车辆有限元法

1、1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。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返回目录2TtF0Ftrua第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力一、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。3TtF0Ftrtq g0TtT i iFrrTFttttq

2、 g0TTT i iuaTt驱动力矩；驱动力矩；Ttq 发动机有效转矩；发动机有效转矩；第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力一、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。4riiTFT0gtqt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。第二节第二节 汽车

3、的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力由由 可知可知5 驱动力和车速都与发动机特性有直接关系，可以通过发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。动机特性曲线找出驱动力与车速之间的关系。发动机发动机（转速）（转速）uaFt 计算驱动力是为了确定汽车的动力性指标，也即要找出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。驱动力和车速的关系。第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力6发动机的转速特性，即发动机的转速特性，即Pe、Ttq、b=f（n）关系曲线。关系曲线。节气门开启程度的不同节气门开启程度的不同外特性

4、曲线外特性曲线部分负荷特性曲线部分负荷特性曲线思思考考计算汽车动力性指标时计算汽车动力性指标时，需要用什么特性曲线？需要用什么特性曲线？1.发动机的转速特性第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力795501000/60/2)(9550tqtqtqetqenTnTTPnTP曲轴角速度因为第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 介绍某一车型时，其技术参数中的扭矩和功率通常介绍某一车型时，其技术参数中的扭矩和功率通常就是就是最大扭矩最大扭矩和和最大功率最大功率。而发动机。而发动机铭牌铭牌上标明的功率及上标明的功率及相应转速则称为额定功率和相应转速则称为额定功率

5、和额定转速额定转速，额定功率一般要小，额定功率一般要小于于最大功率最大功率，按照，按照汽车发动机汽车发动机可靠性试验可靠性试验方法的规定，方法的规定，汽汽车发动机车发动机应能在应能在额定工况额定工况下能连续运行下能连续运行3001000h。 扭矩和功率的含义扭矩好比百米赛跑选手在起跑点扭矩和功率的含义扭矩好比百米赛跑选手在起跑点蹲撑，准备冲向前那一刹那的冲劲；而功率就是维持这股蹲撑，准备冲向前那一刹那的冲劲；而功率就是维持这股劲可以越跑越快，一直跑到终点的能力。增大发动机的排劲可以越跑越快，一直跑到终点的能力。增大发动机的排量，就能提高量，就能提高Ttq和和Pe。为了增大。为了增大发动机排量发

6、动机排量，可增加，可增加气气缸数缸数(如如3缸变缸变4缸缸)，或者增加单位，或者增加单位气缸气缸的容积的容积(如增大如增大气缸气缸内径内径)。89发动机转速特性曲线发动机转速特性曲线第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力10第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 带上全部附件设备时的带上全部附件设备时的发动机特性曲线，称为发动机特性曲线，称为使用使用外特性曲线外特性曲线。一般，使用外。一般，使用外特性与外特性相比：特性与外特性相比： 汽油机的最大功率约汽油机的最大功率约小小15%； 货车柴油机的最大功率货车柴油机的最大功率约约小小5%； 轿车与轻型货车柴

7、油机轿车与轻型货车柴油机的最大功率约的最大功率约小小10%。11第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 进行动力性估算时，一进行动力性估算时，一般采用稳态工况时发动机台般采用稳态工况时发动机台架实验所得到的使用外特性架实验所得到的使用外特性中的功率和扭矩曲线。中的功率和扭矩曲线。 对于增压式内燃机，在对于增压式内燃机，在发动机加速时的非稳态工况发动机加速时的非稳态工况下，中、低速区域间的转矩下，中、低速区域间的转矩明显下降的情况不在少数，明显下降的情况不在少数，一般不宜采用稳态工况时的一般不宜采用稳态工况时的外特性。外特性。12宝来轿车发动机的基本参数如下宝来轿车发动机的基

8、本参数如下 ： 水冷，直列四缸，每缸五气门水冷，直列四缸，每缸五气门最大功率最大功率 110kW/5700 r/min最大转矩最大转矩 210Nm/17504600 r/min缸径缸径行程行程 81mm86.4mm压缩比压缩比 9.3:1思考思考 宝来轿车发动机的转矩输出特性是否理想？为什么？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过早换入高挡（即发动机转速较低时即换入高挡高挡) ) 是否有利于其加速性？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？发动机最大转矩对应的转速较低好还是较高好？ 第二节第

9、二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力13 宝来轿车发动机的转矩输出特性是否理想？为什么？宝来轿车发动机的转矩输出特性是否理想？为什么？ 理想。原因：低转速和高转速对应的转矩都很高，低挡和高挡的加速理想。原因：低转速和高转速对应的转矩都很高，低挡和高挡的加速性能都好。性能都好。 汽车起步加速时，过早换入高挡（即发动机转速较低时即汽车起步加速时，过早换入高挡（即发动机转速较低时即换入高挡换入高挡) 是否有利于其加速性？是否有利于其加速性？ 不利。原因：起步加速时，此时发动机转速还不高，还没达到最大转不利。原因：起步加速时，此时发动机转速还不高，还没达到最大转矩，过早换入高挡，发动机转

10、速突然下降（矩，过早换入高挡，发动机转速突然下降（ ），更不），更不能利用最大转矩，不利于加速性能。能利用最大转矩，不利于加速性能。 发动机最大转矩对应的转速较低好还是较高好？发动机最大转矩对应的转速较低好还是较高好？ 国内来讲，最大转矩对应低转速好，国外来讲，最大转矩对应转速高国内来讲，最大转矩对应低转速好，国外来讲，最大转矩对应转速高些好，原因：国内习惯于在低挡时当发动机转速较低时就换挡（这样些好，原因：国内习惯于在低挡时当发动机转速较低时就换挡（这样能利用高转矩区间的转矩），而国外习惯于在低挡时当转速较高时才能利用高转矩区间的转矩），而国外习惯于在低挡时当转速较高时才换挡（这样也能利用高

11、转矩区间的转矩）。换挡（这样也能利用高转矩区间的转矩）。0ga377. 0iinru 14inTinTPPP 等速行驶时等速行驶时einPP eTeTeT1PPPPPPT传动系损失的功率。传动系损失的功率。Pin输入传动系的功率；输入传动系的功率；第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力2.传动系的机械效率T15旋转零件的转速旋转零件的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，热容量小过高，搅油损失大过高，搅油损失大箱体内油面箱体内油面高度高度温度温度润滑油品种润滑油品种直接挡直接挡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

12、失的比重小损失的比重小损失大损失大Ttq大大传动系损失的功率传动系损失的功率PT主要与哪些因素有关？主要与哪些因素有关？ 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力PT思考思考16传动系效率曲线传动系效率曲线第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力挡挡挡挡11200r/min 21600r/min 31900r/min 42000r/min17部件名称部件名称T46 挡变速器挡变速器95%辅助变速器（副变速器或分动器）辅助变速器（副变速器或分动器）95%8 挡以上变速器挡以上变速器90%单级减速主减速器单级减速主减速器96%双级减速主减速器双级减速主减速器92

13、%传动轴的万向节传动轴的万向节98%第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力表表1-1 传动系各部件的传动效率传动系各部件的传动效率18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。nw为车轮转动的圈数，为车轮转动的圈数，S为在转动为在转动nw时车轮滚动的距离。时车轮滚动的距离。对汽车作动力学分析时，采用静力半径，作运动学分对汽车作动力学分析时，采用静力半径

14、，作运动学分析时采用滚动半径。作汽车动力性估算时，一般不计他析时采用滚动半径。作汽车动力性估算时，一般不计他们的差别，统称为车轮半径，即们的差别，统称为车轮半径，即第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力3.车轮半径wrnSr2rrrsr19riiTFT0gtqt0ga377. 0iinru 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第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力4.汽车的驱动力图20nminntqnpnmaxn/(rmin-1)800330057006200T

15、tq/(Nm )142195159143ig1=2.13Ft1/N5438746860895477ua1/(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 i第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力21奥迪奥迪 A4 轿车驱动力图轿车驱动力图1a/(km h )u221 tF2tF3tF4tF5tF第二节

16、第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力23jiwfFFFFF滚动阻力滚动阻力Ff第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力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？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？如何保证汽车可以加速或爬坡？空气阻力空气阻力Fw坡度阻力坡度阻力Fi加速阻力加速阻力Fj汽车行驶总阻力汽车行驶总阻力思考思考24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？轮胎变形为什么会产生滚动阻力？轮胎的迟滞

17、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第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力思考思考25ua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

18、变形区的法向反力是否相等？第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力图图1-9是对轮胎静态加载是对轮胎静态加载/卸载时，卸载时，轮胎所受载荷轮胎所受载荷W和轮胎接地点中心的径向变和轮胎接地点中心的径向变形关系。形关系。O轮胎滚动时的加载变形区和轮胎滚动时的加载变形区和卸载变形区卸载变形区26 不相等。在轮胎滚动过程中，轮胎接地区域内的任一点经历动态的加载/卸载过程，加载变形区内的任一点d瞬间成为卸载变形区内的一点d ，见下图，虽然d和d的径向变形相同，但d点受地面反作用力较大，而d受地面反作用力较小。 由轮胎的迟滞损失图由轮胎的迟滞损失图1-9看，在轮胎径向变形相同的情况看，在

19、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？等？思思考考aun n ddZFOEFCDAhFZdFZd图图1-10b 加载变形区和卸加载变形区和卸载变形区内的对称点所受载变形区内的对称点所受到的地面法向反作用力到的地面法向反作用力27第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 naunWarZF这样，就使得地面法向反作用力的分布前后并不对称，而使它们这样，就使得地面法向反作用力的分布前后并不对称，而使它们的合力的合力Fz相对于法线相对于法线 n-n向前移动了距离向前移动了距离a，见图，见图1-

20、11a。将将Fz平移至法线平移至法线n-n，则有滚动阻力偶矩，则有滚动阻力偶矩 ,见图见图1-11b-1。 aun nWfTZFaFTZf图图1-11a图图1-11b-128aun nW1pF1XFZFfT图图1-11b-2由图由图1-11b-1，欲使从动轮在硬路上等速滚动，必须在车轮中心加一推力，欲使从动轮在硬路上等速滚动，必须在车轮中心加一推力Fp1,它与地面切向反作用力它与地面切向反作用力Fx1(由推力由推力Fp1引起引起)构成一力偶矩来克服（平衡）滚构成一力偶矩来克服（平衡）滚动阻力偶矩。见图动阻力偶矩。见图1-11b-2。1）从动轮受力分析29aFTZff1pTrFraFrTFZf1

21、praf p1FWfWFf1pf滚动阻力系数滚动阻力系数第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力raun nW1pF1XFfTZF令令可见，滚动阻力系数是车轮可见，滚动阻力系数是车轮在一定条件下滚动时所需要在一定条件下滚动时所需要的推力与车轮负荷之比，即的推力与车轮负荷之比，即单位车重所需要的推力。单位车重所需要的推力。这样滚动阻力偶就转化为这样滚动阻力偶就转化为当量阻力当量阻力，即：，即： 滚动阻力与滚动阻力偶对车轮的阻滚动阻力与滚动阻力偶对车轮的阻碍效果是等效的。为便于理解和后续碍效果是等效的。为便于理解和后续力学分析，定义了滚动阻力的概念，力学分析，定义了滚动阻力的概念

22、，滚动阻力画不出来，只是一个数值。滚动阻力画不出来，只是一个数值。30auWp2F2XFZFtTaraFTrFZXt2ftTT rTrTFXft2ftFF 真正作用在驱动轮上驱动汽车行驶的力为地面切向反作用力真正作用在驱动轮上驱动汽车行驶的力为地面切向反作用力FX2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FX2比比Ft要小。要小。2）驱动轮受力分析第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力314a4a10100100ufufff ua高高 f 大大 货车货车 f=0.0076+0.000056ua 3）影响Ff的因素第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与

23、行驶阻力轿车轿车（1）车速 ua32第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力zf33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。第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力临界车速临界车速（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

24、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。34驻波现象（图像）驻波现象（图像）第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力35 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

25、龙、钢丝）和橡胶品质有关。和橡胶品质有关。（2）轮胎结构第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力36（3）气压第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力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，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。滚动阻力也越小。37（4）驱动力第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力38为什么驱动力系数很大时为什么驱动力系数很大时，气压越低气压越低 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 思考思考第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻

26、力汽车的驱动力与行驶阻力39上高速公路时，轮胎气压应该适当高一些。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。在松软路面、泥泞路面、雪地行驶时，可适当降低轮胎气压。第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力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？变形产生的滚动阻力大，故胎移产生的滚动阻力大？变形产生的滚动阻力大，故胎压应适当高些。在松软地面上滑移产生的滚动阻力大，压应适当高些。在松软地面上滑移产生的滚动阻力大，胎压应低些。胎压应低些。 胎压高胎压高轮胎变形小轮胎

27、变形小迟迟滞损失少滞损失少Ff小小胎压低胎压低滑移小滑移小Ff小小 上高速公路前要检查胎压上高速公路前要检查胎压，在给定的胎压范围内在给定的胎压范围内，胎胎压适当高一些好还是低一些好？压适当高一些好还是低一些好？思考思考思考思考40路面类型路面类型滚动阻力系数滚动阻力系数良好的沥青或混凝土路面良好的沥青或混凝土路面0.0100.018一般的沥青或混凝土路面一般的沥青或混凝土路面0.0180.020碎石路面碎石路面0.0200.025良好的卵石路面良好的卵石路面0.0250.030坑洼的卵石路面坑洼的卵石路面0.0350.050压紧土路压紧土路干燥的干燥的0.0250.035 雨后的雨后的0.0

28、500.150泥泞土路（雨季或解冻期）泥泞土路（雨季或解冻期）0.1000.250干沙干沙0.1000.300湿沙湿沙0.0600.150结冰路面结冰路面0.0150.030压紧的雪道压紧的雪道0.0300.050第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 由轮胎由轮胎与土壤之与土壤之间的粘着间的粘着性所致性所致（5）路面条件表表1-2 滚动阻力系数滚动阻力系数 f 的数值的数值41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）转向第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力42（1）

29、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。 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。2.空气阻力FW第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力43第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力44 取决于车身主体形状。取决于车身主体形状。1）形状阻力（58%）第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力45后视镜后视镜 车

30、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）干扰阻力（14%）第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力46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第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力47后视镜后视镜 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力48后视镜后视镜 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力49门把手门把手 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力50悬架导向杆和传动轴悬架导向杆和传动轴 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力51 满足冷

31、却、通风等需要，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）诱导阻力（7%） 空气升力在行驶方向的分力。空气升力在行驶方向的分力。第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力3）内循环阻力（12%） 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。52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

32、省油还是开窗通风省油？（高速时，超过（高速时，超过70km/h，风阻很大，故开空调省，风阻很大，故开空调省油；低速时，开窗省油）油；低速时，开窗省油）第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力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）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。532rDw21uACF241.2258N sm15.212aDwAuCF CD

33、空气阻力系数；空气阻力系数；A迎风面积；迎风面积；ur相对速度，无风时即为汽车的行驶速度相对速度，无风时即为汽车的行驶速度ua(m/s)空气密度。空气密度。第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力（3）空气阻力FW的计算若若ua以km/h计，则有：54第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力发动机盖应向前下倾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55第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力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。面与面交接处的棱角应为圆柱状。56过渡不理想过渡不理想第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力

34、与行驶阻力 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。57第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 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。58第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力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。59第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力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。尽量减少灯、后视镜和门把手等凸出物。60第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力上掀式

35、前照灯上掀式前照灯（视频）（视频）61第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 在保险杠下面，应安装合适的导流板。在保险杠下面，应安装合适的导流板。62第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 车轮盖应与轮胎相平。车轮盖应与轮胎相平。63思考：思考：F1方程式赛车为什么不用车轮盖？方程式赛车为什么不用车轮盖？ 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力64思考：思考：F1方程式赛车为什么不用车轮盖？方程式赛车为什么不用车轮盖？ 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力1. F1的比赛中，经常需要更换轮胎，且为了更换的速录，的

36、比赛中，经常需要更换轮胎，且为了更换的速录，是需要连轮毂一同更换。如果装有轮盖，会增加装卸难是需要连轮毂一同更换。如果装有轮盖，会增加装卸难度和装卸人员产生失误的可能性，直接影响到车轮的装度和装卸人员产生失误的可能性，直接影响到车轮的装卸速度卸速度 。2. 车轮盖安装后，把制动盘和制动卡钳都蒙在里面，会车轮盖安装后，把制动盘和制动卡钳都蒙在里面，会影响制动盘的散热，加剧制动系统影响制动盘的散热，加剧制动系统“热衰退热衰退”，造成制，造成制动力下降或丧失动力下降或丧失 。3. 无关空气动力学。车轮外侧在风洞试验中，并不会产无关空气动力学。车轮外侧在风洞试验中，并不会产生过大的正压或负压，并可以通

37、过轮毂的轮辐形状，进生过大的正压或负压，并可以通过轮毂的轮辐形状，进行修复，所以由车轮产生的空气横向力可以不计。行修复，所以由车轮产生的空气横向力可以不计。 4. 国际汽联最大的要求就是安全，车轮盖的脱离会造成国际汽联最大的要求就是安全，车轮盖的脱离会造成事故隐患，规定中就禁止使用了事故隐患，规定中就禁止使用了 。65第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 整个车身应向前倾整个车身应向前倾12。2）整车66第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 水平投影应为腰鼓形。水平投影应为腰鼓形。67第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 后端稍

38、稍收缩，前端呈半圆形。后端稍稍收缩，前端呈半圆形。68第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 最好采用舱背式或直背式。最好采用舱背式或直背式。3）汽车后部69第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 舱舱背式背式3）汽车后部70第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 直背式直背式3）汽车后部71 应安装后扰流板。应安装后扰流板。第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力72第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 当车速超过当车速超过120km/h，尾翼会自动升高，尾翼会自动升高160mm，为车身增为车

39、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。73第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 应安装后扰流板。应安装后扰流板。74第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 应安装后扰流板。应安装后扰流板。75第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 应安装后扰流板。应安装后扰流板。76第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力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。若用折背式，则行李箱盖板至地面距离应高些，长度要短些。7

40、7 后面应采用鸭尾式结构。后面应采用鸭尾式结构。第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力78第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力 后面应采用鸭尾式结构。后面应采用鸭尾式结构。79第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力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80第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力底部比较凌乱底部比较凌乱81第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力底部比较凌乱底部比较凌乱82第二节第二节

41、汽车的驱动力与行驶阻力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。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83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第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力84冷却发动机和前制动器冷却发动机和前制动器冷却后制动器冷却后制动器为发动机提供充足的空气为发动机提供充足的空气第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力85什么是超级跑车？什么是超级跑车？ 限量生产、价格高昂、动力强劲（限量生产

42、、价格高昂、动力强劲（3.5L以上、以上、8缸以缸以上）、起步快（上）、起步快（0100km/h时间在时间在5s以内）、技术超群、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。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：形象的描述：外观鲜亮，让人爱得要死；加速时令人外观鲜亮，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。高，让人想得要死。第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力思考：对于轿车和超级跑车思考：对于轿车和超级跑车，哪种车型的

43、空气阻力系数更哪种车型的空气阻力系数更大？为什么？大？为什么？86三种超级跑车三种超级跑车兰博基尼兰博基尼法拉利法拉利保时捷保时捷第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力87答案答案 由于尾翼的影响、发动机和制动器通风冷却的需要，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。超级跑车的空气阻力系数一般会大于普通轿车。兰博基尼跑车兰博基尼跑车 在冷却通风口关闭且扰流板摆平时，在冷却通风口关闭且扰流板摆平时，CD值为值为0.33；展；展开时，开时，CD值为值为0.36。第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力思考：对于轿

44、车和超级跑车思考：对于轿车和超级跑车，哪种车型的空气阻力系数更哪种车型的空气阻力系数更大？为什么？大？为什么？88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：第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力89第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力未来轿车的外形未来轿车的外形90第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力导流板导流板 6）货车和半挂车的空气阻力也很重要，不少货车驾驶室）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。上已装用导流板等装置，以减小空气阻力、节省燃油。91第二

45、节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力92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第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力93isinFG汽车重力沿坡道的分力。汽车重力沿坡道的分力。第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力3.坡度阻力Fi94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

46、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%一级汽车专用公路平原重丘区一级汽车专用公路平原重丘区6%四级公路四级公路平原微丘区平原微丘区6%四级公路四级公路平原重丘区平原重丘区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第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力95itansinGiGGFtansini第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力96道路阻力道路阻力cos()FGfGiG fifiFFFsincosGGf第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力滚动阻力和坡度阻力之和。滚动阻力和坡度阻

47、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FGsin97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第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力汽车加速行驶时，克服其质量汽车加速行驶时，克服其质量而而加速运动时的惯性力。加速运动时的惯性力。tumFddj2 2f g 0Tw22111I i iImrmr 旋转质量换算系数旋转质量换算系数IW 车轮转动惯量；车轮转动惯量；If飞轮转动惯量。飞轮转动惯量。4.加速阻力98第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力挡位不同，挡位不同，值不同

48、值不同若不知道准确的车轮和飞轮转动惯量，可利用上图根据挡位与总传动若不知道准确的车轮和飞轮转动惯量，可利用上图根据挡位与总传动比大致确定比大致确定99 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。第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力总质量不同，总质量不同，值不同值不同100tfwijFFFFF三、汽车行驶方程式第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力101tfwijFFFFFcos1 tq g 0T2Dadcossin21.15dT i iC AuGfuGmrt tq g0T2Dad21.15dT i iC AuGfuGimrt sintani 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力10220gf2w2212121ruiiIruImuE汽车受到外力的功率为汽车受到外力的功率为PuFFFP)(iwf第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力用功率方程推导用功率方程推导和汽车行驶方程式和汽车行驶方程式汽车以车速汽车以车速u行驶时的动能为行驶时的动能为E发动机功率为发动机功率为PeuriiTTP0gtqetqe传动系摩擦阻力的负功率为传动系摩擦阻力的负功率为PruFPrrFr 传动系摩擦力转换到车