空气滤清器、水泵

11、、风扇、发电机、空气压缩机、消声器等）时，测器、水泵、风扇、发电机、空气压缩机、消声器等）时，测得的发动机外特性曲线。得的发动机外特性曲线。 2. 传动系的机械效率传动系的机械效率发动机的有效功率发动机的有效功率Pe经传动系传至驱动轮的过程中，经传动系传至驱动轮的过程中，为了克服传动系各部件中的摩擦，会消耗掉一部分功率为了克服传动系各部件中的摩擦，会消耗掉一部分功率Pw。传动系的机械效率为：传动系的机械效率为： t1PwP e ( 3-3 )12-166传动系的机械效率因受到多种因素的影响而有所变化，传动系的机械效率因受到多种因素的影响而有所变化，但在进行汽车动力性的初步分析时可把它看作一个常

12、数。但在进行汽车动力性的初步分析时可把它看作一个常数。传动系的功率损失由传动系中的部件传动系的功率损失由传动系中的部件变速器、传变速器、传动轴、万向节、主减速器等的功率损失所组成。其中变速器动轴、万向节、主减速器等的功率损失所组成。其中变速器和主减速器的功率损失所占比重最大，其余部件的功率损失和主减速器的功率损失所占比重最大，其余部件的功率损失较小。较小。 传动系功率损失可分为机械损失和液力损失两大类。机传动系功率损失可分为机械损失和液力损失两大类。机械损失是指齿轮传动副、轴承、油封等处的磨擦损失。机械械损失是指齿轮传动副、轴承、油封等处的磨擦损失。机械损失与啮合齿轮的对数、传递的转矩等因素有

13、关。液力损失损失与啮合齿轮的对数、传递的转矩等因素有关。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。液力损失与润滑油的品种、温度、箱体内的油等功率损失。液力损失与润滑油的品种、温度、箱体内的油面高度以及齿轮等旋转零件的转速有关。面高度以及齿轮等旋转零件的转速有关。13-166 传动系的机械效率是在专门试验台上测得的。试验结果表传动系的机械效率是在专门试验台上测得的。试验结果表明，在直接档工作时啮合的齿轮不传递转矩，因此比超速挡明，在直接档工作时啮合的齿轮不传递转矩，因此比超速挡和其它档位时的效率要高。同一档位转矩增

14、加时，润滑油损和其它档位时的效率要高。同一档位转矩增加时，润滑油损失所占比例减少，机械效率较高。转速低时搅油损失小，比失所占比例减少，机械效率较高。转速低时搅油损失小，比转速高时机械效率要高。转速高时机械效率要高。 传动系的机械效率因受到多种因素的影响而有所变化，但传动系的机械效率因受到多种因素的影响而有所变化，但在进行汽车动力性的初步分析时可把它看作一个常数，表在进行汽车动力性的初步分析时可把它看作一个常数，表3l为传动系各部件的传动效率。采用有级机械变速器传动系的为传动系各部件的传动效率。采用有级机械变速器传动系的轿车，其传动系机械效率可取为轿车，其传动系机械效率可取为0.90.92，货车

15、、客车可取，货车、客车可取为为0.820.85，越野汽车取，越野汽车取0.800.85。表。表3-1推荐的数值亦推荐的数值亦可用来估算汽车传动系的机械效率。可用来估算汽车传动系的机械效率。14-166传动系各总成的机械效率传动系各总成的机械效率总成名称总成名称效率效率(%)%)4646档变速器档变速器9595副变速器或分动器副变速器或分动器95958 8档以上变速器档以上变速器9090单级主减速器单级主减速器9696双级主减速器双级主减速器9292传动轴万向节传动轴万向节9898表表3-13-115-166转速转速机械损失机械损失液力损失液力损失转矩转矩齿轮对数齿轮对数过低，热容量小过低，热容

16、量小过高，搅油损失大过高，搅油损失大油面高度油面高度温度温度润滑油品质润滑油品质直接挡直接挡T最高最高T高高损失小损失小齿轮对数少齿轮对数少T高高损失的比重小损失的比重小损失小损失小Ttq大大传动系损失的功率传动系损失的功率P PT T主要与哪些因素有关？主要与哪些因素有关？ PT思考思考16-166传动系效率曲线传动系效率曲线挡挡挡挡11200r/min 21600r/min 31900r/min 42000r/min17-166 3. 车轮半径车轮半径r 轮胎的尺寸及结构直接影响着汽车的动力性。轮胎的尺寸及结构直接影响着汽车的动力性。 车轮处于无载荷作用时的半径，称为车轮处于无载荷作用时的

17、半径，称为自由半径自由半径ro ( m )； 汽车静止时，在汽车重力作用下，车轮中心到轮胎与道路汽车静止时，在汽车重力作用下，车轮中心到轮胎与道路接触面间的距离称为接触面间的距离称为静力半径静力半径rs（m）。车轮的静力半径小于其。车轮的静力半径小于其自由半径。自由半径。 以车轮转动圈数与实际车轮滚动距离之间的关系换算得出以车轮转动圈数与实际车轮滚动距离之间的关系换算得出车轮半径，则称为车轮的车轮半径，则称为车轮的滚动半径滚动半径rr。r r=S/2n式中式中n车轮转动的圈数；车轮转动的圈数； S在转动在转动n圈时车轮滚动的距离。圈时车轮滚动的距离。 同时承受垂直载荷和转矩的车轮半径称为同时承

18、受垂直载荷和转矩的车轮半径称为动态半径动态半径rd ( m )作动力学分析时，采用动态半径或静力半径；而作运动学分作动力学分析时，采用动态半径或静力半径；而作运动学分析时应采用滚动半径。析时应采用滚动半径。18-166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。3.车轮半径19-166 4. 汽车的驱动力图汽车的驱动力图 一般用驱动力一般用驱动力Ft (N)与车速与车速Va

19、 (km/h)之间的函数关系曲线之间的函数关系曲线FtV a来全面表示汽车的驱动力的大小及其变化，称为来全面表示汽车的驱动力的大小及其变化，称为汽车汽车的驱动力图的驱动力图。汽车驱动力图直观地表示变速器处于各档位时，。汽车驱动力图直观地表示变速器处于各档位时，驱动力随车速变化的规律。驱动力随车速变化的规律。 作驱动力图时，首先用式作驱动力图时，首先用式Ft Teigiotr求出汽车变速器处于各挡求出汽车变速器处于各挡位，不同发动机转速时的驱动力位，不同发动机转速时的驱动力Ft值，再根据发动机转速值，再根据发动机转速n与汽车行驶与汽车行驶速度速度 Va之间的转换关系之间的转换关系Va0.377r

20、nigio（kmh） 求出各发动机转速求出各发动机转速n和在变速器和在变速器处于不同档位时的车速处于不同档位时的车速Va，即可求，即可求得各个档位的得各个档位的FtVa曲线即汽车的曲线即汽车的驱动力图。驱动力图。20-166riiTFT0gtqt0ga377.0iirnue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4.汽车的驱动力图21-166nminntqnpnmaxn/(rmin-1)800330057006200Ttq/(Nm )142195159143ig1=2.13Ft1/N54387468608

21、95477ua1/(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），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。riiTFT0gtqtag 00.377nrui i22-166奥迪奥迪 A4 A4 轿车驱动力图轿车驱动力图1a/(km h )u23-1661 tF2tF3tF4tF5tF24-166 二二.汽车的行驶阻力汽车的行驶阻力 汽车的行驶阻力分为汽车的行驶阻力分为稳定行驶阻力稳定行驶阻力和和动态行驶阻力动态

22、行驶阻力两大类两大类 汽车在水平道路上直线等速行驶时，必须克服来自地面与汽车在水平道路上直线等速行驶时，必须克服来自地面与轮胎相互作用而产生的滚动阻力和来自车身与空气相互作用轮胎相互作用而产生的滚动阻力和来自车身与空气相互作用而产生的空气阻力。而产生的空气阻力。 滚动阻力以符号滚动阻力以符号Ff表示，空气阻力以符号表示，空气阻力以符号F w表示；当汽车表示；当汽车在坡道上直线上坡行驶时，还必须克服其重力沿波道的分力，在坡道上直线上坡行驶时，还必须克服其重力沿波道的分力，称为坡度阻力，以符号称为坡度阻力，以符号F i表示；汽车直线加速行驶时，还需表示；汽车直线加速行驶时，还需克服与加速度方向相反

23、的惯性力，即加速阻力，以符号克服与加速度方向相反的惯性力，即加速阻力，以符号F j表表示。因此，汽车直线行驶时其总阻力为示。因此，汽车直线行驶时其总阻力为: F =F f +F w +F i +F j 1. 滚动阻力滚动阻力 车轮滚动时，轮胎与路面在接触区域内产生法向和切向的车轮滚动时，轮胎与路面在接触区域内产生法向和切向的相互作用力，以及相应的轮胎和支承路面的变形。相互作用力，以及相应的轮胎和支承路面的变形。25-166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变形为什么会产生滚动阻力？轮胎变形为什么会

24、产生滚动阻力？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思考思考26-166ua加载变形区加载变形区卸载变形区卸载变形区n n思思考考 由轮胎的迟滞损失图看，在轮胎径向变形相同的情况下，由轮胎的迟滞损失图看，在轮胎径向变形相同的情况下，地面作用在加载变形区与卸载变形区的法向反力是否相等？地面作用在加载变形区与卸载变形区的法向反力是否相等？

25、27-166弹簧轮模型描述轮胎变弹簧轮模型描述轮胎变形导致阻力产生的机理。形导致阻力产生的机理。将弹性轮抽象为由轮周将弹性轮抽象为由轮周围均匀分布的许多微小弹簧和围均匀分布的许多微小弹簧和微小阻尼器形成微小阻尼器形成。在轮胎滚动在轮胎滚动过程中，各个弹簧和阻尼器反过程中，各个弹簧和阻尼器反复经历压缩和伸展作用，克服复经历压缩和伸展作用，克服减振器阻尼的作用而消耗阻尼减振器阻尼的作用而消耗阻尼功，表现为车轮的滚动阻力。功，表现为车轮的滚动阻力。 轮胎由于弹性迟滞现象，轮胎由于弹性迟滞现象，前部的地面法向反作用力大于前部的地面法向反作用力大于后部的地面法向反作用力，使后部的地面法向反作用力，使轮胎

26、前后地面的法向反作用力轮胎前后地面的法向反作用力的分布不对称，从而使法向反的分布不对称，从而使法向反作用力的合力作用力的合力F Fz z相对于法线相对于法线nnnn向前移动了距离向前移动了距离a a。28-166这样产生了阻力偶这样产生了阻力偶T Tf f=F=Fz za a，对于从动车轮在硬路面上等速滚动，对于从动车轮在硬路面上等速滚动时，作用在车轮中心的推力时，作用在车轮中心的推力F Fp1p1（下标（下标1 1指前轮）产生的力偶矩指前轮）产生的力偶矩应与阻力偶应与阻力偶T Tf f平衡。平衡。即：即：F Fp1p1r=Tr=Tf f。 因此有：因此有：F Fp1p1=T=Tf f/r=F

27、/r=Fz za/r=Fa/r=Fz zf f。 f=a/r=Ff=a/r=Fp1p1/F/Fz z称为滚动阻力系数，也即单位汽车重力所需推称为滚动阻力系数，也即单位汽车重力所需推力。力。当驱动轮在硬路面上等速滚动时，根据力和力矩的平衡当驱动轮在硬路面上等速滚动时，根据力和力矩的平衡条件有：条件有：T Tt t=T=Tf f+F+Fx2x2r r，或，或F Fx2x2=F=Ft t-F-Ff f。F Ff f=F=Fz zf f滚动阻力。滚动阻力。滚动阻力滚动阻力F Ff f的大小取决于滚动阻力系数的大小取决于滚动阻力系数f f。试验表明：。试验表明：f f大小与路面种类、行驶车速以及轮胎的构

28、造、材料、气压等大小与路面种类、行驶车速以及轮胎的构造、材料、气压等有关。有关。29-166aun nW dd1pF1XFaun nWp1F1XFaraun nW1pF1XFZFZFOEFCDAhZF1）从动轮受力分析从动轮受力分析FZdFZdfTZF30-166aFTZff1pTrFraFrTFZf1praf p1FWfWFf1pWfF frTFfff滚动阻力系数滚动阻力系数aun nWp1F1XFarZFaun nW1pF1XFfTZF令令31-166auWp2F2XFZFtTaraFTrFZXt2ftTT rTrTFXft2ftFF 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F

29、X2比比Ft要小。要小。2）驱动轮受力分析驱动轮受力分析32-1664a4a10100100VfVfff Va高高 f 大大 货车货车 f=0.0076+0.000056Va 3）影响影响Ff的因素的因素轿车轿车（1）车速 ua33-166 另外，行驶速度对滚动阻力另外，行驶速度对滚动阻力系数有很大影响，车速低于系数有很大影响，车速低于100km/h时，货车及轿车轮胎时，货车及轿车轮胎的滚动阻力系数随车速逐渐增的滚动阻力系数随车速逐渐增大，但变化不大。大，但变化不大。 当车速高于当车速高于140km/h时，时，轿车轮胎的滚动阻力系数增长轿车轮胎的滚动阻力系数增长较快，且当车速达到某一临界较快，

30、且当车速达到某一临界值时（如值时（如200km/h），轮胎发），轮胎发生驻波现象，滚动阻力系数迅生驻波现象，滚动阻力系数迅速增大，轮胎不再呈圆形而呈速增大，轮胎不再呈圆形而呈现明显的波浪状，轮胎温度很现明显的波浪状，轮胎温度很快提高快提高100以上，极易出现以上，极易出现爆胎现象。爆胎现象。34-166路路 面面 类类 型型滚滚 动动 阻阻 力力 系系 数数良好的沥青或混凝土路面良好的沥青或混凝土路面一般的沥青或混凝土路面一般的沥青或混凝土路面碎石路面碎石路面良好的卵石路面良好的卵石路面坑洼的卵石路面坑洼的卵石路面压紧土路：干燥的压紧土路：干燥的 雨后的雨后的泥泞土路（雨季或解冻期）泥泞土路（

31、雨季或解冻期）干砂干砂湿砂湿砂结冰路面结冰路面压紧的雪道压紧的雪道0.0100.0100.0180.0180.0180.0180.0200.0200.0200.0200.0250.0250.0250.0250.0300.0300.0350.0350.0500.0500.0250.0250.0300.0300.0250.0250.0350.0350.0500.0500.1000.1000.1000.1000.3000.3000.0600.0600.1500.1500.0150.0150.0300.0300.0300.0300.0500.050表表32 不同路面的滚动阻力系数不同路面的滚动阻力系数

32、35-166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。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，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

33、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。36-166驻波现象（图像）驻波现象（图像）37-166 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）轮胎结构轮胎结构38-166轮胎的结构、帘线轮胎的结构、帘线和橡胶的品种不同，轮胎和橡胶的品种不同，轮胎承载后滚动变形量也不同，承载后滚动变形

34、量也不同，而且变形后胎面、轮胎内而且变形后胎面、轮胎内部材料之间的摩擦有很大部材料之间的摩擦有很大差异，对滚动阻力系数都差异，对滚动阻力系数都有影响。与普通斜交轮胎有影响。与普通斜交轮胎相比，子午线轮胎的滚动相比，子午线轮胎的滚动阻力系数较低。轮胎充气阻力系数较低。轮胎充气压力对压力对f值有很大影响，气值有很大影响，气压降低时压降低时f 值迅速增加，值迅速增加，这是因为气压降低时，滚这是因为气压降低时，滚动的轮胎变形大，迟滞损动的轮胎变形大，迟滞损失增加的缘故。失增加的缘故。39-166（3）气压气压 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，

35、滚动阻力也越小。滚动阻力也越小。40-166（4）驱动力驱动力41-166为什么驱动力系数很大时，气压越低为什么驱动力系数很大时，气压越低 f 越小？越小？Ft胎面滑移胎面滑移Ff pa接地面积接地面积胎面滑移胎面滑移滑移引起的滑移引起的Ff 思考思考42-166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）转向转向43-166 车轮在柔性路面上车轮在柔性路面上( (土路、草地、沙土、雪土路、草地、沙土、雪地地) )运动时，需要克服附运动时，需要克服附加的滚动阻力。加的滚动阻力。使地面材使地面材料压缩和移动，形成轮

36、辙料压缩和移动，形成轮辙所需的力克服轮辙与轮胎所需的力克服轮辙与轮胎之间摩擦所需的力。之间摩擦所需的力。 柔性路面上的附加滚柔性路面上的附加滚动阻力与地面压强有关。动阻力与地面压强有关。 柔性路面与硬路面相柔性路面与硬路面相反减小轮胎气压有助与降反减小轮胎气压有助与降低滚动阻力。低滚动阻力。44-1662.坡度阻力和道路阻力坡度阻力和道路阻力isinFG汽车重力沿坡道的分力。汽车重力沿坡道的分力。坡度阻力坡度阻力FiG45-166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重丘区5%一级汽车专用公路平原微丘区一级汽车专用公路平原微丘区5%一级汽车专用公

37、路平原重丘区一级汽车专用公路平原重丘区6%四级公路平原微丘区四级公路平原微丘区6%四级公路平原重丘区四级公路平原重丘区9%一般道路的坡度均较小。一般道路的坡度均较小。一些常见路面的坡度一些常见路面的坡度46-166itansinGiGGFtansini47-166道路阻力道路阻力cos()FGfGiG fifiFFFsincosGGf滚动阻力和坡度阻力之和。滚动阻力和坡度阻力之和。一般道路一般道路 较小，较小， 1， i令令f+i= ， 为道路阻力系数为道路阻力系数FGsin48-1663.空气阻力空气阻力（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

38、时受到的空气作用力在行驶方向的分力称为空气阻力。空气阻力分为为空气阻力。空气阻力分为压力阻力压力阻力和和摩擦阻力摩擦阻力两部分两部分 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。49-16650-166 取决于车身主体形状。取决于车身主体形状。1 1）形状阻力）形状阻力51-166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 2）干扰阻力）干扰阻力52-166后视镜后视镜 后视镜设计后视镜设计也要注重流线形也要注重流线形53-166后视镜后视镜 54-166门把手门把手 55-166 满足冷却、通

39、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 4）诱导阻力）诱导阻力 空气升力在水平方向的投影。空气升力在水平方向的投影。3 3）内循环阻力）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。56-166思思考考夏季在高速公路上开空调省油还是开窗通风省油？夏季在高速公路上开空调省油还是开窗通风省油？打开天窗换气和打开侧窗

40、换气有何不同？打开天窗换气和打开侧窗换气有何不同？ 打开天窗换气时，天窗上打开天窗换气时，天窗上方的压力低于车内的压力。方的压力低于车内的压力。（2 2）摩擦阻力）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。57-1662rDw21VACF241.2258N sm15.212aDwAuCF CD空气阻力系数；空气阻力系数；A迎风面积；（迎风面积；（m2）Vr相对速度；（相对速度；（m/s）空气密度。空气密度。（3）空气阻力空气阻力FW的计算的计算58-166迎风面积迎风面积A是汽车在行是汽车在行驶方

41、向的投影面积，驶方向的投影面积，一般用一般用BXH近似表示。近似表示。（B轮距，轮距，H车高）车高）59-166发动机盖应向前下倾发动机盖应向前下倾（4）减小减小CD值要遵循的要点值要遵循的要点1 1）车身前部）车身前部60-166 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。61-166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。62-166 整个车身应向前倾整个车身应向前倾12。2 2）整车）整车63-166 最好采用舱背式或直背式。最好采用舱背式或直背式。3 3）汽车后部）汽车后部64-166 当车速超

42、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。应安装后扰流板。65-166 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66-166 仔细选择进风口与出风口的位置，精心设计内部风道。仔细选择进风口与出风口的位置，精心设计内部风道。5 5）发动机冷却通风系统）发动机冷却通风系统67-166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

43、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68-166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：69-16670-166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71-1664.加速阻力加速阻力平移质量的惯性力平移质量的惯性力 旋转质量的惯性力偶矩旋转质量的惯性力偶矩汽车加速行驶时，克服其质量加速运动时的惯性力。汽车加速行驶时，克服其质量加速运动时的惯性力

44、。tumFddjI折算到驱动车轮上全部旋转部件的转动惯量折算到驱动车轮上全部旋转部件的转动惯量(kgm2)；加速阻力加速阻力jtduFmdt1dddudtr dtjrdI dFrdtdtdurIFdjr272-166Im发动机、离合器和变速器转动惯量发动机、离合器和变速器转动惯量 ( kgm2 )IC传动轴、差速器等转动惯量传动轴、差速器等转动惯量 ( kgm2 ) ig变速器速比变速器速比 IR全部车轮转动惯量总和全部车轮转动惯量总和 ( kgm2 ) i0主减速器速比主减速器速比 mgCRIiiIiII2202073-166dtdumdtdummrIdtdurImFFFjrjtj)1 ()

45、(2222202202211111rIiimrIimrImmrImgCR旋转质量换算系数旋转质量换算系数总加速阻力总加速阻力Fj74-166挡位不同，挡位不同，值不同值不同75-166 总质量越小的车，旋转质量换算系数值越大。总质量越小的车，旋转质量换算系数值越大。总质量不同，总质量不同，值不同值不同76-166三三.汽车行驶方程式汽车行驶方程式tfwijFFFFFcos1 tq g 0T2Dadcossin21.15dT i iC AuGfuGmrt tq g0T2Dad21.15dT i iC AuGfuGimrt sintani 汽车行驶方程式77-166tiruiiIturiiIrIm

46、FFFFddddg2Tg20f2T202gf2wiwft汽车行驶方程式汽车行驶方程式表示汽车驱动力与汽车行驶阻力的数量关表示汽车驱动力与汽车行驶阻力的数量关系，是进行汽车动力性分析的基础。据此可以分析汽车的系，是进行汽车动力性分析的基础。据此可以分析汽车的最高最高车速、加速能力车速、加速能力和和爬坡能力爬坡能力。它与发动机的转矩、变速器传动。它与发动机的转矩、变速器传动比、主传动比、传动效率、车轮半径、空气阻力、汽车迎风面比、主传动比、传动效率、车轮半径、空气阻力、汽车迎风面积、汽车质量等参数有关。积、汽车质量等参数有关。78-166第三节 汽车动力性分析一一.汽车的驱动条件汽车的驱动条件由汽

47、车行驶方程式得：由汽车行驶方程式得：)(iwftFFFFdtdum要使要使du/dt0du/dt0，应满足：，应满足：)(iwftFFFF汽车驱动条件汽车驱动条件注意：汽车的动力性受附着条件的限制注意：汽车的动力性受附着条件的限制79-166二二.驱动力驱动力行驶阻力平衡图、动力特性图和功率平衡图行驶阻力平衡图、动力特性图和功率平衡图jiwftFFFFF 在驱动力图的基在驱动力图的基础上，画出础上，画出Ff+FW=f (ua) 就是驱动力就是驱动力行驶阻力平衡图。注行驶阻力平衡图。注意：汽车在水平路面意：汽车在水平路面上行驶时受到的阻力上行驶时受到的阻力只有：滚动阻力只有：滚动阻力Ff、空气阻

48、力空气阻力FW。1、驱动力行驶阻力平衡图FfFf+FW80-166jwiftFFFFFtguGFFddwtGFFDwtD动力因数。动力因数。2、动力特性图思考：动力因数能否反映汽思考：动力因数能否反映汽车动力性的好坏？已知哪些车动力性的好坏？已知哪些参数可做出动力特性图？参数可做出动力特性图？tguifdd汽车在各档下的动力因数汽车在各档下的动力因数D与车速与车速ua的关系曲线，称为动力特性图的关系曲线，称为动力特性图81-1663、功率平衡图 tumuGiuAuCGfuPdd360036007614036001aa3aDaTeaefwijTuPFFFFTaeFuP 汽车行驶过程中，发动机发出

49、的功率始终等于机械传动损汽车行驶过程中，发动机发出的功率始终等于机械传动损失功率与全部运动阻力所消耗的功率。失功率与全部运动阻力所消耗的功率。发动机的功率发动机的功率P Pe e与车速与车速u ua a的关系曲线，称为汽车功率平衡图的关系曲线，称为汽车功率平衡图。功率平衡图在分析汽车后备。功率平衡图在分析汽车后备功率和燃油经济性时较为方便。功率和燃油经济性时较为方便。82-166)(1fWtePPP83-16680033005700620062709690ig1=2.13ua17295055ig2=1.46ua210437380ig3=1.02ua31561105115ig4=0.73ua42

50、185147160ig5=0.57ua52699188205ig6=0.39ua639159276300例：已知奥迪例：已知奥迪A4轿车发动机及轿车发动机及6个挡传动比的数据（如下表个挡传动比的数据（如下表所示），所示）， i0=6.333， r=0.317m，由，由 可以对可以对应计算出应计算出 各各 挡的挡的ua，即可画出，即可画出 曲线。曲线。ag 00.377/()urni i功率平衡图 及及 间的关系图。间的关系图。 1/(r min )n/kWPeaPueaPufwta(PPu+)/84-1661a/(km h )u85-166三三.汽车动力性分析汽车动力性分析FfFf+FWuam

51、axau最高车速行驶时最高车速行驶时Fi=0Fj=0Ft=Ff+Fw发动机以部分发动机以部分负荷工作即可负荷工作即可思考思考 当当Ff+FW与与Ft5没有没有交点时，如何确定最高交点时，如何确定最高车速？此时对应的发动车速？此时对应的发动机工况如何？机工况如何？1.汽车的最高车速uamax 1)用驱动力用驱动力行驶阻力平衡图分析行驶阻力平衡图分析86-166fuamax计算汽车最高车速umax0ddtu0ifD 2)2)用动力特性图计算最高车速用动力特性图计算最高车速tguDddtguifdd87-1663) 3) 用功率平衡图分析汽用功率平衡图分析汽车最高车速车最高车速当驱动功率和当驱动功率

52、和克服行驶阻力所需功克服行驶阻力所需功率相等时，该点车速率相等时，该点车速即为最高车速。即为最高车速。一般最高车速一般最高车速在平直、良好道路上在平直、良好道路上测得，所以达到最高测得，所以达到最高车速时，功率平衡方车速时，功率平衡方程式为程式为)(1fWtePPP88-1662.汽车的加速能力从驱动力从驱动力行驶阻力平衡图可求得各档的后备驱动力：行驶阻力平衡图可求得各档的后备驱动力：F Ft t-(F-(Ff f+F+Fw w) )如用于加速（如用于加速（i=0i=0），即可求出对应的加速度：），即可求出对应的加速度：)(1ddwftFFFmtu汽车旋转质量换算系数汽车旋转质量换算系数89-

53、166如果忽略旋转质量如果忽略旋转质量的影响，即令的影响，即令=1=1，得到的加速度曲线如得到的加速度曲线如右图中实线。右图中实线。由于由于1 1而且档位越低，而且档位越低，i ig g值越大，值越大，值也越值也越大，所以实际加速度曲线为图中的虚线。大，所以实际加速度曲线为图中的虚线。90-166uatd1d Auauattuuuutd16 . 31d1da2a1210思考：从图中看，在什思考：从图中看，在什么时候换挡可以使加速么时候换挡可以使加速时间最短？时间最短？ 由加速度曲线由加速度曲线做加速度倒数曲线，做加速度倒数曲线，再积分，即可求出再积分，即可求出加速时间。加速时间。利用加速时间可

54、以方便直观地反映汽车加速过程的快慢利用加速时间可以方便直观地反映汽车加速过程的快慢91-166uatd1d 2a21a10111ddd3.6tuuuuttuuAaa 由加速度曲线由加速度曲线做加速度倒数曲线，做加速度倒数曲线，再积分，即可求出再积分，即可求出加速时间。加速时间。思考：从图中看，在什思考：从图中看，在什么时候换挡可以使加速么时候换挡可以使加速时间最短？时间最短？92-166所以由各档对应的后备动力因数所以由各档对应的后备动力因数( ( D-f D-f ) )，即可求，即可求出加速度出加速度( (i i=0)=0)tWFFduDfiGg dt 各档加速度的最大值总是对应各档加速度的

55、最大值总是对应于相应档位的后备驱动力或后于相应档位的后备驱动力或后备动力因数的最大值。备动力因数的最大值。 因为动力因数因为动力因数duDfgdtdudt根据汽车的动力特性图，求得动力因数根据汽车的动力特性图，求得动力因数D，然后利用下式，然后利用下式可求得加速度曲线可求得加速度曲线93-166所以各档所以各档后备功率的后备功率的最大值与加最大值与加速度最大值速度最大值互不对应。互不对应。在功率平衡图上则不相同，因为后备功率在功率平衡图上则不相同，因为后备功率 ()()tfWtfWaaduPPPFFFumudt94-166最佳换档点最佳换档点I I和和都对应于发动机的最高都对应于发动机的最高转

56、速，这和相邻档加速度曲线交点相对应。转速，这和相邻档加速度曲线交点相对应。95-166当相邻档位的驱动功率曲线有交点时，就把该当相邻档位的驱动功率曲线有交点时，就把该点作为换档点。如果不考虑旋转质量的影响，点作为换档点。如果不考虑旋转质量的影响，这和加速度曲线交点是相对应的。这和加速度曲线交点是相对应的。 96-166但实际但实际1 1，结，结果加速度曲线交点，果加速度曲线交点，即最后换档点，要即最后换档点，要比上述驱动功率曲比上述驱动功率曲线交点向低速方向线交点向低速方向偏移。偏移。 旋转质量换算系数对换挡点的影响 97-166利用功率平衡图确定汽车加速能力利用功率平衡图确定汽车加速能力)(

57、1wfTePPP 后备功率用于后备功率用于加速加速和和爬坡爬坡。后备功率发动机功率与滚动阻力发动机功率与滚动阻力和空气阻力消耗的发动机和空气阻力消耗的发动机功率的差值是后备功率。功率的差值是后备功率。98-166bcPP)(1wfTacP eabbcacPPP)(1wfTe行驶中消耗的发动机功率行驶中消耗的发动机功率发动机能提供的功率发动机能提供的功率后备功率后备功率思考：后备功率与所使用思考：后备功率与所使用的挡位是否有关？的挡位是否有关？99-166汽车的后备功率曲线汽车的后备功率曲线100-1663.汽车的爬坡能力)(witiFFFF1）用驱动力）用驱动力行驶阻力平衡图分析行驶阻力平衡图

58、分析若后备驱动力全部用于爬坡，则若后备驱动力全部用于爬坡，则Fj=0，根据行驶方程式得：，根据行驶方程式得：GFFF)(arcsinwft)FF(FGSinFwfti)FF(FFwfti101-166 由驱动力由驱动力行驶行驶阻力平衡图和阻力平衡图和 i=tan可以做出爬坡度图。可以做出爬坡度图。tfw()arcsinFFFG 102-1662）用动力特性图分析）用动力特性图分析若汽车的后备动力因数若汽车的后备动力因数Df全部用于爬坡，根据汽车行驶方全部用于爬坡，根据汽车行驶方程式，有：程式，有：0ddtufDi 由动力特性曲线，即可做出各挡的爬坡度图。由动力特性曲线，即可做出各挡的爬坡度图。

59、 挡工作时，爬坡度较大，此时以挡工作时，爬坡度较大，此时以 imaxD1maxf 计算的误差也较大，可以用下式计算计算的误差也较大，可以用下式计算222max1max1max11arcsinffDfD1maxmaxmaxcossinDfmax2maxsin1costguifDdd103-1663）用功率平衡图分析）用功率平衡图分析若汽车的后备功率全部用于爬坡，因若汽车的后备功率全部用于爬坡，因Pj=0，根据汽车行驶方，根据汽车行驶方程式，有：程式，有：)(13600wftetaiPPPGiuP因此：因此：)(13600wfteatPPPGui104-166第四节 附着条件决定的汽车动力性一、附

60、着力和附着条件一、附着力和附着条件路面条件路面条件附着系数附着系数干沥青路面干沥青路面0.70.8湿沥青路面湿沥青路面0.50.6干燥的碎石路干燥的碎石路0.60.7干土路干土路0.50.6湿土路湿土路0.20.4滚压后的雪路滚压后的雪路0.20.3maxXZFFFF1.附着力附着系数，附着系数，与路面与路面和轮胎都有关。和轮胎都有关。 地面对轮胎切向反作地面对轮胎切向反作用力的极限值（最大值）用力的极限值（最大值）即为附着力。即为附着力。 FZ地面作用在车轮上地面作用在车轮上的法向反力；的法向反力；常见路面的常见路面的平均平均附着系数附着系数思考：为什么汽车在湿土路上容思考：为什么汽车在湿土