1 第 一 章 汽 車 動 力 性 本節(jié)重點計算并分析汽車行駛過程中的驅動力和行駛阻力。第 二 節(jié) 汽 車 的 驅 動 力 與 行 駛 阻 力 返回目錄 2TtF0Ftr ua第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力一 、 驅 動 力 Ft驅動力Ft：發(fā)動機產生的轉矩經傳動系傳到驅動輪，產生驅動力矩Tt，驅動輪在Tt的作用下給地面作用一圓周力F0，地面對驅動輪的反作用力F t即為驅動力。 3TtF0Ftrtq g 0 Tt T i iF r rTF tt t tq g 0 TT T i i uaTt驅動力矩；Ttq 發(fā)動機轉矩；第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力一 、 驅 動 力 Ftig變速器傳動比；i0主減速器傳動比；T傳動系的機械效率。 4 riiTF T0gtqt 能否解釋為什么汽車低擋的加速能力好于高擋？思 考 Ft 與發(fā)動機轉矩Ttq、變速器傳動比 ig、主減速器傳動比 i0、傳動系的機械效率T 和車輪半徑 r 等因素有關。第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力由 可知 5 驅動力和車速都與發(fā)動機特性有直接關系，可以通過發(fā)動機特性曲線找出驅動力與車速之間的關系。發(fā)動機uaFt 計算驅動力是為了確定汽車的動力性指標，也即要找出驅動力和車速的關系。第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 6 發(fā)動機的轉速特性，即Pe、Ttq、b=f（n）關系曲線。節(jié)氣門開啟程度的不同外特性曲線部分負荷特性曲線思考計 算 汽 車 動 力 性 指 標 時，需 要 用 什 么 特 性 曲 線 ？1.發(fā) 動 機 的 轉 速 特 性第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 79550tqe nTP 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 8 發(fā)動機轉速特性曲線第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 9 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 帶上全部附件設備時的發(fā)動機特性曲線，稱為使用外特性曲線。一般，使用外特性與外特性相比： 汽油機的最大功率約小15%； 貨車柴油機的最大功率約小5%； 轎車與輕型貨車柴油機的最大功率約小10%。 10 寶來轎車發(fā)動機的基本參數如下 ： 水冷，直列四缸，每缸五氣門最大功率 110kW/5700 r/min最大轉矩 210Nm/17504600 r/min缸徑行程 81mm86.4mm壓縮比 9.3:1思考 寶 來 轎 車 發(fā) 動 機 的 轉 矩 輸 出 特 性 是 否 理 想 ？ 為 什 么 ？ 汽 車 起 步 加 速 時，過 早 換 入 高 擋 （ 即 發(fā) 動 機 轉 速 較 低 時 即 換 入高 擋 ) 是 否 有 利 于 其 加 速 性 ？ 發(fā) 動 機 最 大 轉 矩 對 應 的 轉 速 較 低 好 還 是 較 高 好 ？ 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 11 in TinT P PP 等速行駛時ein PP eTe TeT 1 PPPPP PT傳動系損失的功率。Pin輸入傳動系的功率；第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力2.傳 動 系 的 機 械 效 率 T 12轉速 機械損失液力損失轉矩齒輪對數過低，熱容量小過高，攪油損失大油面高度溫度潤滑油品質直接擋T最高T高損失小齒輪對數少T高損失的比重小損失大Ttq大傳 動 系 損 失 的 功 率 PT主 要 與 哪 些 因 素 有 關 ？ 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力PT思考 13 傳動系效率曲線第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力擋擋 11200r/min 21600r/min 31900r/min 42000r/min 14 部件名稱T46 擋變速器95%輔助變速器（副變速器或分動器）95%8 擋以上變速器90%單級減速主減速器96%雙級減速主減速器92%傳動軸的萬向節(jié)98%第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力表1-1 傳動系各部件的傳動效率 15 自由半徑：車輪處于無載時的半徑。靜力半徑rs：汽車靜止時，車輪中心至輪胎與道路接觸面間的距離。滾動半徑rr：車輪幾何中心到速度瞬心的距離。第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力3.車 輪 半 徑 16 riiTF T0gtqt 0ga 377.0 iinru 做出的Ft - ua關系圖，即驅動力圖。依據下面兩式以及發(fā)動機外特性曲線第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力4.汽 車 的 驅 動 力 圖 17nmin ntq np nmaxn/(rmin-1) 800 3300 5700 6200Ttq/(Nm ) 142 195 159 143ig1=2.13 Ft1/N 5438 7468 6089 5477ua1/(kmh-1 ) 7.1 29.2 50.5 54.9 例：已知奧迪A4轎車發(fā)動機的數據（如下表所示），ig1=2.13，i0=6.333，r=0.317m，T=0.90，由和可以對應計算出 1 擋的Ft1和ua1。riiTF T0gtqt a g 00.377 nru i i第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 18 奧迪 A4 轎車驅動力圖 1a /(km h )u 19 1tF 2tF 3tF 4tF 5tF第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 20jiwf FFFFF 滾動阻力Ff第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力二 、 汽 車 的 行 駛 阻 力汽 車 在 行 駛 過 程 中 將 會 遇 到 哪 些 行 駛 阻 力 ？如 何 保 證 汽 車 可 以 加 速 或 爬 坡 ？空氣阻力Fw坡度阻力Fi加速阻力Fj汽車行駛總阻力思考 21 軟路面上硬路面上產生滾動阻力的主要原因輪胎變形輪胎變形和路面變形輪 胎 變 形 為 什 么 會 產 生 滾 動 阻 力 ？輪胎的遲滯損失：輪胎在加載變形時所消耗的能量在卸載恢復時不能完全收回，一部分能量消耗在輪胎內部摩擦損失上，產生熱量，這種損失稱為輪胎的遲滯損失。1.滾 動 阻 力 Ff第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力思 考 22 ua加載變形區(qū)卸載變形區(qū)n n思考 由 輪 胎 的 遲 滯 損 失 圖 看 ， 在 輪 胎 徑 向 變 形 相 同 的 情 況 下 ，地 面 作 用 在 加 載 變 形 區(qū) 與 卸 載 變 形 區(qū) 的 法 向 反 力 是 否 相 等 ？ 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 23 au nnW dd 1pF 1XF au nnW p1F 1XFar au nnW 1pF 1XFZF ZFO E FCD A h ZF 1） 從 動 輪 受 力 分 析第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力FZdFZd fT ZF 24 aFT Zf f1p TrF raFrTF Z f1p raf p1F Wf WFf 1pWfF f rTF ff f滾動阻力系數 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力au nnW p1F 1XFar ZF au nnW 1pF 1XFfT ZF令 25 au W p2F2XF ZFtT a raFTrF ZX t2 ft TT rTrTFX ft2 ft FF 即路面作用于驅動輪的切向力FX2比Ft要小。 2） 驅 動 輪 受 力 分 析第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 264a4a10 100100 ufufff ua高 f 大 貨車 f=0.0076+0.000056ua 3） 影 響 Ff的 因 素第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力轎車（ 1） 車 速 ua 27 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 zf 28輪胎的兩個最重要參數：極限速度和承載量。 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力臨界車速（最高車速） 當汽車車速超過臨界車速時，輪胎會出現(xiàn)駐波現(xiàn)象，其周緣呈明顯的波浪狀，且輪胎溫度快速增加。 后果是大量發(fā)熱導致輪胎破損或爆胎。 駐 波 現(xiàn) 象 ： 在 高 速 行 駛 時 ， 輪 胎 離 開 地 面 后 因 變 形所 產 生 的 扭 曲 并 不 立 即 恢 復 ， 其 殘 余 變 形 形 成 了 一 種 波 ，這 就 是 駐 波 。 此 時 輪 胎 周 緣 不 再 是 圓 形 ， 而 呈 明 顯 的 波浪 形 。 輪 胎 剛 離 開 地 面 時 波 的 振 幅 最 大 ， 它 按 指 數 規(guī) 律 沿 輪 胎 圓 周 衰 減 。 29 駐波現(xiàn)象（圖像）第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 30 子午線輪胎比斜交輪胎的滾動阻力小20%30； 滾動阻力與輪胎的簾線（棉、人造絲、尼龍、鋼絲）和橡膠品質有關。 （ 2） 輪 胎 結 構第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 31 （ 3） 氣 壓第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 氣壓越高，輪胎變形及由其產生的遲滯損失就越小，滾動阻力也越小。 32 （ 4） 驅 動 力第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 33 為 什 么 驅 動 力 系 數 很 大 時，氣 壓 越 低 f 越 小 ？Ft胎面滑移Ffpa接地面積胎面滑移滑移引起的Ff思考第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 34上高速公路時，輪胎氣壓應該適當高一些。在松軟路面、泥濘路面、雪地行駛時，可適當降低輪胎氣壓。 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 在 高 速 公 路 上 ， 輪 胎 變 形 產 生 的 滾 動 阻 力大 還 是 滑 移 產 生 的 滾 動 阻 力 大 ？ 胎壓高輪胎變形小遲滯損失少Ff小胎壓低滑移小Ff小 上 高 速 公 路 前 要 檢 查 胎 壓，在 給 定 的 胎 壓 范 圍 內，胎壓 適 當 高 一 些 好 還 是 低 一 些 好 ？思考思考 35 路面類型滾動阻力系數良好的瀝青或混凝土路面0.0100.018一般的瀝青或混凝土路面0.0180.020碎石路面0.0200.025良好的卵石路面0.0250.030坑洼的卵石路面0.0350.050壓緊土路干燥的0.0250.035 雨后的0.0500.150泥濘土路（雨季或解凍期）0.1000.250干沙0.1000.300濕沙0.0600.150結冰路面0.0150.030 壓緊的雪道0.0300.050 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 由輪胎與土壤之間的粘著性所致（ 5） 路 面 條 件表1-2 滾動阻力系數 f 的數值 36 離心力前、后輪產生側偏力側偏力沿行駛方向產生分力滾動阻力增加（ 6） 轉 向第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 37 （ 1） 壓 力 阻 力（占91）汽車直線行駛時受到的空氣作用力在行駛方向的分力稱為空氣阻力。 作用在汽車外形表面上的法向壓力的合力在行駛方向上的分力。2.空 氣 阻 力 FW第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 38 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 39 取決于車身主體形狀。1） 形 狀 阻 力第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 40 后視鏡 車身表面的凸起物引起的阻力。 2） 干 擾 阻 力第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 41 后視鏡 后視鏡設計也要注重流線形第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 42 后視鏡 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 43 后視鏡 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 44 門把手 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 45 懸架導向桿和傳動軸 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 46 滿足冷卻、通風等需要，使空氣流經車體內部時構成的阻力。4） 誘 導 阻 力空氣升力在水平方向的投影。第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力3） 內 循 環(huán) 阻 力 由于流經車頂的氣流速度大于流經車底的氣流速度，使得車底的空氣壓力大于車頂，從而空氣作用在車身上的垂直方向的壓力形成壓差，這就是空 氣 升 力。 47 思考夏 季 在 高 速 公 路 上 開 空 調 省 油 還 是 開 窗 通 風 省 油 ？第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力打 開 天 窗 換 氣 和 打 開 側 窗 換 氣 有 何 不 同 ？ 打開天窗換氣時，天窗上方的壓力低于車內的壓力。（ 2） 摩 擦 阻 力（9） 由于空氣粘性作用在車身表面產生的切向力的合力在行駛方向的分力。 48 2rDw 21 uACF 2 41.2258N s m 15.21 2aDw AuCF CD空氣阻力系數；A迎風面積；ur相對速度；空氣密度。 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力（ 3） 空 氣 阻 力 FW的 計 算 49 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力發(fā)動機蓋應向前下傾（ 4） 減 小 CD值 要 遵 循 的 要 點1） 車 身 前 部 50 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力面與面交接處的棱角應為圓柱狀。 51過渡不理想 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力面與面交接處的棱角應為圓柱狀。 52 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力風窗玻璃應盡可能“躺平”，且與車頂圓滑過渡。 53 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力越野車很難做到風窗玻璃應盡可能“躺平”，且與車頂圓滑過渡。 54 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力盡量減少燈、后視鏡和門把手等凸出物。 55 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力上掀式前照燈（視頻） 56 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力在保險杠下面，應安裝合適的擾流板。 57 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力車輪蓋應與輪胎相平。 58 思 考 ： F1方 程 式 賽 車 為 什 么 不 用 車 輪 蓋 ？ 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 59 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力整個車身應向前傾12。2） 整 車 60 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力水平投影應為腰鼓形。 61 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力后端稍稍收縮，前端呈半圓形。 62 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力最好采用艙背式或直背式。3） 汽 車 后 部 63 應安裝后擾流板。第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 64 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 當車速超過120km/h，尾翼會自動升高160mm，為車身增加30的下壓力；在車速低于80km/h，尾翼又會自動降低。 應安裝后擾流板。 65 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力應安裝后擾流板。 66 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力應安裝后擾流板。 67 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力應安裝后擾流板。 68 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力若用折背式，則行李箱蓋板至地面距離應高些，長度要短些。 69 后面應采用鴨尾式結構。第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 70 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力后面應采用鴨尾式結構。 71 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 所有零件應在車身下平面內且較平整，最好有平滑的蓋板蓋住底部。4） 車 身 底 部 72 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力底部比較凌亂 73 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力底部比較凌亂 74 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力仔細選擇進風口與出風口的位置，精心設計內部風道。5） 發(fā) 動 機 冷 卻 通 風 系 統(tǒng) 75 冷卻前制動器冷卻前制動器冷卻發(fā)動機和制動器冷卻后制動器和潤滑系統(tǒng)第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 76冷卻發(fā)動機和前制動器冷卻后制動器 為發(fā)動機提供充足的空氣第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 77 什 么 是 超 級 跑 車 ？ 限量生產、價格高昂、動力強勁（3.5L以上、8缸以上）、起步快（0100km/h時間在5s以內）、技術超群、車身自重輕（采用碳纖維或輕質合金材料）、外觀超前等。 形象的描述：外觀鮮亮，讓人愛得要死；加速時令人皮膚繃緊、汗毛直豎，讓人嚇得要死；數量奇少，價格奇高，讓人想得要死。第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力思 考 ： 對 于 轎 車 和 超 級 跑 車，哪 種 車 型 的 空 氣 阻 力 系 數 更大 ？ 為 什 么 ？ 78 三種超級跑車蘭博基尼法拉利保時捷第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 79 答案 由于尾翼的影響、發(fā)動機和制動器通風冷卻的需要，超級跑車的空氣阻力系數一般會大于普通轎車。蘭博基尼跑車 在冷卻通風口關閉且擾流板擺平時，CD值為0.33；展開時，CD值為0.36。第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力思 考 ： 對 于 轎 車 和 超 級 跑 車，哪 種 車 型 的 空 氣 阻 力 系 數 更大 ？ 為 什 么 ？ 80 減小CD值要遵循的要點總結如下：第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 81 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力未來轎車的外形 82 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力導流板 6）貨車和半掛車的空氣阻力也很重要，不少貨車駕駛室上已裝用導流板等裝置，以減小空氣阻力、節(jié)省燃油。 83 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 84 車型空氣阻力系數CD 帕薩特0.28 奧迪A4 0.28 現(xiàn)代0.29 奔馳C級0.26 奔馳S級0.27 保時捷0.31 陸虎覽勝0.38一些常見車型的空氣阻力系數第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 85i sinF G 汽車重力沿坡道的分力。第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力3.坡 度 阻 力 Fi 86 路面imax高速公路平原微丘區(qū)3%高速公路山嶺重丘區(qū)5%一級汽車專用公路平原微丘區(qū)5%一級汽車專用公路平原重丘區(qū)6%四級公路平原微丘區(qū)6%四級公路平原重丘區(qū)9%一般道路的坡度均較小。一些常見路面的坡度第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 87 i tansin GiGGF tansini第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 88 道路阻力cos ( )F Gf Gi G f i f iF F F sincos GGf 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力滾動阻力和坡度阻力之和。一般道路 較小， 1， i令f+i= ， 為道路阻力系數 F G sin 89 平移質量的慣性力 旋轉質量的慣性力偶矩第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力汽車加速行駛時，克服其質量加速運動時的慣性力。tumF ddj 2 2f g 0 Tw2 21 11 I i iIm r m r 旋轉質量換算系數I W 車輪轉動慣量；If飛輪轉動慣量。 4.加 速 阻 力 90 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力擋位不同，值不同 91總質量越小的車，旋轉質量換算系數值越大。 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力總質量不同，值不同 92 t f w i jF F F F F cos 1tq g 0 T 2D a dcos sin21.15 dT i i C A uGf u G mr t tq g 0 T 2D a d21.15 dT i i C A uGf u Gi mr t sin tan i 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力三 、 汽 車 行 駛 方 程 式 93 20gf2w2 212121 ruiiIruImuE汽車受到外力的功率為P uFFFP )( iwf 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力用功率方程推導和汽車行駛方程式汽車以車速u行駛時的動能為E發(fā)動機功率為Pe ur iiTTP 0gtqetqe 傳動系摩擦阻力的負功率為Pr uFP rr Fr 傳動系摩擦力轉換到車輪輪緣的阻力。 94 加速時飛輪和車輪的受力圖第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 95 ruiiii 0g0ge 無級變速時 tiutuirit dddddd gg0e T0geftqt dd iitITT 如果只考慮飛輪的轉動慣量，加速時作用于驅動輪的轉矩 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 0geftqt dd iitITT 設傳動系無任何摩擦阻力，作用于驅動輪的轉矩為tT 96 er t t tq f g 0 Td (1 )dT T T T I i it 傳動系各處摩擦轉換到驅動輪處的摩擦阻力轉矩為Tr第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力tiruiiIturiiIriiTrTF dd)1(dd)1()1( g2 Tg20f2 T202gfT0gtqrr utiruiiIturiiIriiTP dd)1(dd)1()1( g2 Tg20f2 T202gfT0gtqr 傳動系摩擦損耗的功率為Pr傳動系各處摩擦轉換到車輪周緣的總摩擦阻力為Fr 97 2 2f g 0w2 2 22 2tq g 0f w id 1 1 1d 2 2 2 I i iImu u ut r rT i iF F F r utiruiiIturiiIriiT dd)1(dd)1()1( g2 Tg20f2 T202gfT0gtq 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力由汽車整體動能對時間的變化率等于所有作用力的功率，可得下式 98 tir uiiItuur iiIrIm dddd g2 2g20f2 202gf2 w utiruiiIturiiIFFFF dd1dd1 g2 Tg20f2 T202gfiwft )()( tir uiiIturiiIrImFFFF dddd g2 Tg20f2 T202gf2 wiwft 由上式得出汽車的行駛方程式 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力 99t ir uiiItum tir uiiIturiiIrImF dddd ddddg2 Tg20f g2 Tg20f2 T202gf2 wj 2 T202gf2w1 mriiImrI 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力由上式可得汽車的加速阻力為 100t ir uiiItum tir uiiIturiiIrImF dddd ddddg2 Tg20f g2 Tg20f2 T202gf2 wj 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力由上式可得汽車的加速阻力為 如果汽車裝有有級式固定傳動比變速器， 加速阻力 ，所以為裝有固定傳動比變速器汽車的旋轉質量換算系數。gd 0dit j dduF m t 101t ir uiiItum tir uiiIturiiIrImF dddd ddddg2 Tg20f g2 Tg20f2 T202gf2 wj 第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力由上式可得汽車的加速阻力為 如果汽車裝有傳動比連續(xù)變化的無級變速器，加速阻力為上述兩項之和，其中第二項加速阻力是由于傳動比變化率 使發(fā)動機飛輪加速而產生的。gd /di t 102 第 二 節(jié) 汽 車 的 驅 動 力 與 行 駛 阻 力本 節(jié) 內 容 結 束下一節(jié)