汽车行驶阻力

1、1/252/25第七章第七章 汽车的动力性汽车的动力性第一节第一节 动力性的评价指标动力性的评价指标第二节第二节 汽车的驱动力汽车的驱动力第三节第三节 汽车的行驶阻力汽车的行驶阻力第四节第四节 汽车的行驶条件汽车的行驶条件第五节第五节 汽车动力性指标的确定方法汽车动力性指标的确定方法第六节第六节 提高汽车动力性的措施提高汽车动力性的措施3/25第三节第三节 汽车的行驶阻力汽车的行驶阻力nF F= =F Ff f + +F Fw w+ +F Fi i + +F Fj j 一、一、滚动阻力滚动阻力F Ff f 二、二、空气阻力空气阻力F Fw w 三、三、坡度阻力坡度阻力F Fi i 四、四、加速

2、阻力加速阻力F Fj j 4/25滚动阻力滚动阻力滚动阻力是指车轮在路面上滚动时，由于轮胎与路面之间滚动阻力是指车轮在路面上滚动时，由于轮胎与路面之间的相互作用而引起的能量损失。的相互作用而引起的能量损失。1轮胎的变形分析轮胎的变形分析: 车轮滚动时，轮胎与路面的接车轮滚动时，轮胎与路面的接触区域产生相互作用力，轮胎和支触区域产生相互作用力，轮胎和支承路面发生相应的变形。当弹性轮承路面发生相应的变形。当弹性轮胎在混凝土、沥青等硬路面上滚动胎在混凝土、沥青等硬路面上滚动时，轮胎的变形是主要的。时，轮胎的变形是主要的。 如图如图7-3。这种损失称为弹性物。这种损失称为弹性物质的迟滞损失。质的迟滞损

3、失。 5/25滚动阻力滚动阻力轮胎轮胎的弹性的弹性迟滞损失表现为阻碍车轮滚动的一种阻力矩迟滞损失表现为阻碍车轮滚动的一种阻力矩（M Mf f = =F Fz za a）。如图）。如图7-47-4所示。所示。aFz6/25滚动阻力滚动阻力2.2.从动轮在硬路面上滚动时的受力情况：从动轮在硬路面上滚动时的受力情况：如图如图7-57-5所示。所示。欲使从动轮等速滚动，在车轮中心施加一个推力欲使从动轮等速滚动，在车轮中心施加一个推力F Fp1p1。f-f-滚动阻力系数滚动阻力系数。raWraFrMFZfp11111111WFffWF，rafpP或则令需要说明的是，在分析汽车行驶阻力时，不必具体考虑轮胎

4、滚需要说明的是，在分析汽车行驶阻力时，不必具体考虑轮胎滚动时所受到的滚动阻力矩，只要知道滚动阻力系数求出滚动阻动时所受到的滚动阻力矩，只要知道滚动阻力系数求出滚动阻力就可以（它只是一个数值，无法在真正的受力图上表现出力就可以（它只是一个数值，无法在真正的受力图上表现出来）。来）。Ff=Wf7/25滚动阻力滚动阻力3.3.驱动轮在硬路面上等速滚动时的受力情况：驱动轮在硬路面上等速滚动时的受力情况：如图如图7-67-6所示。所示。在驱动轮也作用有滚动阻力偶矩在驱动轮也作用有滚动阻力偶矩M Mf2 f2 。结论结论 ：真正驱动汽车行驶的力是：真正驱动汽车行驶的力是地面切向反力地面切向反力F Fx2x

5、2，它在数值上等，它在数值上等于驱动力于驱动力F Ft t减去滚动阻力减去滚动阻力F Ff f。 22xtfF rMMftftxFFrMrMF228/25滚动阻力系数滚动阻力系数1) 1) 影响因素：影响因素：与路面的种类、车速以及轮胎的结构、材与路面的种类、车速以及轮胎的结构、材料、胎压等有关。料、胎压等有关。同一轮胎在不同的路面上的滚动阻力同一轮胎在不同的路面上的滚动阻力系数见表系数见表7-2。9/252)2)滚动阻力系数的经验计算：滚动阻力系数的经验计算：u轿车：轿车：式中：式中：f f0 0良好沥青或混凝土路面为良好沥青或混凝土路面为0.0140.014；卵石路；卵石路面为面为0.02

6、50.025；砂石路面为；砂石路面为0.0200.020；u货车：货车：f =0.0076+0.000056vf =0.0076+0.000056va a v va a车速车速(km/h)(km/h)。滚动阻力滚动阻力19440120avff10/25空气阻力空气阻力1.1.定义定义: :汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力。的分力。 2.2.分类分类: :摩擦阻力和摩擦阻力和压力阻力压力阻力。3.3.空气阻力的计算：空气阻力的计算：C CD D可通过道路试验、风洞试验等方法测得。可通过道路试验、风洞试验等方法测得。A A指汽车在其纵轴的垂

7、直平面上的投影面积；也常用轮距指汽车在其纵轴的垂直平面上的投影面积；也常用轮距与汽车高度乘积表示。与汽车高度乘积表示。汽车的汽车的C CD D和和A A的数值如的数值如表表7-27-2所示。所示。221.15DrwC AvF 11/25压力阻力压力阻力u形状阻力形状阻力：与汽车的主体形状有很大关系。占：与汽车的主体形状有很大关系。占5858。u干扰阻力干扰阻力：车身表面突起部位引起的阻力（如后视镜、门把手、：车身表面突起部位引起的阻力（如后视镜、门把手、导水槽、驱动轴、悬架导向杆等）导水槽、驱动轴、悬架导向杆等） 。占。占1414。u内循环阻力内循环阻力：发动机冷却系统、车身通风等需要的空气流

8、经车：发动机冷却系统、车身通风等需要的空气流经车体内部时形成的阻力。占体内部时形成的阻力。占1212。u诱导阻力诱导阻力：空气升力在行驶方向的分力。占：空气升力在行驶方向的分力。占7 7。12/25汽车的空气阻力系数和迎风面积汽车的空气阻力系数和迎风面积13/25坡度阻力坡度阻力1 1.定义：定义：当汽车上坡行驶时，汽车重力沿坡道方当汽车上坡行驶时，汽车重力沿坡道方向的分力向的分力 。2.2.计算式：计算式： F Fi i= =GsinGsin3.3.道路坡度：道路坡度：一般道路坡角较小，一般道路坡角较小，sintan=i，所以坡度阻力，所以坡度阻力为为Fi=Gitanshi14/25坡度阻力

9、坡度阻力4.道路阻力道路阻力F：由于坡度阻力与滚动阻力都是与由于坡度阻力与滚动阻力都是与道路有关的阻力，且都与汽车重力成正比，所以道路有关的阻力，且都与汽车重力成正比，所以把两种阻力合在一起称为道路阻力把两种阻力合在一起称为道路阻力 。 F=Ff+Fi=fGcosa+Gsina当坡角当坡角a较小时，较小时，cosa1，sinai，那么：，那么： F=Gf+Gi=G（f+i）令令 =f+i，称为道路阻力系数。称为道路阻力系数。 则则 F=G15/25加速阻力加速阻力1.1.定义定义: :汽车加速行驶时，需要克服其质量加速汽车加速行驶时，需要克服其质量加速运动时产生的惯性力，称为加速阻力运动时产生

10、的惯性力，称为加速阻力F Fj j。汽车的质量包括平移质量和旋转质量两部分，加汽车的质量包括平移质量和旋转质量两部分，加速时平移质量产生惯性力，旋转质量产生惯性力速时平移质量产生惯性力，旋转质量产生惯性力偶距。偶距。2. 2. 计算式：计算式：式中：式中： -汽车旋转质量换算系数汽车旋转质量换算系数。 jG dvFg dt16/25汽车旋转质量换算系数汽车旋转质量换算系数主要与飞轮的转动惯量、车轮的转动惯量和传主要与飞轮的转动惯量、车轮的转动惯量和传动系的传动比等有关。动系的传动比等有关。 在进行动力性计算时，在进行动力性计算时，可按经验公式估算：可按经验公式估算：式中：式中：1车轮旋转质量换

11、算系数；车轮旋转质量换算系数； 2飞轮旋转质量换算系数。飞轮旋转质量换算系数。 2211gi17/25第四节第四节 汽车的行驶条件汽车的行驶条件一、一、汽车行驶的驱动汽车行驶的驱动- -附着条件附着条件： 二、二、附着系数的影响因素附着系数的影响因素：18/25一、汽车行驶的驱动一、汽车行驶的驱动- -附着条件附着条件1.1.汽车行驶的驱动条件汽车行驶的驱动条件( (或必要条件或必要条件) )：tfWitfWidvFFFFmdtdvmFFFFdt，则：（）iWftFFFF19/25一、汽车行驶的驱动一、汽车行驶的驱动- -附着条件附着条件2.2.汽车行驶的附着条件汽车行驶的附着条件( (或充分

12、条件或充分条件) )： 轮胎与路面之间附着条件可用附着力来表示。轮胎与路面之间附着条件可用附着力来表示。附着力附着力指指地面对车轮切向反作用力的极限值，用地面对车轮切向反作用力的极限值，用F F表示。表示。 在硬路面上，附着力与驱动轮法向反作用力在硬路面上，附着力与驱动轮法向反作用力F Fz z2 2（或垂直（或垂直载荷载荷W W2 2）成正比，即：）成正比，即：F F= =F Fz z2 2-称为附着系数，与路面的种类和路面状况、轮胎的结构称为附着系数，与路面的种类和路面状况、轮胎的结构和材料及车速等有关。和材料及车速等有关。20/25一、汽车行驶的驱动一、汽车行驶的驱动- -附着条件附着条

13、件实际上，附着力并不是作用在汽车上的外力，它只是地面对车实际上，附着力并不是作用在汽车上的外力，它只是地面对车轮切向反作用力的极限值，当切向反作用力达到此极限值时，轮切向反作用力的极限值，当切向反作用力达到此极限值时，驱动轮将产生滑转驱动轮将产生滑转 。 u对于后轮驱动的汽车：对于后轮驱动的汽车： FX2=Ft-Ff 2F=Fz2 FtF+Ff2 = Fz2 （+f）与与值相比，值相比，f值很小，故可忽略不计。值很小，故可忽略不计。所以，汽车行驶的附着条件为所以，汽车行驶的附着条件为: Ft F结论：汽车行驶的驱动结论：汽车行驶的驱动-附着条件为附着条件为:FFFFFtiWf21/25二、附着

14、系数的影响因素二、附着系数的影响因素1.1.路面的影响路面的影响：2.2.轮胎的结构和材料轮胎的结构和材料：3.3.轮胎的气压轮胎的气压：4.4.车速车速：22/25路面的影响路面的影响u在硬路面上滚动时，以轮胎变形为主，路面的一些坚硬在硬路面上滚动时，以轮胎变形为主，路面的一些坚硬和微小突起物会嵌入轮胎的接触表面，使车轮与地面之和微小突起物会嵌入轮胎的接触表面，使车轮与地面之间产生较大的附着力，所以附着系数较大；间产生较大的附着力，所以附着系数较大；u在潮湿的路面上滚动时，轮胎与路面之间的液体起润滑在潮湿的路面上滚动时，轮胎与路面之间的液体起润滑剂作用，所以附着系数明显减小；剂作用，所以附着

15、系数明显减小；u在软路面上滚动时，以土壤变形为主，附着系数取决于在软路面上滚动时，以土壤变形为主，附着系数取决于轮胎与土壤间的摩擦及土壤的抗剪强度轮胎与土壤间的摩擦及土壤的抗剪强度。23/25轮胎的结构和材料轮胎的结构和材料u在硬路面上行驶的汽车，胎面花纹制成细而浅的形状，在硬路面上行驶的汽车，胎面花纹制成细而浅的形状，加强了胎面与路面微观突起物间的啮合作用，有利于提加强了胎面与路面微观突起物间的啮合作用，有利于提高附着系数。在软路面上行驶的汽车，胎面花纹制成宽高附着系数。在软路面上行驶的汽车，胎面花纹制成宽而深的形状，增加了嵌入轮胎花纹内土壤的剪切断面，而深的形状，增加了嵌入轮胎花纹内土壤的剪切断面，有利于提高附着系数。有利于提高附着系数。u合成橡胶轮胎比天然橡胶轮胎附着系数要高。合成橡胶轮胎比天然橡胶轮胎附着系数要高。u轮胎磨损后由于花纹深度减小，附着系数显著下降。轮胎磨损后由于花纹深度减小，附着系数显著下降。24/25轮胎的气压轮胎的气压u在干燥的路面上，适当降低轮在干燥的路面上，适当降低轮胎气压，轮胎与路面之间的接触胎气压，轮胎与路面之间的接触面积增加，附着系数提高面积增加，附着系数提高（如图（如图7-8）；u在潮湿的路面上，提高轮胎气在潮湿的路面上，提高轮胎气压，使路面对轮胎的单位压力提压，使路面对轮胎的单位压力提高，有利于挤出接触面间的水分，高，有利于挤出接触面间