企业管理汽车理论

1、汽车理论论汽车理论论是研究究汽车主主要使用用性能的的科学，是在分分析汽车车运动基基本规律律的基础础上研究究汽车主主要使用用性能与与其结构构之间的的内在联联系，分分析汽车车主要使使用性能能的各种种影响因因素，从从而指出出正确设设计汽车车和合理理使用汽汽车的基基本途径径。对汽车提提出的使使用性能能的要求求是多方方面的，汽车理理论主要要研究汽汽车的动动力性、燃油经经济性、制动性性、操纵纵稳定性性、平顺顺性和通通过性等等。第8章汽车的的动力性性学习目标标通过本章章的学习习，应重重点掌握握汽车的的动力性性指标，熟练分分析汽车车的受力力情况，深入理理解汽车车的行驶驶方程式式，并熟熟练运用用汽车的的力平衡衡

2、图和功功率平衡衡图分析析汽车的的动力性性指标。汽车的动动力性是是指汽车车在良好好路面上上直线行行驶时，由汽车车受到的的纵向外外力决定定的、所所能达到到的平均均行驶速速度。汽汽车是一一种高效效率的运运输工具具，运输输效率之之高低很很大程度度上取决决于汽车车的动力力性。所所以，动动力性是是汽车各各种性能能中最基基本最重重要的性性能。1.1节节 汽汽车动力力性指标标从获得尽尽可能高高的平均均行驶速速度的观观点出发发，汽车车的动力力性主要要有以下下三个评评价指标标。1.1.1 汽汽车的最最高车速速 最最高车速速是指在在水平良良好的路路面(混混凝土或或沥青)上，汽汽车能达达到的最最高行驶驶车速。1.1.

3、2 汽汽车的加加速时间间 汽车的的加速时时间表示示汽车的的加速能能力，它它对平均均行驶车车速有很很大影响响。常用用原地起起步加速速时间与与超车加加速时间间来表明明汽车的的加速能能力。原原地起步步加速时时间，指指汽车由由档或档起步步，并以以最大的的加速强强度(包包括选择择恰当的的换档时时机)逐逐步换至至最高档档后，到到某一预预定的距距离或车车速所需需的时间间。超车车加速时时间，指指用最高高档或次次高档由由某一较较低车速速全力加加速至某某一高速速所需的的时间。由于超超车时两两车辆并并行，容容易发生生安全事事故，所所以超车车加速能能力强，并行行行程短，行驶就就安全。一般常常用04000m或00100

4、0km/h所需需的时间间来表明明汽车的的原地起起步加速速能力。对超车车加速能能力还没没有一致致的规定定，采用用较多的的是用最最高档或或次高档档，由某某一中等等车速全全力加速速行驶至至某一高高速所需需的时间间。轿车车对加速速时间尤尤为重视视。1.1.3 汽汽车的最最大爬坡坡度 汽车满满载时，在良好好路面上上的最大大爬坡度度，表示示汽车的的上坡能能力。显显然，汽汽车的最最大爬坡坡度指档最大大爬坡度度。轿车车最高车车速大，加速时时间短，经常在在较好的的道路上上行驶，一般不不强调它它的爬坡坡能力；而且它它的档加速速能力大大，故爬爬坡能力力也强。货车在在各种地地区的各各种道路路上行驶驶，所以以必须具具有

5、足够够的爬坡坡能力。实际上上， 代代表了汽汽车的极极限爬坡坡能力，它应比比实际行行驶中遇遇到的道道路最大大爬坡度度超出很很多。这这是因为为应考虑虑到在坡坡道上停停车后，顺利起起步加速速、克服服松软坡坡道路面面的大阻阻力等要要求的缘缘故。一一般货车车 在330%即即16.7左右，越野汽汽车要在在坏路或或无路条条件下行行驶，因因而爬坡坡能力是是一个很很重要的的指标，它的最最大爬坡坡度可达达60%即311左右。 三个指指标的测测定，均均应在无无风的条条件下进进行。确定汽车车的动力力性，就就是确定定汽车沿沿行驶方方向的运运动状态态。因此此，需要要掌握沿沿汽车行行驶方向向作用于于汽车上上的各种种外力，即

6、驱动动力与行行驶阻力力。根据据这些力力的平衡衡关系，建立汽汽车行驶驶方程式式，就可可以估算算汽车的的最高车车速、加加速时间间和最大大爬坡度度。8.2节节汽车的的驱动力力与行驶驶阻力确定汽车车的动力力性，就就是确定定汽车沿沿行驶方方向的运运动状况况。为此此需要掌掌握沿汽汽车行驶驶方向作作用于汽汽车的各各种外力力，即驱驱动力与与行驶阻阻力。根根据这些些力的平平衡关系系，建立立汽车行行驶方程程式，就就可以估估算汽车车的各项项动力性性能指标标。汽车的行行驶方程程式为式中 汽车驱驱动力；行行驶阻力力之和。1.2.1 汽汽车的驱驱动力 在汽车车行驶中中，发动动机发出出的有效效转矩 ，经变变速器、传动轴轴、

7、主减减速器等等后，由由半轴传传给驱动动车轮。如果变变速器传传动比为为 、主主减速比比为 、传动系系的机械械效率为为 ，则则传到驱驱动轮上上的转矩矩 ，即即驱动力力矩为 如图11.1所所示，此此时作用用于驱动动轮上的的转矩 ，产生生对地面面的圆周周力 ，则地面面对驱动动轮的反反作用力力 ，即即为汽车车驱动力力。如果果驱动车车轮的滚滚动半径径为 ，就有 ，因而而，汽车车驱动力力为 图1.1汽车车的驱动动力 (1.1) 下面将将对式(1.11)中发发动机转转矩丁 、传动动系机械械效率 及车轮轮半径 等作进进一步讨讨论，并并作出汽汽车的驱驱动力图图。1.2.1.11 发动动机的外外特性发动机的的功率、

8、转矩及及燃油消消耗率与与发动机机曲轴转转速的变变化关系系，即为为发动机机的速度度特性。当发动动机节气气门全开开，或高高压油泵泵处于最最大供油油量位置置时，此此特性称称为发动动机的外外特性，对应的的关系曲曲线称为为外特性性曲线；如果节节气门部部分开启启，则称称为发动动机部分分负荷特特性曲线线。图1.22为某发发动机的的外特性性曲线。 为发发动 图1.22 某某发动机机外特性性曲线 机最低低稳定工工作转速速，随着着发动机机转速的的增加，发动机机发出的的有效功功率和有有效转矩矩都在增增加，发发动机转转矩达到到最大值值 时，相应的的发动机机转速为为 ，再再增大发发动机转转速时，有效转转矩 有有所下降降

9、，但功功率 继继续增加加，一直直达到最最大功率率 ，此此时发动动机转速速为 ，继续提提高发动动机转速速，其功功率反而而下降。一般取取 =(1.111.2) 。 如转矩矩 单位位用N?m表示示，功率率 单位位用kWW表示，转速 用r/minn表示,它们之之间有如如下关系系： (1.2) 发动机机制造厂厂提供的的发动机机外特性性曲线，一般是是在试验验台架上上不带空空气滤清清器、水水泵、风风扇、消消声器、发电机机等附属属设备条条件下测测试得到到的。如如果带上上上述附附属设备备，测得得的发动动机外特特性的最最大功率率约小115%；转速为为 时，功率约约小2%6%；转速速再低时时，两者者相差更更小。此此

10、外，由由于在试试验台架架上所测测的发动动机工况况相对稳稳定，而而在实际际使用中中，发动动机的工工况通常常是不稳稳定的，但由于于两者差差别不显显著，所所以在进进行动力力估算时时，仍可可用稳态态工况时时发动机机的试验验数据。如果找不不到外特特性曲线线的数据据，若已已知发动动机的 和 ，则可用用式(11.3)估算发发动机的的外特性性 - 曲线： (1.3)式中 、 发动机机类型系系数，汽汽油机 = =1，直直接喷射射式柴油油机 =0.55， =1.55，有预预燃室式式柴油机机 =00.6， =11.4。如果在已已知 和和 之外外，还已已知了 及 ，则可用用式(11.4)估算发发动机的的外特性 - 曲

11、线线： (1.4)式中 最大大功率时时对应的的转矩。1.2.1.22 传动动系的机机械效率率发动机发发出的功功率 ，经传动动系传到到驱动车车轮的过过程中，要克服服传动系系各部件件的摩擦擦而有一一定的损损失。若若损失的的功率为为 ，则则传到驱驱动轮的的功率为为 - ，传动动系的机机械效率率 为 (1.55) 传动系系的功率率损失由由传动系系中各部部件变速器器、万向向节、主主减速器器等的功功率损失失所组成成。其中中变速器器和主减减速器的的功率损损失所占占比重最最大，其其余部件件功率损损失较小小。 损耗的的功率含含机械损损失功率率和液力力损失功功率。机机械损失失功率是是指齿轮轮传动副副、轴承承、油封

12、封等处的的摩擦损损失的功功率，其其大小决决定于啮啮合齿轮轮的对数数，传递递的转矩矩等因素素。液力力损失功功率是指指消耗于于润滑油油的搅动动、润滑滑油与旋旋转零件件之间的的表面摩摩擦功率率。其大大小决定定于润滑滑油的品品质、温温度、箱箱体内的的油面高高度，以以及齿轮轮等旋转转零件的的转速。液力损损失随传传动零件件转速提提高、润润滑油面面高度及及粘度增增加而增增大。 传动系系的机械械效率是是在专门门的实验验装置上上测试得得到的。在动力力性计算算时，-机械效效率取为为常数。采用有有级机械械变速传传动系的的轿车取取0.990.92，单级主主传动货货车取00.9，44汽车车取0.85。 1.2.1.33

13、 车轮轮半径 轮胎的的尺寸及及结构直直接影响响汽车的的动力性性。车轮轮按规定定气压充充好气后后，处于于无载时时的半径径，称为为自由半半径。 在汽车车重力作作用下，轮胎发发生径向向变形。车轮中中心与轮轮胎接地地面的距距离称为为静力半半径 。静力半半径小于于其自由由半径，它取决决于载荷荷、轮胎胎的径向向刚度，以及支支承面的的刚度。 作用于于车轮上上除径向向载荷外外，还有有转矩。车轮中中心至轮轮胎与道道路接触触面切向向反作用用力之间间的距离离为动力力半径。此时轮轮胎不仅仅产生径径向变形形，同时时还产生生切向变变形。其其切向变变形取决决于轮胎胎的切向向刚度、轮胎承承受的转转矩及转转动时的的离心惯惯性力

14、等等。 以车轮轮转动圈圈数 与与车轮实实际滚动动距离 之间关关系换算算得出的的车轮半半径，称称为车轮轮的运动动半径(滚动半半径) ，即 (1.6)显然，对对汽车作作动力学学分析时时，应该该用静力力半径 ；而作作运动学学分析时时应该用用滚动半半径 。但在一一般的分分析中常常不计它它们的差差别，统统称为车车轮半径径 ，即即认为1.2.1.44 汽车车的驱动动力图 在各个个排档上上，汽车车驱动力力 与车车速 之之间的函函数关系系曲线，称为汽汽车驱动动力图。它直观观地显示示变速器器处于各各档位时时，驱动动力随车车速变化化的规律律。 当已知知发动机机外特性性曲线、传动系系的传动动比及机机械效率率、车轮轮

15、半径等等参数时时，即可可作出汽汽车驱动动力图。具体方方法如下下：（1）从从发动机机外特性性曲线上上取若干干( 、 )。（2）根根据选定定的不同同档位传传动比，按式(1)算算出驱动动力值。（3）根根据转速速 、变变速器传传动比 及主减减速比 ，由下下式计算算与所求求 对应应的速度度： (1.7)（4）建建立 - 坐标标，选好好比例尺尺，对每每个档位位，将计计算出的的值( ， )分别描描点并连连成曲线线，即得得驱动力力图。 图1.3即为为某五档档变速器器货车的的驱动力力图。从从驱动力力图中可可以看出出驱动力力与其行行驶速度度的关系系及不同同档位驱驱动力的的变化。驱动力力图可以以作为工工具用来来分析

16、汽汽车的动动力性。1.2.2 汽汽车的行行驶阻力力汽车在水水平道路路上等速速行驶时时必须克克服来自自地面的的滚动阻阻力 和和来自空空气的空空气阻力力 ；当当汽车在在坡道上上上坡行行驶时，还必须须克服 图1.33 汽汽车驱动动力图 重力沿沿坡道的的分力，即坡度度阻力 ；另外外汽车加加速行驶驶时还需需要克服服的阻力力即加速速阻力 。因此此汽车行行驶的总总阻力为为 + + + (11.8)上述各种种阻力中中，滚动动阻力和和空气阻阻力是在在任何行行驶条件件下均存存在的。坡度阻阻力和加加速阻力力仅在一一定行驶驶条件下下存在。水平道道路上等等速行驶驶时就没没有坡度度阻力和和加速阻阻力。1.2.2.11 滚

17、动动阻力 汽车行行驶时，车轮与与地面在在接触区区域的径径向、切切向和侧侧向均产产生相互互作用力力，轮胎胎与地面面亦存在在相应的的变形。无论是是轮胎还还是地面面，其变变形过程程必然伴伴随着一一定的能能量损失失。这些些能量损损失是使使车轮转转动时产产生滚动动阻力的的根本原原因。1.2.2.11.1 弹性车车轮在径径向加载载后卸载载过程中中形成的的弹性迟迟滞损失失当汽车车车轮在水水平路面面上，且且不受侧侧向力作作用时，车轮与与地面间间将产生生径向和和切向的的相互作作用力。图1.4为轮轮胎在硬硬支承路路面上受受径向载载荷时的的变形过过程及对对应的曲曲线。图1.44 轮胎径径向变形形曲线a)轮胎胎受力

18、b)变变形曲线线 从图11.4中中可见，当弹性性车轮在在硬支承承路面上上，对其其进行加加载和卸卸载的过过程中，径向载载荷 与与由其引引起的轮轮胎径向向变形量量 之间间的对应应关系。加载变变形曲线线 与卸卸载变形形曲线 并不重重合，则则可知加加载与卸卸载不是是可逆过过程，存存在着能能量损失失。面积积 为加加载过程程中对轮轮胎所作作的功；面积 为卸载载过程中中，轮胎胎恢复变变形时释释放的功功。两面面积之差差 即为为加载与与卸载过过程的能能量损失失。这一一部分能能量消耗耗在轮胎胎各组成成部分相相互间的的摩擦，以及橡橡胶、帘帘线等物物质分子子间的摩摩擦，最最后转化化为热能能而消失失在大气气中。这这种损

19、失失称为弹弹性物质质的迟滞滞损失。 从图11.4bb中可见见，在同同样变形形量 的的情况下下，处于于加载过过程的载载荷较大大，即图图中 。这这说明当当车轮在在径向载载荷作用用下滚动动时，由由于弹性性迟滞现现象，使使地面对对车轮的的法向支支持力为为不对称称分布，其法向向反力合合力作用用线，相相对于车车轮中心心线前移移了一段段距离，因而形形成了阻阻碍车轮轮滚动的的力偶矩矩。1.2.2.11.2 等速滚滚动从动动轮受力力分析及及滚动阻阻力系数数图1.55 从动轮轮在硬路路面上滚滚动时的的受力情情况a)受力力分析 b)滚滚动阻力力 在水平平路面等等速直线线滚动的的汽车从从动轮，如图11.5aa所示，其

20、法向向反力的的合力 相对车车轮垂直直中心线线前移了了一段距距离 。 值随随弹性损损失的增增大而增增大。车车轮所承承受的径径向载荷荷 ，与与法向反反力 ，大小相相等，方方向相反反，即 =- 。 若法向向反力 通过车车轮中心心，则是是从动轮轮在硬路路面上等等速直线线滚动的的受力情情况，如如图1.5b所所示。图图中力矩矩 为作作用于车车轮上阻阻碍车轮轮滚动的的滚动力力偶矩，且 = 。要使从从动轮等等速直线线滚动， 必须须通过车车轮中心心，通过过车轴施施加以推推力 ，它与地地面切向向反力 构成一一力偶矩矩来克服服滚动力力偶矩 ，由车车轮中心心力矩平平衡条件件，得 = 故所应施施加推力力为 或或 式中

21、称称为滚动动阻力系系数，可可见滚动动阻力系系数是单单位汽车车重力所所需的推推力。换换言之，滚动阻阻力等于于滚动阻阻力系数数与车轮轮负荷的的乘积。故车轮轮滚动阻阻力 为为 (1.99)这样，在在分析汽汽车的行行驶阻力力时，可可不必具具体计算算阻碍车车轮滚动动的力偶偶矩，而而只计算算滚动阻阻力(实实际作用用在车轮轮上的是是滚动阻阻力偶矩矩)。1.2.2.11.3 等速滚滚动的驱驱动轮受受力分析析图1.66为驱动动轮在硬硬路面上上等速直直线滚动动时的受受力图。图中 为为道路对对驱动轮轮的切向向反力， 为车车架通过过悬架给给轮轴的的反推力力，法向向反作用用力 也也由于轮轮胎弹性性迟滞损损失，使使其作用

22、用线前移移一段距距离 ，即在驱驱动轮上上同样作作用有滚滚动力偶偶矩 。由对车车轮中心心的力矩矩平衡条条件得：图1.66 驱驱动轮在在硬路面面上滚动动时的受受力情况况 (11.100)由上式可可见，真真正作用用在驱动动轮上驱驱动汽车车行驶的的力为地地面对车车轮的切切向反作作用力 ，其数数值等于于驱动力力 减去去驱动轮轮滚动阻阻力 。1.2.2.11.4 滚动阻阻力系数数的影响响因素 滚动阻力力系数与与路面种种类及其其状态、车速及及轮胎等等有关，其数值值通过实实验确定定。(1)路路面种类类及其状状态对滚滚动阻力力系数的的影响 表1.1列出出了车速速为500km/h时，汽车在在各种路路面上行行驶时的

23、的车轮滚滚动阻力力系数值值。滚动动阻力系系数主要要受路面面的影响响。路面面的种类类及其状状态都影影响滚动动阻力系系数。表1.11 滚动阻阻力系数数值路面类型型滚动阻阻力系数数良好的沥沥青或混混凝土路路面一般的沥沥青或混混凝土路路面碎石路面面良好卵石石路面坑洼的卵卵石路面面压紧土路路(干燥燥的)压紧土路路(雨后后的)泥泞土路路(雨季季或解冻冻期)干砂湿砂结冰路面面压紧的雪雪道0.00100.00180.011800.02200.022000.02250.022500.03300.033500.05500.022500.03350.055000.15500.100000.25500.100000.

24、30000.066000.15500.011500.03300.033000.0550(2)轮轮胎的结结构和材材质对滚滚动阻力力系数的的影响子午线轮轮胎与普普通斜交交轮胎相相比，具具有较低低的滚动动阻力系系数。 减小帘帘线层可可使胎体体减薄，从而可可相应降降低滚动动阻力系系数。因因此，采采用高强强力粘胶胶帘布、合成纤纤维帘布布或钢丝丝帘布等等，均可可在保证证轮胎强强度的条条件下减减少帘布布层数。(3)汽汽车行驶驶速度对对滚动阻阻力系数数的影响响当车速在在1000km/h以下下时，滚滚动阻力力系数变变化不大大；当车车速在1100kkm/hh以上时时，滚动动阻力系系数随车车速提高高而增大大较快，当

25、车速速高到一一定数值值后，轮轮胎发生生驻波现现象，轮轮胎周缘缘不是圆圆形，出出现明显显的波浪浪状。滚滚动阻力力系数迅迅速增大大，轮胎胎的温度度也迅速速升高，使轮胎胎帘线层层脱落，几分钟钟内就会会出现爆爆破现象象。(4)轮轮胎气压压对滚动动阻力系系数的影影响轮胎气压压对滚动动阻力系系数的影影响很大大。在硬硬路面上上行驶的的汽车，轮胎气气压低时时，变形形较大，滚动时时的迟滞滞损失增增大，滚滚动阻力力系数相相应增大大。随着着轮胎气气压增高高，硬路路面上的的滚动阻阻力系数数逐渐减减小。汽车在软软路面上上行驶，气压低低，轮胎胎变形大大，使轮轮胎与地地面接触触面积增增大,单单位面积积压力下下降，地地面变形

26、形小，使使滚动阻阻力系数数相应减减小。1.2.2.22 空气气阻力汽车直线线行驶时时受到的的空气作作用力在在行驶方方向上的的分力，称为空空气阻力力。它分分为压力力阻力和和摩擦阻阻力两部部分。作作用在汽汽车外形形表面上上的法向向压力的的合力在在行驶方方向上的的分力称称为压力力阻力。摩擦阻阻力是由由于空气气的粘性性在车身身表面产产生的切切向力的的合力在在行驶方方向上的的分力。压力阻力力又分为为四部分分：形状状阻力、干扰阻阻力、内内循环阻阻力、诱诱导阻力力。形状状阻力与与车身主主体形状状有关，流线型型越好，形状阻阻力越小小；干扰扰阻力是是车身表表面突起起物，如如后视镜镜、门把把手、车车灯等引引起的阻

27、阻力；发发动机冷冷却系、车内通通风等空空气流经经车体内内部时构构成的阻阻力，为为内循环环阻力；诱导阻阻力是空空气升力力在水平平方向上上的投影影。对于一般般轿车，这几部部分阻力力的比例例大致为为：形状状阻力占占58%，干扰扰阻力占占14%，内循循环阻力力占122%，诱诱导阻力力占7%，摩擦擦阻力占占9%。空气阻力力中，形形状阻力力占的比比重最大大，所以以，改善善车身流流线形状状，是减减小空气气阻力的的关键。空气阻力力 (NN)的计计算公式式为 (11.111)式中 相对对速度，在无风风时即为为汽车的的行驶速速度(kkm/hh)；迎风风面积(m2)；空气气阻力系系数。空气阻力力作用于于由风洞洞试验

28、测测得的风风帆中心心，以代代替分布布于整个个汽车表表面的力力。为考查汽汽车造型型对空气气阻力的的影响，在图11.7所所示的44种车头头和4种种车尾组组合的轿轿车模型型上做空空气阻力力系数 值的测测定实验验。实验验结果表表明，用用完全圆圆形的车车头C型型，代替替挡风玻玻璃倾角角45阶梯形形车头DD型，对对减小汽汽车空气气阻力并并无明显显改善，但比较较陡的挡挡风玻璃璃(E)或垂直直的挡风风玻璃(F)，使 值值显著增增加。 图1.77 轿轿车模型型的空气气阻力系系数 由由图中所所示Z型型车尾呈呈细长的的a) 随车车型变化化 b)汽车模模型 空气阻阻力系数数 值最最小，但但这种造型是是不实际际的。车车

29、尾装上上适当尺尺寸的扰扰流板、保险杠杠下部或或驾驶室室顶部安安装适当当的导流流板，都都会减小小空气阻阻力系数数。为减小干干扰阻力力，首要要的是减减少车身身外突起起物的数数量，其其突起物物的形状状也最好好接近流流线型。1.2.2.33 坡度度阻力如图1.8所示示，当汽汽车上坡坡行驶时时，其重重力沿坡坡道斜面面的分力力 表现现为对汽汽车行驶驶的一种种阻力，称坡度度阻力。坡度阻阻力 (N)按按下式计计算： (1.12)式中 道路路坡度角角()。坡道的表表示方法法是用坡坡度 ，即用坡坡高 与与底长 之比表表示：图1.88 汽汽车的上上坡阻力力 当坡道道角 10155时， ，则： (1.13) 由于坡度

30、度阻力 与滚动动阻力 均属与与道路有有关的汽汽车行驶驶阻力，故常把把这两种种阻力之之和称为为道路阻阻力 (N)，即 (1.14) 令 ， 称为道道路阻力力系数。 当坡度度角 较较小时， ， ，则 (11.155)1.2.2.44 加速速阻力 汽车加加速行驶驶时，需需克服其其质量的的惯性，这就是是加速阻阻力 。汽车质质量分为为平移质质量和旋旋转质量量(飞轮轮、车轮轮等)两两部分。加速时时平移质质量要产产生惯性性力，旋旋转质量量要产生生惯性力力偶矩，为了便便于计算算，一般般把旋转转质量的的惯性力力偶矩，转化为为平移质质量的惯惯性力，并以系系数 作作为换算算系数，则汽车车加速时时的加速速阻力 (N)

31、为， (1.16)式中 汽车车旋转质质量换算算系数，( 1), 主要要与飞轮轮、车轮轮的转动动惯量，以及传传动系的的传动比比有关；汽车车质量，(kgg)；汽车车行驶加加速度，(m/s2)。1.3节节 汽汽车的行行驶方程程式与汽汽车行驶驶条件1.3.1 汽汽车行驶驶方程式式根据上节节分析的的汽车各各行驶阻阻力，可可以得到到汽车的的行驶方方程式为为 或或 (1.117) 该方程程式表示示了驱动动力与行行驶阻力力的数量量关系，但并未未经过周周密的推推导。本本节将对对汽车各各部分取取隔离体体，进行行受力分分析，以以便更具具体确切切地说明明汽车的的总体受受力，同同时推导导出旋转转质量换换算系数数 并建建

32、立汽车车行驶方方程式。1.3.1.11 从动动轮在加加速过程程中的受受力分析析 图11.9 加速速时车轮轮的受力力图 图1.10 加速速时驱动动轮的受受力图从动轮轮上的载载荷 从动轮轮的质量量 驱动轮轮上的载载荷 驱动轮轮的质量量 地面对对从动轮轮的法向向反作用用力 地面对对驱动轮轮的法向向反作用用力从动轮轮的转动动惯量 驱动轮轮的转动动惯量从动轴轴对从动动轮的推推力 驱动轴轴对驱动动轮的阻阻力地面切切向反作作用力 从动轮轮滚动阻阻力偶矩矩 地面切切向反作作用力 从动轮轮平移惯惯性力 驱动轮轮的滚动动阻力偶偶矩绕从动动轮重心心的惯性性力偶 半轴作作用于驱驱动轮的的力矩 图1.9为加加速时从从动

33、轮的的受力图图。 根据力力(力矩矩)平衡衡条件，沿水平平方向各各力合力力为零，即 (1.118)绕车轮中中心力矩矩之和为为零，即即由于 ， ，则则上式可可写成 (1.119)故从动轴轴对从动动轮的推推力为 (11.200)可见，推推动从动动轮前进进的推力力，要克克服两种种阻力，即从动动轮的滚滚动阻力力和从动动轮的加加速阻力力。加速速阻力又又由平移移质量的的加速阻阻力 和和旋转质质量的加加速阻力力 所组组成。1.3.1.22 驱动动轮在加加速过程程中的受受力分析析图1.110为加加速时驱驱动轮的的受力图图。根据平衡衡条件，得令 为加加速过程程中驱动动轮的实实际驱动动力,则 (11.211)可见，

34、 克服三三部分阻阻力，即即由驱动动轴传来来的阻力力 、驱驱动轮的的滚动阻阻力 和和驱动轮轮的加速速阻力。驱动轮轮的加速速阻力由由平移质质量产生生的加速速阻力 和旋转转质量产产生的加加速阻力力 所组组成。加速时半半轴作用用于驱动动轮的力力矩 ，是由发发动机输输出的有有效转矩矩，克服服发动机机旋转质质量(主主要指飞飞轮)产产生的惯惯性阻力力矩而得得到的。如果飞飞轮转动动惯量为为 ，飞飞轮产生生的角加加速度为为 ，则则 (1.22)而 所以 故 式中 飞轮轮加速阻阻力汽车车驱动力力。因此 (1.23)1.3.1.33 除从从动轮、驱动轮轮以外汽汽车其余余部分的的受力分分析图1.111为加加速时除除从

35、动轮轮、驱动动轮以外外的汽车车其余部部分的受受力图。 依据力力的平衡衡条件，得图1.111 加速时时除车轮轮以外的的汽车部部分受力力图 (1.224)将式(11.200)和式式(1.23)代人式式(1.24)得即 令旋转质质量换算算系数为为 ，则则因此，汽汽车行驶驶方程可可写成：若在坡道道上行驶驶，方程程式可写写成 此方程程只表示示各物理理量之间间的数量量关系，这个关关系式被被用来进进行汽车车动力性性分析，式中有有些项并并不表示示作用于于汽车的的外力。如称 为驱动动力，但但它并不不是真正正作用于于驱动轮轮的地面面切向反反作用力力，同样样，滚动动阻力也也不是真真正作用用于汽车车上的阻阻力，而而是

36、以滚滚动阻力力偶矩的的形式作作用于车车轮上。此外，在进行行动力性性分析时时，惯性性力 代代表惯性性力和惯惯性力矩矩的总效效应的一一个数值值。此方方程经过过了严格格的推导导，结论论是正确确的。1.3.2 汽汽车的行行驶条件件 由汽车车的行驶驶方程得得： 可见，驱动力力必须大大于滚动动阻力、坡度阻阻力和空空气阻力力后，才才能加速速行驶。若驱动动力小于于这三个个阻力之之和，则则汽车无无法开动动，正在在行驶中中的汽车车将减速速直至停停车。因因此，汽汽车行驶驶的第一一个条件件为 (1.225) 此条件件为汽车车行驶的的驱动条条件，但但它并不不是汽车车行驶的的充分条条件，实实际上，驱动力力是受附附着力限限

37、制的。增加发发动机转转矩及增增大传动动比，可可以增大大驱动力力。但驱驱动力达达到路面面可能给给出的最最大切向向力，即即附着力力 时，驱动轮轮会出现现滑转现现象，汽汽车不能能前进。 附着力力是路面面对驱动动轮切向向反力的的极限值值，在硬硬路面上上，它与与驱动轮轮法向反反作用力力 成正正比，即即 驱动轮轮地面法法向反作作用力与与汽车的的总体布布置、行行驶状况况及道路路的坡度度有关。式中 为附着着系数，它与路路面的种种类和状状况、车车轮运动动状况、胎压及及花纹有有关，行行驶车速速对附着着系数也也有影响响。在一般动动力性分分析中只只取附着着系数的的平均值值，见表表1.22。表1.22 轮轮胎与路路面间

38、的的附着系系数路面普普通轮胎胎高压轮轮胎干燥的沥沥青或混混凝土路路面潮湿的混混凝土路路面潮湿的沥沥青路面面碎石路面面(干)碎石路面面(潮湿湿)土路(干干)土路(湿湿)土路(泥泥)雪路(松松软)雪路(压压实)冰路面0.77000.8000.50.4550.60.6000.700.4000.500.5000.600.3000.400.1550.250.2000.350.2000.350.1000.200.55000.7000.40.3550.5000.600.3000.400.4000.500.2000.400.1550.250.2000.350.1220.200.0880.15 硬路面面的接触触

39、强度大大，地面面的坚硬硬及微小小的凸起起物和轮轮胎表面面的机械械啮合作作用等，使轮胎胎与地面面之间产产生较大大的附着着力，故故附着系系数较大大。潮湿湿的路面面和微观观凸凹、被污秽秽、灰尘尘所填的的路面，附着系系数下降降。 轮胎气气压对附附着系数数有较大大的影响响，在干干燥的硬硬路面上上，降低低轮胎的的气压，轮胎与与路面微微观不平平处的啮啮合面积积增大，使附着着系数加加大。在在潮湿的的硬路面面上，适适当提高高轮胎气气压，可可以提高高对路面面的单位位压力，有利于于挤出接接触处的的水分，附着系系数提高高。此外外，在硬硬路面上上行驶的的汽车，胎面花花纹做成成浅而细细的形状状，可以以增强胎胎面与路路面上

40、微微观突起起物间的的啮合作作用，有有利于提提高附着着系数。在软路路面上行行驶的汽汽车，胎胎面花纹纹做成粗粗而深的的花纹，可增大大嵌入轮轮胎花纹纹内的土土壤的剪剪切断面面，达到到提高附附着系数数的目的的。轮胎胎花纹做做成具有有良好的的排水功功能的形形状，提提高汽车车在潮湿湿路面上上的附着着系数。 行驶车车速对附附着系数数也有影影响。在在硬路面面上，车车速增加加时，轮轮胎来不不及与路路面微小小凸起部部分很好好啮合，附着系系数下降降。雨天天在硬路路面上行行驶，车车速提高高时，轮轮胎与路路面间的的水不易易被挤出出，使附附着系数数显著下下降。在在松软路路面上行行驶的汽汽车，由由于汽车车车速的的提高，车轮

41、的的作用力力很容易易破坏土土壤的结结构，造造成附着着系数也也下降。 应当明明确，附附着力并并不是汽汽车受到到的一个个力，它它只是路路面给车车轮切向向力的极极限值。当地面面切向力力达到此此值时，驱动轮轮将产生生滑转，汽车不不能行驶驶，因此此，汽车车行驶应应满足的的第二个个条件附着着条件为为(对于于后轮驱驱动的汽汽车) (1.26)而 ? ，所以以上式可可近似为为 或 (1.27)式中 作用于于所有驱驱动轮上上的地面面法向反反作用力力。联立式(1.225)和和式(11.277)得汽汽车行驶驶的驱动动与附着着条件为为 (1.28)这就是汽汽车行驶驶的必要要与充分分条件。图1.112为汽汽车加速速上坡

42、受受力图。可推导导出 、 随上上述条件件变化而而变化的的规律。图1.112 汽车车加速上上坡受力力图1.4节节 汽汽车驱动动力行驶阻阻力平衡衡图与动动力特性性图1.4.1 驱驱动力行驶阻阻力平衡衡图 前面面得到汽汽车的行行驶方程程式为或 此方程程表明了了汽车行行驶时，驱动力力和各行行驶阻力力之间的的平衡关关系。当当发动机机转速特特性、变变速器传传动比、主减速速比、机机械效率率、车轮轮半径、空气阻阻力系数数、汽车车迎风面面积及汽汽车总质质量等初初步确定定后，便便可利用用此式分分析汽车车在良好好路面（沥青、混凝土土路面）上的行行驶能力力，即确确定节流流阀全开开时，汽汽车能达达到的最最高车速速、加速

43、速能力和和爬坡能能力。为了清晰晰而形象象地表明明汽车行行驶时的的受力情情况及其其平衡关关系，一一般是采采用汽车车行驶方方程式用用图解法法来进行行分析的的。汽车车的驱动动力-行行驶阻力力平衡图图就是最最基本的的一种，将汽车车行驶中中经常遇遇到的滚滚动阻力力和空气气阻力叠叠加后画画在驱动动力图上上，并表表明该叠叠加量随随车速的的变化关关系曲线线。图11.133即为一一具有五五档变速速器汽车车的驱动动力-行行驶阻力力平衡图图。1.4.2 利利用驱动动力行驶阻阻力平衡衡图图解解汽车动动力性指指标 利用用汽车驱驱动力-行驶阻阻力平衡衡图，我我们可以以图解分分析汽车车的各项项动力性性指标。图1.113 汽

44、汽车驱动动力行驶阻阻力平衡衡图1.4.2.11 最高高车速汽车的最最高车速速是指汽汽车在无无风的条条件下，在水平平、良好好的路面面上，节节流阀全全开，变变速器置置于最高高档所能能达到的的车速。根据汽车车行驶方方程 此时， ， ， ，即即驱动力力-行驶驶阻力平平衡图上上 曲线线（此时时为最高高档驱动动力曲线线 ）与与 曲线线的交点点对应的的车速，就是最最高车速速（图中中为1775kmm/h）。 从图中中还可以以看出，当车速速低于最最高车速速时，驱驱动力大大于行驶驶阻力，这样，汽车就就可以利利用剩下下来的驱驱动力加加速或爬爬坡，或或牵引挂挂车。当当需要在在低于最最高车速速的某一一车速(如1660k

45、mm/h)等速行行驶时，驾驶员员可以关关小节流流阀开度度(图中中虚线)，此时时发动机机只用部部分负荷荷特性工工作，相相应地得得到虚线线所示驱驱动力曲曲线，以以使汽车车达到新新的平衡衡。1.4.2.22 汽车车的加速速能力汽车的加加速能力力可用它它在水平平良好路路面上行行驶时，能产生生的加速速度来评评价。由由于加速速度的数数值不易易测量；一般常常用加速速时间来来表明汽汽车的加加速能力力。例如如用直接接档行驶驶时，由由最低稳稳定速度度加速到到一定距距离或880% 所需时时间（新新车一般般用01000km/h所需需的时间间）。由汽车行行驶方程程得：显然利用用图1.13，可计算算得各档档的加速速度曲线

46、线如图11.144所示。有的汽汽车档的 值甚大大，档的加加速度可可能比II档的还还要大。根据加速速度图，可以进进一步求求得由某某一车速速加速至至另一较较高车速速所需的的时间。由于 故 图1.114 汽车的的行驶加加速度曲曲线 如果果画出加加速度倒倒数 随随速度变变化的曲曲线，可可用图解解积分法法求出曲曲线下的的面积，即为加加速过程程中的加加速时间间。1.4.2.33 汽车车的爬坡坡能力汽车的爬爬坡能力力是用最最大爬坡坡度来评评定。最最大爬坡坡度 %是指汽汽车满载载时，在在良好路路面上以以最低档档所能爬爬行的最最大坡度度。此时时汽车在在良好路路面上克克服 后后的力，全部用用来克服服坡度阻阻力，故

47、故 ，即即 因此 式中， 应为 ，但 的数值值本来就就较小，且 ，故可认认为 这样利用用图1.13，即可求求出汽车车能爬上上的坡道道角，并并相应地地求出坡坡度值，如图11.155所示。其中最最大爬坡坡度 为为档时的的最大爬爬坡度，直接档档最大爬爬坡度 亦应引引起注意意，因为为汽车经经常是以以直接档档行驶的的，如果果 过小小，迫使使汽 图1.115 汽车爬爬坡度图图 车在在遇到较较小的坡坡度时经经常换档档，这样样就影响响了行驶驶的平均均速度；其数值值按下式式求出： (1.229) 式中 直接档档时的最最大驱动动力。1.4.3 动动力因数数 利用汽汽车驱动动力-行行驶阻力力平衡图图可以确确定汽车车

48、的动力力性，但但不能用用来直接接评价不不同种类类汽车的的动力性性。因为为种类不不同的汽汽车，其其质量或或外形有有所不同同，因此此各行驶驶阻力也也不同，也就是是说即使使驱动力力相近的的汽车，其动力力性也不不相近。所以可可以预想想到表征征动力性性的指标标，应该该是一种种既考虑虑驱动力力，又包包含汽车车自重和和空气阻阻力在内内的综合合性参数数。将汽汽车行驶驶方程式式进行一一定的变变换，便便可找出出评定汽汽车动力力性的参参数。 (1.330)式(1.30)的右边边是汽车车行驶时时的道路路阻力系系数及加加速度与与 的乘乘积，左左边是汽汽车本身身所具有有的参数数。若令令 为汽汽车的动动力因数数，并以以符号

49、DD表示，则 (1.331)式(1.31)称为汽汽车的动动力平衡衡方程。由式(1.331)可可知，不不论汽车车自重等等参数有有何不同同，只要要有相等等的动力力因数 ，便能能克服同同样的坡坡度和产产生同样样的加速速度(设设两汽车车的 值值相同)。因此此，目前前常把动动力因数数作为表表征汽车车动力特特性的指指标。1.4.4 汽汽车的动动力特性性图及其其应用利用 - 和 的函数数关系，根据式式(1.31)计算出出 并作作出 - 关系系曲线，因此此，目前前常把动动力因数数作为表表征汽车车动力特特性的指指标。称称为动力力特性图图，如图图1.116所示示。再将将汽车滚滚动阻力力系数 随车速速 变化化关系曲

50、曲线，以以同样的的比例尺尺画在动动力特性性图上，就可以以方便地地分析汽汽车动力力特性。1.4.4.11 最高高车速在汽车达达到最高高车速时时， ， ，故故汽车的的动力平平衡方程程式(331)变变为 ，即图115 图1.116 动力特特性图 中高高速档动动力因数数曲线与与滚动阻阻力系数数曲线交交点处对对应的车车速为最最高车速速。1.4.4.22 各档档爬坡能能力在各档爬爬最大坡坡度时，加速度度 ，动动力平衡衡方程式式为 因此， 曲线线与 曲曲线之间间的距离离，就是是汽车各各档的爬爬坡能力力。粗略略估算时时， ，就是汽汽车的最最大爬坡坡度。实实际上,档所能能上的坡坡度一般般较大，因此， 1， ，故

51、故 的误误差较太太，此时时 解此三三角函数数方程，求得 然后再根根据 换换算成坡坡度。1.4.4.33 加速速能力评定汽车车的加速速能力时时，设 ，则动动力平衡衡方程为为 因此，在汽车车动力特特性图上上， 曲曲线与 曲线之之间距离离的 倍倍；就是是汽车各各档的加加速度。当求直直接档加加速度时时，若粗粗略判断断，可取取 ， m/ss2,则则加速度度值就是是 曲线线与 曲曲线之间间距离的的10倍倍。 由上述述可见，用动力力特性图图求解汽汽车的动动力性指指标十分分合适和和方便，在汽车车的技术术文件中中常用动动力特性性来表征征汽车的的动力性性。在动力特特性图上上几个重重要参数数如下：（1）汽汽车在水水

52、平良好好路面上上的最高高车速 。（2） 档最大大动力因因数 。它可粗粗略地代代表最大大爬坡能能力。（3）直直接档的的最大动动力因数数 。它它说明了了汽车以以直接档档行驶时时的爬坡坡与加速速能力，该值对对汽车行行驶的平平均速度度有很大大影响。1.5节节 汽汽车的功功率平衡衡 汽车行行驶时，不仅存存在驱动动力与行行驶阻力力的平衡衡关系，而且也也存在发发动机功功率和汽汽车行驶驶的阻力力功率间间的平衡衡关系。即发动动机发出出的有效效功率，始终等等于机械械传动损损失与全全部运动动阻力所所消耗的的功率。1.5.1 功功率平衡衡方程 汽车运运动阻力力所消耗耗的功率率，有滚滚动阻力力功率 、空气气阻力功功率

53、、坡度阻阻力功率率 及加加速阻力力功率 ，它们们的表达达式为功率平衡衡方程为为即 当 较小小时， ， ，上式可可写成1.5.2 功率平平衡图及及其应用用汽车的功功率平衡衡关系也也可以用用图解法法表示。以纵坐坐标表示示功率，横坐标标表示车车速，将将发动机功率率 、汽汽车经常常遇到的的阻力功功率 ，对应于于车速的的关系曲曲线绘在在坐标图图上，即即得到如如图1.17所所示功率率平衡图图。 可见由由于发动动机功率率随车速速的变化化，实际际上是随随转速的的变化，发动机机转速在在各档位位对应的的行驶车车速不同同，因此此得出图图示的各各档功率率与行驶驶车速的的关系曲曲线。 在低速速范围内内为一直直线，在在高

54、速时时由于 是 的的一次函函数， 是 的的二次函函数；而而 图1.117 汽车功功率平衡衡图 则是是 的三三次函数数。两者者叠加后后，阻力力功率曲曲线是一一条斜率率越来越越大的曲曲线。它它与档位位无关，只与车车速有关关，所以以高速时时，汽车车主要克克服空气气阻力而而消耗功功率。1.5.2.11 最高高车速汽车达最最高车速速时， ， ，则即功率平平衡图中中，发动动机功率率曲线(直接档档)与阻阻力功率率曲线的的交点对对应的车车速 ，稍大于于最高档档时发动动机最大大功率对对应的车车速 。1.5.2.22 加速速能力评价加速速能力时时， ，则所以，不不同车速速时的加加速度为为1.5.2.33 上坡坡能

55、力评价汽车车上坡能能力时， ，粗粗略计算算求出汽汽车的爬爬坡度为为 功率平平衡图上上，各档档功率曲曲线表示示汽车在在该档上上，不同同车速时时可能发发出的功功率。总总阻力功功率曲线线表示在在平直良良好路上上，以不不同车速速等速行行驶时所所需要的的功率。两者间间的功率率差值为为后备功功率，它它可以用用来使汽汽车加速速、爬坡坡等。 利用功功率平衡衡的方法法求解动动力性问问题显得得麻烦。但汽车车的速度度越高，遇到阻阻力越大大，克服服阻力所所消耗的的功率就就越大，因此，功率平平衡是从从能量转转换角度度研究汽汽车动力力性的。利用功功率平衡衡，还可可以研究究行驶时时发动机机的负荷荷率，即即一定工工况下，克服

56、阻阻力所需需发动机机发出功功率和该该工况下下发动机机能够发发出的最最大功率率的比值值，以便便研究经经济性问问题。1.6节 影响汽汽车动力力性的主主要因素素1.6.1发动动机参数数的影响响1.6.1.11 发动动机最大大功率的的影响 发动机功功率愈大大，汽车车的动力力性愈好好。设计计中发动动机最大大功率的的选择必必须保证证汽车预预期的最最高车速速。最高高车速愈愈高，要要求的发发动机功功率愈大大，其后后备功率率也大，加速和和爬坡能能力必然然较好。但发动动机功率率不宜过过大，否否则在常常用条件件下，发发动机负负荷率过过低，油油耗增加加。单位汽车车重力所所具有的的发动机机功率 称为比比功率或或功率利利

57、用系数数。比功功率和汽汽车的类类型有关关。总重重力499kN(5t)的货车车其比功功率在较较小范围围内变化化，一般般在755kW/kN以以上。轿轿车和总总重力小小于399.2kkN的货货车比功功率较大大，动力力性很好好。重型型自卸汽汽车速度度低，比比功率较较小。1.6.1.22 发动动机最大大扭矩发动机的的最大扭扭矩大，在 、 一定定时，最最大动力力因数较较大，汽汽车的加加速和上上坡能力力也强。1.6.1.33 发动动机外特特性曲线线的形状状两台发动动机的外外特性曲曲线形状状不同，但其最最大功率率和相对对应的转转速可能能相等。假定汽汽车的总总质量、流线型型、传动动比均为为已知，为了便便于比较较

58、，并假假定总阻阻力功率率曲线与与两台发发动机功功率曲线线交于最最大功率率点，后后备功率率较大的的外特性性曲线所所代表的的汽车具具有较大大的加速速能力和和上坡能能力，因因而动力力性能较较好。同同时使汽汽车具有有较低的的临界车车速，换换档次数数可以减减少，因因而有利利于提高高汽车的的平均行行驶速度度。1.6.2 主主减速器器传动比比 的影影响传动系总总传动比比是传动动系各部部件传动动比的乘乘积。普普通汽车车上没有有分动器器和副变变速器，如果变变速器的的最高档档是直接接档，减减速器传传动比 对汽车车动力性性的影响响，可利利用汽车车在直接接档行驶驶时的功功率平衡衡图来分分析。主减速器器的传动动比 不不

59、同，汽汽车功率率平衡图图上发动动机功率率曲线的的位置不不同，与与水平路路面行驶驶阻力功功率曲线线的交点点所确定定的最高高车速不不同。当当阻力功功率曲线线正好与与发动机机功率曲曲线交在在其最大大功率点点上，此此时所得得的最高高车速最最大， ， 为为发动机机最大功功率时的的车速。因此，主减速速器的传传动比 应选择择到汽车车的最高高车速相相当于发发动机最最大功率率时的车车速，这这时最高高车速最最大。主减速器器的传动动比 不不同，汽汽车的后后备功率率也不同同。 增增大，发发动机功功率曲线线左移，汽车的的后备功功率增大大，动力力性加强强，但燃燃油经济济性较差差。 减减小，发发动机功功率曲线线右移，汽车的

60、的后备功功率较小小，但发发动机功功率利用用率高，燃油经经济性较较好。 1.66.3 传动系系档数的的影响 无副变变速器和和分动器器时，转转动系档档数即为为变速器器前进档档的档数数。变速速器档数数增加时时，发动动机在接接近最大大功率工工况下工工作的机机会增加加，发动动机的平平均功率率利用率率高，后后备功率率增大。有利于于汽车加加速和上上坡，提提高了汽汽车中速速行驶时时的动力力性。档档数多，可选用用最合适适的档位位行驶，发动机机有可能能在大功功率工况况下工作作。使功功率利用用的平均均值增大大。 档数的的多少还还影响到到档与档档间传动动比的比比值。比比值过大大时会造造成换档档困难。一般认认为比值不宜