汽车理论、汽车运用工程课件

1、第三章第三章 汽车的使用性能汽车的使用性能 为实现汽车运用的最佳效果，就必须科学合理的运用为实现汽车运用的最佳效果，就必须科学合理的运用车辆。而掌握汽车使用性能是汽车合理使用，提高汽车车辆。而掌握汽车使用性能是汽车合理使用，提高汽车运用效果的关键。运用效果的关键。第三章第三章 汽车的使用性能汽车的使用性能一、教学目标一、教学目标掌握汽车的使用性能及其评价指标。掌握汽车的使用性能及其评价指标。掌握汽车各种使用性能指标的影响因素。掌握汽车各种使用性能指标的影响因素。掌握汽车各种使用性能指标的分析方法。掌握汽车各种使用性能指标的分析方法。掌握汽车各种使用性能指标的试验方法。掌握汽车各种使用性能指标的

2、试验方法。二、教学指导二、教学指导资料准备：教材、汽车运行视频、教学课件等。资料准备：教材、汽车运行视频、教学课件等。仪器工具：五轮仪、非接触式速度测试仪、油耗计、加速度计、制动减速度仪器工具：五轮仪、非接触式速度测试仪、油耗计、加速度计、制动减速度 仪、制动试仪、制动试 验台、时间信号发生器、测力转向盘、陀螺验台、时间信号发生器、测力转向盘、陀螺 仪、人仪、人 体振级测量仪，及其长度、体振级测量仪，及其长度、 高度、角度测量器具等。高度、角度测量器具等。教学活动：课堂讲授，学生分组讨论，汽车使用性能试验等。教学活动：课堂讲授，学生分组讨论，汽车使用性能试验等。第三章第三章 汽车的使用性能汽车

3、的使用性能第一节第一节 汽车结构参数和质量参数汽车结构参数和质量参数第二节第二节 汽车动力装置的特性汽车动力装置的特性第三节第三节 汽车的动力性汽车的动力性第四节第四节 汽车的燃油经济性汽车的燃油经济性第五节第五节 汽车的制动性汽车的制动性第六节第六节 汽车的操纵稳定性汽车的操纵稳定性第七节第七节 汽车的通过性汽车的通过性第八节第八节 汽车的行驶平顺性汽车的行驶平顺性第九节第九节 汽车的质量利用和使用方便性汽车的质量利用和使用方便性3.1 汽车结构参数和质量参数汽车结构参数和质量参数 主要介绍汽车整车的结构参数和质量参数，这些参数主要介绍汽车整车的结构参数和质量参数，这些参数对于汽车的使用性能

4、有很大影响对于汽车的使用性能有很大影响。3.1 汽车结构参数和质量参数汽车结构参数和质量参数 3.1.1 汽车的主要结构参数汽车的主要结构参数 1汽车的外廓尺寸汽车的外廓尺寸 汽车的外廓尺寸指车辆的长度、宽度及高度。汽车的外廓尺寸指车辆的长度、宽度及高度。 车辆长度：垂直于车辆的纵向对称平面并分别抵靠在汽车前、后车辆长度：垂直于车辆的纵向对称平面并分别抵靠在汽车前、后最外端突出部位的两垂直面之间的距离。最外端突出部位的两垂直面之间的距离。 车辆宽度：平行于车辆纵向对称平面并分别抵靠车辆两侧固定突车辆宽度：平行于车辆纵向对称平面并分别抵靠车辆两侧固定突出部位的两平面之间的距离。出部位的两平面之间

5、的距离。 车辆高度：在车辆无装载质量时，车辆支承水平地面与车辆最高车辆高度：在车辆无装载质量时，车辆支承水平地面与车辆最高突出部位相抵靠的水平面之间的距离。突出部位相抵靠的水平面之间的距离。3.1 汽车结构参数和质量参数汽车结构参数和质量参数 我国对汽车的外廓尺寸界限的规定为：我国对汽车的外廓尺寸界限的规定为： 车辆高车辆高4m； 车辆宽车辆宽2.5m； 车辆长：货车、越野车车辆长：货车、越野车12m，客车，客车12m，铰接式客车，铰接式客车18m，半挂汽车列车，半挂汽车列车16.5m，全挂汽车列车，全挂汽车列车20m。3.1 汽车结构参数和质量参数汽车结构参数和质量参数 2汽车的轴距和轮距汽

6、车的轴距和轮距 轴距：汽车在直线行驶位置时，同侧相邻两轴的车轮落地中心点到轴距：汽车在直线行驶位置时，同侧相邻两轴的车轮落地中心点到 车辆纵向对称平面的两条垂线间的距离。车辆纵向对称平面的两条垂线间的距离。 轮距：在支承平面上，同轴左右车轮两轨迹中心间的距离。轮距：在支承平面上，同轴左右车轮两轨迹中心间的距离。 3汽车的前悬和后悬汽车的前悬和后悬 前悬：通过两前轮中心的垂面与抵靠在车辆最前端并垂直于车辆纵前悬：通过两前轮中心的垂面与抵靠在车辆最前端并垂直于车辆纵 向对称平面的垂面之间的距离。向对称平面的垂面之间的距离。 后悬：通过车辆最后端车轮的轴线的垂面与抵靠在车辆最后端并垂后悬：通过车辆最

7、后端车轮的轴线的垂面与抵靠在车辆最后端并垂 直于车辆纵向对称平面的垂面之间的距离。直于车辆纵向对称平面的垂面之间的距离。3.1 汽车结构参数和质量参数汽车结构参数和质量参数 3.1.2 车辆的质量和质心位置参数车辆的质量和质心位置参数1.汽车的质量参数汽车的质量参数整车干质量：装备有车身、全部电气设备和车辆正常行驶所需要整车干质量：装备有车身、全部电气设备和车辆正常行驶所需要的辅助设备的完整车辆的质量与选装装置质量之和。的辅助设备的完整车辆的质量与选装装置质量之和。 整车整备质量：整车干质量、冷却液质量、燃料质量与随车件质整车整备质量：整车干质量、冷却液质量、燃料质量与随车件质量之和。量之和。

8、 装载质量：货运质量与客运质量之和装载质量：货运质量与客运质量之和 总质量：整车整备质量与装载质量之和。总质量：整车整备质量与装载质量之和。 最大轴载质量：制造厂考虑到材料强度、轮胎的承载能力等因素最大轴载质量：制造厂考虑到材料强度、轮胎的承载能力等因素而核定出的轴载质量；而核定出的轴载质量； 允许最大轴载质量：车辆管理部门根据使用条件而规定的轴载质允许最大轴载质量：车辆管理部门根据使用条件而规定的轴载质量。量。3.1 汽车结构参数和质量参数汽车结构参数和质量参数 2质心位置参数质心位置参数 （1）质心水平位置参数）质心水平位置参数 质心纵向水平位置参数：包括质心距前轴中心线的水平距离质心纵向

9、水平位置参数：包括质心距前轴中心线的水平距离L1（m）和质心距后轴中心线的水平距离）和质心距后轴中心线的水平距离L2（m）。）。 横向水平位置参数：质心距左侧和右侧车轮连线的距离横向水平位置参数：质心距左侧和右侧车轮连线的距离B1和和B2。2121mmLmL2112mmLmLGFBBZr1GFBBZl23.1 汽车结构参数和质量参数汽车结构参数和质量参数 （2）质心高度）质心高度 质心高度指质心距车辆支承平面的垂直距离（质心高度指质心距车辆支承平面的垂直距离（m）。）。 采用侧倾试验台测试汽车质心高度时，用液压举升机构缓慢举升采用侧倾试验台测试汽车质心高度时，用液压举升机构缓慢举升试验台面及被

10、试汽车，使其向右倾斜，直到汽车左侧车轮负荷为零试验台面及被试汽车，使其向右倾斜，直到汽车左侧车轮负荷为零或脱离试验台面时为止。或脱离试验台面时为止。 根据举升角度直接计算出质心高度：根据举升角度直接计算出质心高度：maxcon2Bhg3.2 汽车动力装置的特性汽车动力装置的特性 动力装置指汽车中实现能量转换与传递功能的部件的动力装置指汽车中实现能量转换与传递功能的部件的集成。对于内燃机动力汽车，通常将发动机与变速器的集集成。对于内燃机动力汽车，通常将发动机与变速器的集成称为汽车动力装置或称汽车动力总成。成称为汽车动力装置或称汽车动力总成。 性能指标用来表征发动机的性能特点，是评价发动机性能指标

11、用来表征发动机的性能特点，是评价发动机性能优劣的依据。性能优劣的依据。 3.2 汽车动力装置的特性汽车动力装置的特性 3.2.1 发动机的性能指标发动机的性能指标 发动机性能指标包括：动力性指标、经济性指标和强化指标等。发动机性能指标包括：动力性指标、经济性指标和强化指标等。 1动力性指标动力性指标 发动机对外输出的转矩称为有效转矩，发动机对外输出的转矩称为有效转矩，Te （Nm）。）。 发动机在单位时间内对外输出的有效功称为有效功率，发动机在单位时间内对外输出的有效功称为有效功率，Pe（kW， 发动机曲轴每分钟的回转次数称为发动机转速，发动机曲轴每分钟的回转次数称为发动机转速，n（r/min

12、）表示。）表示。 有效功率、有效转矩和发动机转速三者间有如下关系：有效功率、有效转矩和发动机转速三者间有如下关系： 单位气缸工作容积发出的有效功称为平均有效压力，单位气缸工作容积发出的有效功称为平均有效压力， Pme （MPa）。）。9549106023nTnTPeee3.2 汽车动力装置的特性汽车动力装置的特性 2经济性指标经济性指标 发动机的经济性指标包括：有效热效率、有效燃油消耗率等。发动机的经济性指标包括：有效热效率、有效燃油消耗率等。 燃料燃烧所产生的热量燃料燃烧所产生的热量Ql（kW）转化为有效功）转化为有效功We（kW）的百）的百分数称为有效热效率分数称为有效热效率 ： 发动机每

13、输出发动机每输出1kWh的有效功所消耗的燃油量称为有效燃油消耗的有效功所消耗的燃油量称为有效燃油消耗率，率，ge（g/kWh)。 QT-发动机在单位时间内的耗油量，发动机在单位时间内的耗油量，kg/h； Pe-发动机的有效功率，发动机的有效功率，kW。e%100leeQWeTePQg 10003.2 汽车动力装置的特性汽车动力装置的特性 3强化指标强化指标 强化指标指发动机承受热负荷和机械负荷能力的评价指标。强化指标指发动机承受热负荷和机械负荷能力的评价指标。 标定工况下，单位排量输出的有效功率称为升功率，标定工况下，单位排量输出的有效功率称为升功率，PL。 比质量比质量 kp（kg/kW）指

14、发动机的干质量）指发动机的干质量m（kg）与标定功率）与标定功率Pe（kW）之比，即：）之比，即： 发动机平均有效压力发动机平均有效压力Pme（MPa）与活塞平均速度）与活塞平均速度vm（m/s）的）的乘积称为强化系数乘积称为强化系数b。即：。即： vm（m/s）与发动机标定转速）与发动机标定转速n（r/min）和活塞行程）和活塞行程S（mm）间的关系为：间的关系为： epPmkmmevpb31030nSvm3.2 汽车动力装置的特性汽车动力装置的特性 3.2.2 汽车发动机特性汽车发动机特性 1发动机的速度特性发动机的速度特性 速度特性曲线：发动机输出功率速度特性曲线：发动机输出功率Pe（k

15、W）、）、有效转矩有效转矩Te（Nm）和有效燃油消耗率）和有效燃油消耗率ge（g/kWh）随曲轴转速）随曲轴转速n（r/min）的关系）的关系曲线。曲线。 外特性曲线：节气门全开时的速度特性曲线。外特性曲线：节气门全开时的速度特性曲线。 使用外特性曲线：带有全部附件时，所测得的使用外特性曲线：带有全部附件时，所测得的发动机特性曲线。发动机特性曲线。 部分负荷特性曲线：节气门部分开启时的速度部分负荷特性曲线：节气门部分开启时的速度特性曲线。特性曲线。3.2 汽车动力装置的特性汽车动力装置的特性 2发动机的负荷特性发动机的负荷特性 （1）发动机负荷）发动机负荷 发动机负荷用节气门开度表示，还常用负

16、荷率表示。发动机负荷用节气门开度表示，还常用负荷率表示。 负荷率指发动机在一定转速下实际输出的功率与节气门全开时所能发出负荷率指发动机在一定转速下实际输出的功率与节气门全开时所能发出的最大功率之比的百分数。即：的最大功率之比的百分数。即： 式中：式中： 节气门部分打开时发出的功率，节气门部分打开时发出的功率，kW； 节气门全开时发出的功率，节气门全开时发出的功率，kW。%100sPPUPsP3.2 汽车动力装置的特性汽车动力装置的特性 负荷特性指发动机转速不变，其经济性指标随负荷而变化的关系。负荷特性指发动机转速不变，其经济性指标随负荷而变化的关系。表明了在发动机某一转速表明了在发动机某一转速

17、ne时，不同有效输出功率时，不同有效输出功率Pe或负荷率或负荷率U下下的有效燃油消耗率的有效燃油消耗率ge。 3.2 汽车动力装置的特性汽车动力装置的特性 3发动机的万有特性发动机的万有特性 为了全面地展示发动机的性能，常为了全面地展示发动机的性能，常应用多参数的特性曲线，即万有特性应用多参数的特性曲线，即万有特性曲线。曲线。 应用最广的万有特性曲线为：在以应用最广的万有特性曲线为：在以转速、转矩为横、纵坐标的坐标系中转速、转矩为横、纵坐标的坐标系中画出的等油耗曲线和等功率曲线。画出的等油耗曲线和等功率曲线。 在万有特性图中，最内层的等燃油在万有特性图中，最内层的等燃油消耗率曲线是最经济的区域

18、，燃油消消耗率曲线是最经济的区域，燃油消耗率最低。耗率最低。 3.2 汽车动力装置的特性汽车动力装置的特性 3.2.3 机械式变速器的输出特性机械式变速器的输出特性 1变速器的基本作用变速器的基本作用 理想的等功率特性曲线：即使在低转速下，理想的等功率特性曲线：即使在低转速下，输出功率也不变。其对应的转矩特性是双曲线转输出功率也不变。其对应的转矩特性是双曲线转矩特性。矩特性。 内燃机在低转速时所能发出的功率很小。内燃机在低转速时所能发出的功率很小。 内燃机作为汽车的动力源时，需要配置机械内燃机作为汽车的动力源时，需要配置机械式或液力式无级变速系统，改变发动机转速和转式或液力式无级变速系统，改变

19、发动机转速和转矩，使驱动轮的功率和扭矩特性接近理想特性。矩，使驱动轮的功率和扭矩特性接近理想特性。3.2 汽车动力装置的特性汽车动力装置的特性 2机械式变速器输出特性机械式变速器输出特性 如果变速器只有一个传动比且速比为如果变速器只有一个传动比且速比为1，则驱动轮的转矩特性与，则驱动轮的转矩特性与理想的双曲线转矩特性相差甚大。显然，增加变速器挡数或合理地理想的双曲线转矩特性相差甚大。显然，增加变速器挡数或合理地选择各挡传动比，使变速器扭矩输出特性与理想转矩特性曲线越接选择各挡传动比，使变速器扭矩输出特性与理想转矩特性曲线越接近，二者间空隙越小，则功率利用的可能性越大。近，二者间空隙越小，则功率

20、利用的可能性越大。 3.3 汽车的动力性汽车的动力性 汽车运输是汽车的最基本的功能，其运输效率汽车运输是汽车的最基本的功能，其运输效率由在各种使用条件下的平均速度来体现，主要取决由在各种使用条件下的平均速度来体现，主要取决于汽车的动力性。因此，在汽车各种使用性能中，于汽车的动力性。因此，在汽车各种使用性能中，动力性是最重要、最基本的性能。动力性是最重要、最基本的性能。3.3 汽车的动力性汽车的动力性 3.3.1 汽车动力性的评价指标汽车动力性的评价指标 若使汽车具有尽可能高的平均行驶速度，就必须提高汽车的最若使汽车具有尽可能高的平均行驶速度，就必须提高汽车的最高车速、加速能力和爬坡能力。汽车的

21、动力性指标包括：高车速、加速能力和爬坡能力。汽车的动力性指标包括： -汽车的最高车速，汽车的最高车速，km/h -汽车的加速时间，汽车的加速时间，s -汽车的最大爬坡度，汽车的最大爬坡度，%。 汽车的动力性汽车的动力性是指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到的是指汽车在良好路面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，表示汽车以最大可能平纵向外力决定的所能达到的平均行驶速度，表示汽车以最大可能平均行驶速度运送货物或乘客的能力。均行驶速度运送货物或乘客的能力。 maxaVjtmaxi3.3 汽车的动力性汽车的动力性l 汽车的最高车速汽车的最高车速指汽车在水平良好的路面（混凝土

22、或沥青路）指汽车在水平良好的路面（混凝土或沥青路）上所能达到的最高行驶速度。上所能达到的最高行驶速度。l 汽车加速时间汽车加速时间分为分为原地起步加速时间原地起步加速时间和和超车加速时间超车加速时间。l 原地起步加速时间：原地起步加速时间：汽车由第汽车由第档或第档或第挡起步，并以最挡起步，并以最大的加速强度（包括选择恰当的换档时机）逐步换至最高档大的加速强度（包括选择恰当的换档时机）逐步换至最高档后，行驶到某一预定的距离或达到某一车速所需要的时间。后，行驶到某一预定的距离或达到某一车速所需要的时间。其预定距离通常为其预定距离通常为400m，预定车速通常为，预定车速通常为100km/h。 l 超

23、车加速时间：超车加速时间：用最高挡或次高档由某一较低车速全力加用最高挡或次高档由某一较低车速全力加速至某一高速所需的时间。采用较多的是低速为速至某一高速所需的时间。采用较多的是低速为30km/h或或40km/h，而高速为，而高速为80%最高车速或某一高速。最高车速或某一高速。l 最大爬坡度：最大爬坡度：满载时以满载时以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。 道路和载荷情况对汽车动力性指标的试验值有重要影响。道路和载荷情况对汽车动力性指标的试验值有重要影响。 进行汽车动力性试验时进行汽车动力性试验时 道路条件应为干燥、清洁、平直的水泥或沥青路面；道路条件应为干燥、清

24、洁、平直的水泥或沥青路面； 各国对载荷条件的规定不同，我国规定为满载，装载均匀；各国对载荷条件的规定不同，我国规定为满载，装载均匀； 上述指标均应在无风或微风条件下测定。上述指标均应在无风或微风条件下测定。3.3 汽车的动力性汽车的动力性 汽车动力性决定于汽车的驱动力和行驶阻力的相互作用。汽车动力性决定于汽车的驱动力和行驶阻力的相互作用。 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行驶阻力。 在水平道路上等速直线稳定行驶时在水平道路上等速直线稳定行驶时: 滚动阻力滚动阻力 空气阻力空气阻力； 当汽车在坡道上稳定行驶时当汽车在坡道上稳定行驶时: 坡度阻力坡度

25、阻力 汽车加速行驶时汽车加速行驶时: 加速阻力加速阻力。3.3 汽车的动力性汽车的动力性3.3.2汽车的行驶阻力 1滚动阻力滚动阻力 （1）滚动阻力的产生）滚动阻力的产生 车轮滚动时，轮胎与路面的接触区域产生法向、切向的相互车轮滚动时，轮胎与路面的接触区域产生法向、切向的相互作用力以及二者的相应变形。其相对刚度决定了轮胎和支承面变作用力以及二者的相应变形。其相对刚度决定了轮胎和支承面变形的特点和相对大小。形的特点和相对大小。 当弹性轮胎在硬路面上滚动时（动力性分析时的道路条件），当弹性轮胎在硬路面上滚动时（动力性分析时的道路条件），轮胎的变形是主要的；而当弹性轮胎在软路面上滚动时（通过性轮胎的

26、变形是主要的；而当弹性轮胎在软路面上滚动时（通过性分析时的道路条件），支撑路面的沉陷变形是主要的。这些变形分析时的道路条件），支撑路面的沉陷变形是主要的。这些变形都将伴随着能量损失，是滚动阻力产生的根本原因。都将伴随着能量损失，是滚动阻力产生的根本原因。3.3 汽车的动力性汽车的动力性 3.3 汽车的动力性汽车的动力性 用弹簧轮模型说明弹性轮胎变形导致滚动阻力产生的机理用弹簧轮模型说明弹性轮胎变形导致滚动阻力产生的机理 假设弹簧轮周围分布着一个假设弹簧轮周围分布着一个个小弹簧和减振器。车轮滚动过个小弹簧和减振器。车轮滚动过程中，各个弹簧反复交替经历压程中，各个弹簧反复交替经历压缩过程和伸展过程

27、，在压缩过程缩过程和伸展过程，在压缩过程和伸展过程中，需克服减振器阻和伸展过程中，需克服减振器阻尼的作用而消耗阻尼功，该克服尼的作用而消耗阻尼功，该克服阻尼做功的过程表现为车轮的滚阻尼做功的过程表现为车轮的滚动阻力。动阻力。 从弹性轮胎受力变形的角度分析，可知这种能量消耗是滚从弹性轮胎受力变形的角度分析，可知这种能量消耗是滚动阻力产生的原因。动阻力产生的原因。 加载变形曲线与卸载变形恢复曲线的差异，导致了轮胎接加载变形曲线与卸载变形恢复曲线的差异，导致了轮胎接地面上压力分布的变化，进而导致阻碍车轮滚动的阻力偶和阻地面上压力分布的变化，进而导致阻碍车轮滚动的阻力偶和阻力的产生。力的产生。3.3

28、汽车的动力性汽车的动力性 由于弹性车轮滚动时产生了阻力偶由于弹性车轮滚动时产生了阻力偶 ，因此若使，因此若使从动车轮在硬路从动车轮在硬路面上等速滚动面上等速滚动，必须相应在车轮中心施加推力，必须相应在车轮中心施加推力 ，使之与相应的地面，使之与相应的地面切向反作用力构成力偶矩克服切向反作用力构成力偶矩克服 。即：。即： 因此：因此： f 称为滚动阻力系数称为滚动阻力系数 指车轮在一定条件下滚动时指车轮在一定条件下滚动时所需之推力与车轮负荷之比所需之推力与车轮负荷之比。 滚动阻力为推动车轮滚动前进的推力所引起的地面切向反作用力。滚动阻力为推动车轮滚动前进的推力所引起的地面切向反作用力。 二者大小

29、相等方向相反。在分析行驶阻力时，只要知道滚动阻力系数即二者大小相等方向相反。在分析行驶阻力时，只要知道滚动阻力系数即可求出滚动阻力。可求出滚动阻力。 1pFfTfTfpTrF1fFraFrTFzztp1zpFFraf1fFFFzpf13.3 汽车的动力性汽车的动力性 驱动轮在硬路面等速滚动时驱动轮在硬路面等速滚动时。由于弹性迟滞现象而使驱动轮的法。由于弹性迟滞现象而使驱动轮的法向反作用力的作用点前移了距离，在驱动轮上也产生了滚动阻力偶向反作用力的作用点前移了距离，在驱动轮上也产生了滚动阻力偶 。 由此可见，由于弹性迟滞现象产生的滚动阻力偶，也使驱动轮受到滚由此可见，由于弹性迟滞现象产生的滚动阻

30、力偶，也使驱动轮受到滚动阻力的作用。因此，由驱动力矩产生的驱动力动阻力的作用。因此，由驱动力矩产生的驱动力 在克服了在克服了 后，才后，才能转化为作用能转化为作用在驱动车轮上驱动汽车前进在驱动车轮上驱动汽车前进的地面切向反作用力的地面切向反作用力 。 fTftxTTrF2ftftxFFrTrTF2tFfF2xF3.3 汽车的动力性汽车的动力性 （2）滚动阻力系数）滚动阻力系数 滚动阻力系数的大小与路面的种类、行驶车速以及轮胎的构造、滚动阻力系数的大小与路面的种类、行驶车速以及轮胎的构造、材料、气压等有关。行驶车速对滚动阻力系数有很大影响。材料、气压等有关。行驶车速对滚动阻力系数有很大影响。 轮

31、胎的结构、帘线和橡胶的品种不同，轮胎承载后滚动变形量轮胎的结构、帘线和橡胶的品种不同，轮胎承载后滚动变形量也不同，而且变形后胎面、轮胎内部材料之间的摩擦有很大差异也不同，而且变形后胎面、轮胎内部材料之间的摩擦有很大差异 车速和轮胎类型对滚动阻力系数的影响车速和轮胎类型对滚动阻力系数的影响 气压对滚动阻力系数的影响气压对滚动阻力系数的影响 3.3 汽车的动力性汽车的动力性路面类型滚动阻力系数良好的沥青或混凝土路面0.0100.018一般沥青或混凝土路面0.0100.018碎石路面0.0200.025良好的卵石路面0.0250.030坑洼的卵石路面0.0300.050干燥压紧土路0.0250.03

32、5雨后压紧土路0.0500.150泥泞土路（雨季或解冻期）0.1000.250干砂0.1000.300湿砂0.0600.150结冰路面0.0150.030压紧的雪道0.0300.050滚动阻力系数的数值滚动阻力系数的数值 3.3 汽车的动力性汽车的动力性 路面不同，轮胎滚动路面不同，轮胎滚动时的变形量及由此所引时的变形量及由此所引起的弹性迟滞损失也不起的弹性迟滞损失也不同，因而其滚动阻力系同，因而其滚动阻力系数不同。汽车在不同路数不同。汽车在不同路面上以中低速行驶时，面上以中低速行驶时，其滚动阻力系数的数值其滚动阻力系数的数值范围见表。范围见表。 0.014 良好沥青或水泥路面良好沥青或水泥路

33、面 = 0.025 卵石路面卵石路面 0.020 砂石路面砂石路面 货车轮胎气压高，滚动阻力系数为：货车轮胎气压高，滚动阻力系数为： 转弯行驶时，轮胎发生侧偏现象，滚动阻力大幅度增加。转弯行驶时，轮胎发生侧偏现象，滚动阻力大幅度增加。 )194001(20aVff0faVf000056. 00076. 0 驱动状态下的轮胎，作用有驱动力矩，胎面相对于路面有滑动，驱动状态下的轮胎，作用有驱动力矩，胎面相对于路面有滑动，增大了能量损失，滚动阻力系数增大。增大了能量损失，滚动阻力系数增大。 滚动阻力系数可以用经验公式估算。滚动阻力系数可以用经验公式估算。 轿车轮胎的滚动阻力系数：轿车轮胎的滚动阻力系

34、数：3.3 汽车的动力性汽车的动力性 2坡度阻力坡度阻力 汽车上坡行驶时，汽车重力沿坡道的分力称为汽车坡度阻力。汽车上坡行驶时，汽车重力沿坡道的分力称为汽车坡度阻力。 式中：式中：G -汽车总重力，汽车总重力，N。 -坡度角，坡度角，。 道路坡度用坡高和底长之比来表示。道路坡度用坡高和底长之比来表示。 坡度阻力用下式计算：坡度阻力用下式计算： 式中：式中：i-道路坡度，道路坡度，%。 sin GFiiGtgGFi3.3 汽车的动力性汽车的动力性3.3 汽车的动力性汽车的动力性 同理，汽车在坡道上行驶时的滚动阻力可用下式计算：同理，汽车在坡道上行驶时的滚动阻力可用下式计算： 坡度较小时，上式近似

35、为：坡度较小时，上式近似为： 滚动阻力与坡度阻力之和称为道路阻力滚动阻力与坡度阻力之和称为道路阻力，即：，即： 式中：式中： -道路阻力系数，道路阻力系数， 。fGFfcosfGFfGifGfGFFFif)()sincos(if 3.3 汽车的动力性汽车的动力性 3空气阻力空气阻力 汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力称为空汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力称为空气阻力。气阻力。 （1）空气阻力的计算）空气阻力的计算221rDwVACF空气阻力系数空气阻力系数 空气密度空气密度42msN DC迎风面积，迎风面积， ，近似为轮距与汽车高度的乘积，近似为轮距与汽车高度的乘

36、积 A相对速度，相对速度，m/s 2mrVHBA3.3 汽车的动力性汽车的动力性 若取若取 =1.2258，以，以Km/h计；计； 在无风状态下：在无风状态下： ； 空气阻力等于：空气阻力等于： 由于迎风面积由于迎风面积A受到乘坐使用空间的限制不易进一步减少，受到乘坐使用空间的限制不易进一步减少，所以降低所以降低CD值是降低空气阻力的主要手段。值是降低空气阻力的主要手段。 arVV15.212aDwVACF （2）空气阻力的构成）空气阻力的构成 空气阻力主要由压差阻力、诱导阻空气阻力主要由压差阻力、诱导阻力、表面阻力、内部阻力构成。力、表面阻力、内部阻力构成。 压差阻力：外形表面上的法向压压差

37、阻力：外形表面上的法向压力的合力在行驶方向的分力称为压差阻力的合力在行驶方向的分力称为压差阻力。约占整个空气阻力的力。约占整个空气阻力的58%。 车辆运动时，由于主体形状所限，车辆运动时，由于主体形状所限，被车辆分开的空气无法在后部平顺合拢被车辆分开的空气无法在后部平顺合拢和回复原状，在车辆后部形成涡流区，和回复原状，在车辆后部形成涡流区，产生负压，在运动方向上产生了阻力。产生负压，在运动方向上产生了阻力。涡流分离的范围越大，压差阻力也越大。涡流分离的范围越大，压差阻力也越大。3.3 汽车的动力性汽车的动力性 诱导阻力：车辆上部和底部的空气压力不同，引起横向气流以及车诱导阻力：车辆上部和底部的

38、空气压力不同，引起横向气流以及车辆的升力，在车身表面产生涡流分离现象，造成压差产生所谓诱导阻力。辆的升力，在车身表面产生涡流分离现象，造成压差产生所谓诱导阻力。诱导阻力一般占空气阻力的诱导阻力一般占空气阻力的7%左右。左右。 表面阻力：由于空气的粘性在车身表面产生的切向力的合力。较长表面阻力：由于空气的粘性在车身表面产生的切向力的合力。较长的车辆的表面阻力较大。的车辆的表面阻力较大。 内部阻力：又称为内循环阻力。发动机冷却系、车身通风等所需空内部阻力：又称为内循环阻力。发动机冷却系、车身通风等所需空气流经车体内部时由于动量损失构成的阻力即为内循环阻力，约占空气气流经车体内部时由于动量损失构成的

39、阻力即为内循环阻力，约占空气阻力的阻力的12%左右。左右。3.3 汽车的动力性汽车的动力性 （3）降低空气阻力系数的措施）降低空气阻力系数的措施l发动机罩适当向前下倾。面与面交接处平滑圆孤。风挡玻璃与发动机发动机罩适当向前下倾。面与面交接处平滑圆孤。风挡玻璃与发动机罩和车顶的过渡应圆滑，玻璃尽可能倾斜。减少凸出物。罩和车顶的过渡应圆滑，玻璃尽可能倾斜。减少凸出物。l车身前倾车身前倾1-2，水平投影为腰鼓形，后端微收缩，前端呈半圆形。，水平投影为腰鼓形，后端微收缩，前端呈半圆形。l尾部为舱背式或直背式。行李仓上盖板应短而高。底部盖住零部件使尾部为舱背式或直背式。行李仓上盖板应短而高。底部盖住零部

40、件使其平整化，中部或后轮向后逐步升高。其平整化，中部或后轮向后逐步升高。l改迸散热器和通风的进口和出口位置。载货汽车车顶部安装导流罩，改迸散热器和通风的进口和出口位置。载货汽车车顶部安装导流罩，汽车侧面应安装防护板。汽车侧面应安装防护板。3.3 汽车的动力性汽车的动力性 4加速阻力加速阻力 汽车加速行驶时所需克服的因其质量加速运动所产生的惯性力。汽车加速行驶时所需克服的因其质量加速运动所产生的惯性力。 平移质量引起平移质量加速阻力平移质量引起平移质量加速阻力 旋转质量产生旋转质量加速阻力旋转质量产生旋转质量加速阻力 式中：式中： M-汽车总质量，汽车总质量，kg； I-折算到驱动轮上的全部旋转

41、部件和车轮转动惯量，折算到驱动轮上的全部旋转部件和车轮转动惯量，kg/m2； -车轮的角加速度，车轮的角加速度，rad/s2 ； -汽车的加速度，汽车的加速度，m/s2 ； r-车轮半径，车轮半径，m。dtdVMFjtdtdVrIdtdrIFjr2dtddtdV3.3 汽车的动力性汽车的动力性3.3 汽车的动力性汽车的动力性 汽车的总加速阻力为：汽车的总加速阻力为： 令：令： ，称为汽车旋转质量换算系数，显然，称为汽车旋转质量换算系数，显然1。 因此：因此：21rMIdtdVMFjdtdVMrMIdtdVrIMFFFrtj 221I的值为：的值为：式中：式中： -发动机、离合器和变速器转动惯量

42、，发动机、离合器和变速器转动惯量，kg/m2； -传动轴、差速器等转动惯量，传动轴、差速器等转动惯量， -全部车轮转动惯量，；全部车轮转动惯量，； -变速器速比；变速器速比； -主传动器速比。主传动器速比。 的值为：的值为：mgocwIiiIiII2220mIcIwIgi0i22202202211111rIiiMrIiMrIMrMImgcw3.3 汽车的动力性汽车的动力性3.3 汽车的动力性汽车的动力性3.3 汽车的动力性汽车的动力性 3.3.3 汽车的驱动力汽车的驱动力 1汽车驱动力的概念汽车驱动力的概念 汽车发动机产生的有效转矩汽车发动机产生的有效转矩Te经汽车传动系传到驱动轮经汽车传动系

43、传到驱动轮上；此时，作用于驱动轮上的转矩上；此时，作用于驱动轮上的转矩Tt产生一个对地面的圆周产生一个对地面的圆周力力F0；地面对驱动轮的反作用力；地面对驱动轮的反作用力Ft（方向与（方向与F0相反）即是驱相反）即是驱动汽车行驶的外力，称为汽车的驱动力。动汽车行驶的外力，称为汽车的驱动力。 驱动轮的转矩驱动轮的转矩 是由发动机的有效转矩是由发动机的有效转矩 经传动系传至驱经传动系传至驱动轮而产生的，因而取决于发动机所输出的有效扭矩动轮而产生的，因而取决于发动机所输出的有效扭矩 、变速器速、变速器速比比 、主传动速比、主传动速比 、机械效率、机械效率 。 对于普通汽车，驱动轮上的转矩对于普通汽车

44、，驱动轮上的转矩 （Nm）的值为）的值为tgetiiTT0tTeTeTgi0ittT3.3 汽车的动力性汽车的动力性 2汽车驱动力的计算方法汽车驱动力的计算方法 式中：式中：Ft-汽车的驱动力，汽车的驱动力，N； Tt-驱动轮的转矩，驱动轮的转矩，Nm； r -车轮半径，车轮半径，m。 3影响汽车驱动力的主要因素影响汽车驱动力的主要因素 （1）发动机有效功率和有效扭矩）发动机有效功率和有效扭矩 节气门全开（或高压油泵在最大供油位置）时的速度特性曲线称节气门全开（或高压油泵在最大供油位置）时的速度特性曲线称为发动机的外特性曲线为发动机的外特性曲线，见图；而节气门部分开启（或部分供油量位，见图；而

45、节气门部分开启（或部分供油量位置）时的速度特性曲线称为发动机置）时的速度特性曲线称为发动机部分负荷特性曲线部分负荷特性曲线。 和和 之间之间有如下关系：有如下关系： 发动机在带有全部附件时发动机在带有全部附件时 测得的特性曲线称为发动机的测得的特性曲线称为发动机的 使用外特性曲线使用外特性曲线，见虚线。，见虚线。 ePeT3.3 汽车的动力性汽车的动力性 （2）传动系的机械效率）传动系的机械效率 发动机发出的功率发动机发出的功率 在经传动系传递至驱动轮的过程中，在经传动系传递至驱动轮的过程中，若产生的功率损失为若产生的功率损失为 （kW），则传动系机械效率为），则传动系机械效率为: ePwP

46、传动系功率损失分为传动系功率损失分为机械损失和液力损失机械损失和液力损失两大类。机械损失指齿两大类。机械损失指齿轮传动副、轴承、油封等处的摩擦损失。液力损失指消耗于旋转零轮传动副、轴承、油封等处的摩擦损失。液力损失指消耗于旋转零件搅动润滑油、零件表面与润滑油之间的表面磨擦等的功率损失。件搅动润滑油、零件表面与润滑油之间的表面磨擦等的功率损失。总成名称传动效率（%）46档变速器95副变速器或分动器958档以上变速器90单级减速主减速器96双级减速主减速器92万向节98传动系各总成的传动效率传动系各总成的传动效率 3.3 汽车的动力性汽车的动力性 （3）车轮半径）车轮半径r 车轮处于无载荷作用时的

47、半径称为自由半径车轮处于无载荷作用时的半径称为自由半径 （m）。汽车静）。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静力半径为静力半径 （m）；车轮承受垂直载荷和转矩时的半径称为动）；车轮承受垂直载荷和转矩时的半径称为动态半径态半径 （m）。显然，）。显然， 。 滚动半径是以车轮转动圈数与实际车轮滚动距离之间的关系换滚动半径是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，即：算得出车轮半径，即： 式中：式中： -车轮转动的圈数；车轮转动的圈数； S -滚动圈时车轮前进的距离，滚动圈时车轮前进的距离，

48、m。0rsrdr0rsrdrrn3.3 汽车的动力性汽车的动力性 汽车的驱动力与车速之间的函数关系汽车的驱动力与车速之间的函数关系曲线称为汽车的驱动力图。曲线称为汽车的驱动力图。 利用发动机使用外特性曲线中的扭矩曲线，根据发动机输出扭矩利用发动机使用外特性曲线中的扭矩曲线，根据发动机输出扭矩 与汽车驱动力与汽车驱动力 的关系式，可得到驱动力与发动机转速之间的关的关系式，可得到驱动力与发动机转速之间的关系曲线。进而根据发动机转速系曲线。进而根据发动机转速 与汽车行驶速度与汽车行驶速度 之间的关系，作之间的关系，作出各个挡位下汽车驱动力与车速间的关系曲线。出各个挡位下汽车驱动力与车速间的关系曲线。

49、eTtFenaV4汽车的驱动力图汽车的驱动力图 驱动力图根据发动机外特性曲线中驱动力图根据发动机外特性曲线中扭矩曲线求得，表明汽车使用各档位时扭矩曲线求得，表明汽车使用各档位时在各车速下所能产生的驱动力的最大值。在各车速下所能产生的驱动力的最大值。3.3 汽车的动力性汽车的动力性3.3 汽车的动力性汽车的动力性 若把汽车速度变化时的惯性力看成与加速度方向相反的外力，若把汽车速度变化时的惯性力看成与加速度方向相反的外力，则汽车行驶过程中，汽车的驱动力与汽车的行驶阻力始终处于平则汽车行驶过程中，汽车的驱动力与汽车的行驶阻力始终处于平衡状态，描述这种平衡关系的关系式称为衡状态，描述这种平衡关系的关系

50、式称为汽车行驶方程式。汽车行驶方程式。 FFt汽车的驱动力汽车的驱动力 汽车的行驶阻力之和汽车的行驶阻力之和 dtdVMVACiGfGFFFFFaDjwift15.212汽车行驶方程式是进行汽车动力性分析的基础。汽车行驶方程式是进行汽车动力性分析的基础。5汽车行驶方程式汽车行驶方程式 3.3 汽车的动力性汽车的动力性 驱动力大于滚动阻力、坡度阻力和空气阻力之和后，汽车才能加驱动力大于滚动阻力、坡度阻力和空气阻力之和后，汽车才能加速行驶。该条件是汽车行驶的必要条件，称为速行驶。该条件是汽车行驶的必要条件，称为汽车行驶的驱动条件汽车行驶的驱动条件 )(iwftFFFF 汽车在路面状况良好的水泥或混

51、凝土路面上行驶时，其动力性主汽车在路面状况良好的水泥或混凝土路面上行驶时，其动力性主要受汽车的驱动条件的制约。采用增大发动机转矩、加大传动比等要受汽车的驱动条件的制约。采用增大发动机转矩、加大传动比等措施可以增大汽车驱动力，使汽车的驱动条件得以满足。但是这些措施可以增大汽车驱动力，使汽车的驱动条件得以满足。但是这些措施只有在驱动轮与路面不发生滑转现象时才有效。措施只有在驱动轮与路面不发生滑转现象时才有效。 3.3.4 汽车行驶的条件汽车行驶的条件1汽车行驶的驱动条件汽车行驶的驱动条件)(iwftFFFFdtdVm3.3 汽车的动力性汽车的动力性地面对轮胎的切向反作用力的极限值称为附着力地面对轮

52、胎的切向反作用力的极限值称为附着力 F附着力与作用于驱动轮上的法向反作用力成正比附着力与作用于驱动轮上的法向反作用力成正比正比系数称为附着系数正比系数称为附着系数 zFF 2汽车行驶的附着条件汽车行驶的附着条件（1）附着力的概念）附着力的概念3.3 汽车的动力性汽车的动力性汽车行驶的第二个条件汽车行驶的第二个条件- -附着条件附着条件 ZtiwfFFFFF)(FFt 汽车行驶的驱动条件与附着条件连系起来，可得到汽汽车行驶的驱动条件与附着条件连系起来，可得到汽车行驶的驱动车行驶的驱动-附着条件：附着条件： 地面切向作用力不能大于附着力，否则将发生驱动轮地面切向作用力不能大于附着力，否则将发生驱动

53、轮滑转现象，即：滑转现象，即：（2）附着条件）附着条件 3.3 汽车的动力性汽车的动力性1）附着系数）附着系数 汽车的附着力取决于汽车的附着力取决于附着系数附着系数和作用于驱动轮上的和作用于驱动轮上的地面法向反地面法向反作用力作用力 在良好的混凝土或沥青路面上，路面干燥时为在良好的混凝土或沥青路面上，路面干燥时为0.70.8，路，路面潮湿时为面潮湿时为0.50.6 干燥的碎石路面上为干燥的碎石路面上为0.60.7 土路上，干燥时为土路上，干燥时为0.50.6，潮湿时为，潮湿时为0.20.4附着系数取决于路面的种类和状况、汽车轮胎规格及胎面花纹；附着系数取决于路面的种类和状况、汽车轮胎规格及胎面

54、花纹；行驶车速和车轮运动状况对附着系数也有影响。行驶车速和车轮运动状况对附着系数也有影响。 （3）影响附着力大小的因素）影响附着力大小的因素 3.3 汽车的动力性汽车的动力性2）地面法向反作用力）地面法向反作用力 若汽车总重为若汽车总重为G，作用于驱动轮上的地面法向反作用力，作用于驱动轮上的地面法向反作用力 与汽与汽车的总体布置、行驶状况及道路的坡度有关。车的总体布置、行驶状况及道路的坡度有关。 汽车加速上坡时，若忽略作用于前后车轮上的滚动阻力偶矩和汽车加速上坡时，若忽略作用于前后车轮上的滚动阻力偶矩和旋转质量惯性阻力偶矩，将作用于汽车上的其余各力对前后车轮与旋转质量惯性阻力偶矩，将作用于汽车

55、上的其余各力对前后车轮与道路接触面中心取力矩，可得到作用于前后轴的地面法向反作用力。道路接触面中心取力矩，可得到作用于前后轴的地面法向反作用力。zFwwggzwwggzFLhdtdVMLhaGLhaGLLFFLhdtdVMLhaGLhaGLLFsincossincos1221汽车质心高度汽车质心高度 gh风压中心高风压中心高 wh作用在前、后车轮上的地面切向反作用力作用在前、后车轮上的地面切向反作用力汽车重力汽车重力G 道路坡度角道路坡度角作用在前、后车轮上的法向反作用力作用在前、后车轮上的法向反作用力a1zF2zF1xF2xF汽车轴距汽车轴距L 汽车质心到前、后轴的距离汽车质心到前、后轴的距

56、离 - L1、L2 作用于前后轴的地面法向反作用力作用于前后轴的地面法向反作用力 和和 ：3.3 汽车的动力性汽车的动力性1zF2zFwwzwwzFLhGLLFFLhGLLF1221GLLFGLLFzz1221汽车在水平道路上均速行驶时汽车在水平道路上均速行驶时而汽车在水平道路上静止时而汽车在水平道路上静止时3.3 汽车的动力性汽车的动力性3.3 汽车的动力性汽车的动力性（4）汽车的附着力）汽车的附着力 对前轴或后轴驱动的汽车而言，其附着力分别为对前轴或后轴驱动的汽车而言，其附着力分别为111zFF222zFF对于全轮驱动汽车而言，若前、后车轮的附着系数相等对于全轮驱动汽车而言，若前、后车轮的

57、附着系数相等)(21zzFFF只有汽车前、后驱动力的分配比值刚好等于其前、后轮法向反作只有汽车前、后驱动力的分配比值刚好等于其前、后轮法向反作用力的分配比值时，全轮驱动汽车才能真正利用此附着力用力的分配比值时，全轮驱动汽车才能真正利用此附着力 3.3 汽车的动力性汽车的动力性 1. 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（1）驱动力）驱动力-行驶阻力平衡图行驶阻力平衡图 把把滚动阻力、空气阻力滚动阻力、空气阻力以同样坐标和比例以同样坐标和比例尺画在尺画在汽车驱动力图汽车驱动力图上，得到驱动力上，得到驱动力-行驶阻行驶阻力平衡图。力平衡图。 汽

58、车在汽车在水平路面上匀速行驶水平路面上匀速行驶时，汽车受时，汽车受到的行驶阻力包括：滚动阻力、空气阻力。到的行驶阻力包括：滚动阻力、空气阻力。驱动力应与该两阻力之和相等。驱动力应与该两阻力之和相等。15.212aDwftVACfGFFF3.3.5 汽车动力性分析汽车动力性分析 （2）动力特性图）动力特性图 称为动力因数。可用于比较不同汽车的动力性。称为动力因数。可用于比较不同汽车的动力性。 根据动力因数的定义和汽车行驶方程式：根据动力因数的定义和汽车行驶方程式： 根据动力因数的定义，利用驱动力根据动力因数的定义，利用驱动力图可以得到各档的动力因数与车速的关图可以得到各档的动力因数与车速的关系曲

59、线，称为动力特性图。系曲线，称为动力特性图。 GFFDwtdtdVgifGFFDwt3.3 汽车的动力性汽车的动力性 （3）功率平衡图）功率平衡图 汽车行驶时，驱动轮功率与汽车行驶的阻力功率也互相平衡。汽车行驶时，驱动轮功率与汽车行驶的阻力功率也互相平衡。 当汽车在平直道路上稳定行驶时，上式为：当汽车在平直道路上稳定行驶时，上式为： )15.21(36001)(12dtdVMVACiGfGVPPPPPPaDatjwifttre)15.21(36001)(12aDatwfteVACfGVPPP3.3 汽车的动力性汽车的动力性3.3 汽车的动力性汽车的动力性 以发动机外特性曲线中的功率曲以发动机外

60、特性曲线中的功率曲线为基础，根据发动机转速与汽车线为基础，根据发动机转速与汽车车速的关系式，可得到车速的关系式，可得到发动机功率发动机功率与行驶车速的关系曲线与行驶车速的关系曲线。 若把汽车在平直道路上稳定行驶若把汽车在平直道路上稳定行驶时，发动机需克服的时，发动机需克服的阻力功率阻力功率以同以同样的座标绘在发动机功率与行驶车样的座标绘在发动机功率与行驶车速的关系曲线上，即为功率平衡图。速的关系曲线上，即为功率平衡图。3.3 汽车的动力性汽车的动力性 利用以上介绍的驱动力利用以上介绍的驱动力-行驶阻力平衡图、动力特性图或功率行驶阻力平衡图、动力特性图或功率平衡图，平衡图，确定汽车的动力性指标即