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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 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 1 Tt F0Ft r ua 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 一、驱动力Ft 驱动力Ft：发动机产 生的转矩经传动系传到 驱动轮，产生驱动力矩 Tt，驱动轮在Tt的作用 下给地面作用一圆周力 F0，地面对驱动轮的反 作用力Ft即为驱动力。 2 Tt F0Ft r ua Tt驱动力矩； Ttq 发动机转矩； 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 一、驱动力Ft ig变速器传动比； i0主减速器传动比； T传动系的机械效率。 3 能否解释为什么汽车低挡的加速能力好于高挡？ 思考 Ft 与发动机转矩Ttq、变速器传动比 ig、主减 速器传动比 i0、传动系的机械效率T 和车轮半径 r 等因素有关。 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 由 可知 4 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。 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 驱动力和车速的关系。 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 5 发动机的转速特性，即Pe、Ttq、b=f（n）关系曲线 。 节气门开启程度的不同 外特性曲线 部分负荷特性曲线 思 考 计算汽车动力性指标时，需要用什么特性曲线？ 1.发动机的转速特性 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 6 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 7 发动机转速特性曲线 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 8 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 带上全部附件设备时的 发动机特性曲线，称为使用 外特性曲线。一般，使用外 特性与外特性相比： 汽油机的最大功率约小 15%； 货车柴油机的最大功率 约小5%； 轿车与轻型货车柴油机 的最大功率约小10%。 9 宝来轿车发动机的基本参数如下 ： 水冷，直列四缸，每缸五气门 最大功率 110kW/5700 r/min 最大转矩 210Nm/17504600 r/min 缸径行程 81mm86.4mm 压缩比 9.3:1 思考 宝来轿车发动机的转矩输出特性是否理想？为什么？ 汽车起步加速时，过早换入高挡（即发动机转速较低时即换入 高挡) 是否有利于其加速性？ 发动机最大转矩对应的转速较低好还是较高好？ 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 10 等速行驶时 PT传动系损失的功率。 Pin输入传动系的功率； 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 2.传动系的机械效率T 11 转速 机械损失 液力损失 转矩 齿轮对数 过低，热容量小 过高，搅油损失大 油面高度 温度 润滑油品质 直接挡T最高T高 损失小齿轮对数少 T高 损失的比重小损失大Ttq大 传动系损失的功率PT主要与哪些因素有关？ 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 PT 思考 12 传动系效率曲线 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 挡 挡 11200r/min 21600r/min 31900r/min 42000r/min 13 部件名称T 46 挡变挡变 速器95% 辅辅助变变速器（副变变速器或分动动器）95% 8 挡挡以上变变速器90% 单级单级 减速主减速器96% 双级级减速主减速器92% 传动轴传动轴 的万向节节98% 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 表1-1 传动系各部件的传动效率 14 自由半径：车轮处于无载时的半径。 静力半径rs：汽车静止时，车轮中心至轮胎与道路接触 面间的距离。 滚动半径rr：车轮几何中心到速度瞬心的距离。 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 3.车轮半径 15 做出的Ft - ua关系图，即驱动力图 。 依据下面两式 以及发动机外特性曲线 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 4.汽车的驱动力图 16 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A4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 和 可以对应计算出 1 挡的Ft1和ua1。 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 17 奥迪 A4 轿车驱动力图 18 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 19 滚动阻力Ff 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 二、汽车的行驶阻力 汽车在行驶过程中将会遇到哪些行驶阻力？ 如何保证汽车可以加速或爬坡？ 空气阻力Fw 坡度阻力Fi加速阻力Fj 汽车行驶总阻力 思考 20 软路面上 硬路面上 产生滚动阻力的主要原因 轮胎变形 轮胎变形和路面变形 轮胎变形为什么会产生滚动阻力？ 轮胎的迟滞损失：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 损失上，产生热量，这种损失称为轮胎的迟滞损失。 1.滚动阻力Ff 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 思考 21 ua 加载变形区 卸载变形区 思 考 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？ 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 22 1）从动轮受力分析 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 FZd FZd 23 f滚动阻力系数 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 令 24 即路面作用于驱动轮的切向力FX2比Ft要小。 2）驱动轮受力分析 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 25 ua高 f 大 货车 f=0.0076+0.000056ua 3）影响Ff的因素 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 轿车 （1）车速 ua 26 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 27 轮胎的两个最重要参数：极限速度和承载量。 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 临界车速（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 ，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。 驻波现象：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 ，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 律沿轮胎圆周衰减。 28 驻波现象（图像） 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 29 子午线轮胎比斜交轮胎的滚动阻力小20%30； 滚动阻力与轮胎的帘线（棉、人造丝、尼龙、钢丝 ）和橡胶品质有关。 （2）轮胎结构 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 30 （3）气压 第二节 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 ，滚动阻力也越小。 31 （4）驱动力 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 32 为什么驱动力系数很大时，气压越低 f 越小？ Ft胎面滑移Ff pa接地面积胎面滑移滑移引起的Ff 思考 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 33 上高速公路时，轮胎气压应该适当高一些。 在松软路面、泥泞路面、雪地行驶时，可适当降低轮胎气压。 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 在高速公路上，轮胎变形产生的滚动阻力 大还是滑移产生的滚动阻力大？ 胎压高轮胎变形小迟 滞损失少Ff小 胎压低滑移小Ff小 上高速公路前要检查胎压，在给定的胎压范围内，胎 压适当高一些好还是低一些好？ 思考 思考 34 路面类类型滚动滚动 阻力系数 良好的沥沥青或混凝土路面0.0100.018 一般的沥沥青或混凝土路面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 压紧压紧 土路干燥的0.0250.035 雨后的0.0500.150 泥泞泞土路（雨季或解冻冻期）0.1000.250 干沙0.1000.300 湿沙0.0600.150 结结冰路面0.0150.030 压紧压紧 的雪道0.0300.050 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 由轮胎 与土壤之 间的粘着 性所致 （5）路面条件 表1-2 滚动阻力系数 f 的数值 35 离心力前、后轮产生侧偏力 侧偏力沿行驶方向产生分力滚动阻力增加 （6）转向 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 36 （1）压力阻力（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 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 上的分力。 2.空气阻力FW 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 37 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 38 取决于车身主体形状。 1）形状阻力 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 39 后视镜 车身表面的凸起物引起的阻力。 2）干扰阻力 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 40 后视镜 后视镜设计 也要注重流线形 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 41 后视镜 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 42 后视镜 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 43 门把手 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 44 悬架导向杆和传动轴 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 45 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。 第二节 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 度大于流经车底的气流速度 ，使得车底的空气压力大于 车顶，从而空气作用在车身 上的垂直方向的压力形成压 差，这就是空气升力。 46 思 考 夏季在高速公路上开空调省油还是开窗通风省油？ 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 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 方的压力低于车内的压力。 （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 在行驶方向的分力。 47 CD空气阻力系数； A迎风面积； ur相对速度； 空气密度。 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 （3）空气阻力FW的计算 48 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 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 49 第二节 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 。 50 过渡不理想 第二节 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 。 51 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 风窗玻璃应尽可能“躺平”，且与车顶圆滑过渡。 52 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 越野车很难做到 风窗玻璃应尽可能“躺平”，且与车顶圆滑过渡。 53 第二节 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。 54 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 上掀式前照灯（视频） 55 第二节 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。 56 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 车轮盖应与轮胎相平。 57 思考：F1方程式赛车为什么不用车轮盖？ 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 58 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 整个车身应向前倾12。 2）整车 59 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 水平投影应为腰鼓形。 60 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 后端稍稍收缩，前端呈半圆形。 61 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 最好采用舱背式或直背式。 3）汽车后部 62 应安装后扰流板。 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 63 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 当车速超过120km/h，尾翼会自动升高160mm，为车身增 加30的下压力；在车速低于80km/h，尾翼又会自动降低。 应安装后扰流板。 64 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 应安装后扰流板。 65 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 应安装后扰流板。 66 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 应安装后扰流板。 67 第二节 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。 68 后面应采用鸭尾式结构。 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 69 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 后面应采用鸭尾式结构。 70 第二节 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 的盖板盖住底部。 4）车身底部 71 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 底部比较凌乱 72 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 底部比较凌乱 73 第二节 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，精心设计内部风道。 5）发动机冷却通风系统 74 冷却前制动器 冷却前制动器 冷却发动机和制动器 冷却后制动器和润滑系统 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 75 冷却发动机和前制动器 冷却后制动器 为发动机提供充足的空气 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 76 什么是超级跑车？ 限量生产、价格高昂、动力强劲（3.5L以上、8缸以上 ）、起步快（0100km/h时间在5s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。 形象的描述：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 高，让人想得要死。 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 思考：对于轿车和超级跑车，哪种车型的空气阻力系数更 大？为什么？ 77 三种超级跑车 兰博基尼 法拉利 保时捷 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 78 答案 由于尾翼的影响、发动机和制动器通风冷却的需要， 超级跑车的空气阻力系数一般会大于普通轿车。 兰博基尼跑车 在冷却通风口关闭且扰流板摆平时，CD值为0.33；展 开时，CD值为0.36。 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 思考：对于轿车和超级跑车，哪种车型的空气阻力系数更 大？为什么？ 79 减小CD值要遵循的要点总结如下 ： 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 80 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 未来轿车的外形 81 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 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 上已装用导流板等装置，以减小空气阻力、节省燃油。 82 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 83 车车型空气阻力系数CD 帕萨萨特0.28 奥迪A40.28 现现代0.29 奔驰驰C级级0.26 奔驰驰S级级0.27 保时时捷0.31 陆陆虎览胜览胜0.38 一些常见车型的空气阻力系数 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 84 汽车重力沿坡道的分力。 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 3.坡度阻力Fi 85 路面imax 高速公路平原微丘区3% 高速公路山岭重丘区5% 一级级汽车专车专 用公路平原微丘区5% 一级级汽车专车专 用公路平原重丘区6% 四级级公路平原微丘区6% 四级级公路平原重丘区9% 一般道路的坡度均较小。 一些常见路面的坡度 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 86 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 87 道路阻力 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 滚动阻力和坡度阻力之和。 一般道路 较小， 1， i 令f+i= ， 为道路阻力系数 88 平移质量的惯性力 旋转质量的惯性力偶矩 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 汽车加速行驶时，克服其质量加速运动时的惯性力。 旋转质量换算系数 IW 车轮转动惯量；If飞轮转动惯量。 4.加速阻力 89 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 挡位不同，值不同 90 总质量越小的车，旋转质量