第一章 汽车动力性

汽车理论汽车工程学院车辆工程教研室戴海燕汽车动力装置参数的确定汽车设计追求的是最高性价比汽车理论主要研究汽车的各项性能。汽车理论研究的主要内容动力性燃油经济性制动性操纵稳定性平顺性通过性汽车的性能主要包括学习内容及思路评价指标评价指标的确定分析影响因素学习过程中要注重理论联系实际相关书籍推荐第一章汽车动力性第一节汽车的动力性指标第二节汽车驱动力与行驶阻力第三节汽车驱动力-行驶阻力平衡图与动力特性图第四节汽车行驶附着条件与附着率第五节汽车功率平衡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。什么是汽车的动力性？第一章汽车的动力性第一章汽车动力性汽车的动力性指标最高车速加速时间最大爬坡度汽车的动力性指标第一节汽车的动力性指标1.最高车速uamax重型货车（总质量>14t）

90km/h中型货车（总质量6～14t）

100km/h微型和轻型货车（总质量<6t）

80～130km/h城市铰接客车

60～90km/h客车

125km/h商用车的速度相对较低，其主要技术参数是载质量或载客量。微型（经济型）轿车（发动排量/L≤1.0）奇瑞QQ1.0

150km/h

奥拓0.8

120km/h吉利1.0

120km/h夏利1.0

137km/h第一节汽车的动力性指标120km/h150km/h160km/h小型车（1.0＜发动排量/L≤

1.6）吉利1.3155km/h夏利1.3165km/h

标致2071.6195km/h富康1.6180km/h捷达1.6170km/h飞度1.3手动165km/h飞度1.3CVT160km/h飞度1.5手动180km/h飞度1.5CVT175km/h从这组数据能获取什么信息？第一节汽车的动力性指标中高级轿车2.5＜发动机排量/L≤4.0凯迪拉克XTS2.8

218km/h奥迪A6L2.8

236km/h捷豹XF3.0

250km/h奔驰E3.0

250km/h第一节汽车的动力性指标中级轿车（1.6＜发动机排量/L≤2.5）

凌派1.8L

195km/h桑塔纳30001.8

185km/h宝马3系2.0T

235km/h蒙迪欧2.0

205km/h本田雅阁2.0

200km/h本田雅阁2.4

200km/h奥迪A41.8T

220km/h奥迪A62.0

228km/h第一节汽车的动力性指标跑车的最高车速思考汽车的最高车速这么高，在高速公路上可以得到充分发挥吗？中国高速公路允许的最高车速120km/h德国高速公路不限速第一节汽车的动力性指标SUV的最高车速宝马X5(4.4L)230km/h陆虎览胜(4.0L)210km/h宝马X5(3.0L)202km/h大众途锐(3.0L)197km/h捍马H2(6.0L)180km/h帕杰罗速跑(3.0L)175km/h对最高车速的总结通过以上数据的对比分析，能得到一些什么结论？思考查阅资料：F1方程式赛车的最高车速可以达到多少？1.发动机排量越大，汽车最高车速越高；2.配置相同发动机的前提下，手动挡比自动挡车速更高；3.发动机排量相同的前提下，车身越小，最高车速越高；.4SUV配备的发动机排量普遍较大，但与配备相同发动机排量的轿车相比，最高车速要低。第一节汽车的动力性指标美国男子用核弹零件造汽车：最高时速3218公里。音速之风陆地极速车世界上车速的最高记录是英国飞行员安迪·格林（AndyGreen）于1997年10月驾驶一辆喷气式发动机驱动的“冲刺”号达到1227.73km/h。第一节汽车的动力性指标2.加速时间t

飞度1.5L12.0s

红旗CA746010.5s

捍马H210.0s

宝马523Li9.6s

奥迪A87.0s

宝马7506.6s

奔驰S6006.5s宝来1.8M（手动挡）/A（自动挡）11.1s/12.7s宝来1.8TM（手动挡）/A（自动挡）9.0s/10.5s手动挡汽车的加速时间更短法拉利

575MMaranello4.2s宝时捷9113.9s兰博基尼

Gallardo4.2s第一节汽车的动力性指标（1）原地起步加速时间1）0～100km/h的加速时间2）静止到400m或静止到1km的冲刺时间60～100km/h（4挡/5挡）10.8s/13.7s80～120km/h（4挡/5挡）10.6s/14.1s思考：从这组数据可得到什么信息？第一节汽车的动力性指标奥迪A61.8T

静止到400m冲刺时间7.9s

静止到1km冲刺时间33.4s在一般的技术参数中往往不给此项数据（2）超车加速时间宝马520i

低挡的超车加速能力更强。第一节汽车的动力性指标美国对轿车的爬坡能力有如下规定：能以104km/h（65mile/h）通过6％的坡道；满载时不低于80km/h；在6％的坡道上，0～96km/h（60mile/h）的加速时间不应大于20s。坡度的概念货车满载

imax=30％越野车

imax=60％车型最大爬坡度imax切诺基30％通用开拓者50％长丰猎豹70％帕杰罗70％陆虎100％陆地巡洋舰100％一些SUV车型的最大爬坡度第一节汽车的动力性指标3.最大爬坡度imax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第二节汽车的驱动力与行驶阻力汽车动力传递过程第二节汽车的驱动力与行驶阻力汽车动力传递过程发动机传动系驱动轮驱动力行驶阻力滚动阻力坡度阻力加速阻力空气阻力平衡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。TtF0FtruaTt—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Ftig—变速器传动比；i0—主减速器传动比；ηT—传动系的机械效率。发动机uaFt第二节汽车的驱动力与行驶阻力1.发动机的转速特性第二节汽车的驱动力与行驶阻力外特性曲线：节气门全开时，转矩或功率等与转速的关系曲线部分负荷特性曲线：节气门部分开启时，转矩或功率等与转速的关系曲线发动机外特性曲线发动机部分特性曲线发动机特性曲线第二节汽车的驱动力与行驶阻力汽油发动机外特性功率与转矩曲线Ttq:N·mPe:KWn:r/min第二节汽车的驱动力与行驶阻力汽油发动机外特性及部分负荷特性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。：

第二节汽车的驱动力与行驶阻力2.传动系的机械效率ηT功率输入Pin功率输出Pout传动系变速器、减速器等传动系损失的功率PT主要与哪些因素有关？第二节汽车的驱动力与行驶阻力思考传动系功率损失机械损失液力损失摩擦润滑油齿轮传动副间摩擦轴承摩擦。。。润滑油的搅动润滑油与零件表面间摩擦。。。PowerlossLiquidL.RubLubr.传动系效率曲线第二节汽车的驱动力与行驶阻力挡挡1—1200r/min2—1600r/min3—1900r/min4—2000r/min部件名称ηT4～6挡变速器95%辅助变速器（副变速器或分动器）95%8挡以上变速器90%单级减速主减速器96%双级减速主减速器92%传动轴的万向节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第二节汽车的驱动力与行驶阻力3.车轮半径r自由半径静力半径滚动半径rsWrrW第二节汽车的驱动力与行驶阻力车轮半径车型规格自由静力滚动桑塔纳2000195/60R14295±3268±5286红旗CA7228l85/70HRl4312±3285±5301奥迪100195/65Rl5317±3291±5308跃进NJl0617.00-20452±4430±6448解放CA10919.00-20509±5485±6492东风EQl0929.⑷R20509±5476±6493黄河JNll8111.00-20542±6517±7525大小中做出的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.汽车的驱动力图作图方法：取某一档位取某一转速n(nmin~nmax)n~Ttq(发动机外特性)描点点绘图uaFtⅠⅡⅢⅣnminntqnpnmaxn/(r·min-1)800330057006200Ttq/(N·m)142195159143ig1=2.13Ft1/N5438746860895477ua1/(km·h-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，ηT=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奥迪A4轿车驱动力图第二节汽车的驱动力与行驶阻力滚动阻力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1.滚动阻力Ff轮胎/路面接触切向力、法向力发生变形轮胎变形轮胎变形和路面变形软路面上硬路面上轮胎变形为什么会产生滚动阻力？思考轮胎变形时，产生内部摩擦弹性迟滞损失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。第二节汽车的驱动力与行驶阻力加载变形区卸载变形区ua从动轮第二节汽车的驱动力与行驶阻力

滚动阻力Ff=Fp1=W·f=Tf/r，只是一数值，无法在图中表现出来滚动时所需推力与车轮负荷之比第二节汽车的驱动力与行驶阻力

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）驻波现象：第二节汽车的驱动力与行驶阻力子午线轮胎比斜交轮胎的滚动阻力小20%～30％；

（2）轮胎结构第二节汽车的驱动力与行驶阻力（3）气压第二节汽车的驱动力与行驶阻力（4）驱动力第二节汽车的驱动力与行驶阻力路面类型滚动阻力系数良好的沥青或混凝土路面0.010~0.018一般的沥青或混凝土路面0.018~0.020碎石路面0.020~0.025良好的卵石路面0.025~0.030坑洼的卵石路面0.035~0.050压紧土路干燥的0.025~0.035

雨后的0.050~0.150泥泞土路（雨季或解冻期）0.100~0.250干沙0.100~0.300湿沙0.060~0.150结冰路面0.015~0.030压紧的雪道0.030~0.050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2.空气阻力FW汽车行驶空气作用空气阻力压力阻力（法向力）摩擦阻力（切向力）形状阻力内循环阻力诱导阻力干挠阻力形状阻力58%干挠阻力14%内循环阻力12%诱导阻力7%摩擦阻力9%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后视镜第二节汽车的驱动力与行驶阻力门把手第二节汽车的驱动力与行驶阻力悬架导向杆和传动轴第二节汽车的驱动力与行驶阻力满足冷却、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。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（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。CD—空气阻力系数；A—迎风面积；ur—相对速度；ρ—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。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。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。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。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。第二节汽车的驱动力与行驶阻力第二节汽车的驱动力与行驶阻力整个车身应向前倾1°～2°。2）整车第二节汽车的驱动力与行驶阻力水平投影应为腰鼓形。后端稍稍收缩，前端呈半圆形。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）汽车后部应安装后扰流板。第二节汽车的驱动力与行驶阻力第二节汽车的驱动力与行驶阻力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。第二节汽车的驱动力与行驶阻力后面应采用鸭尾式结构。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第二节汽车的驱动力与行驶阻力未来轿车的外形第二节汽车的驱动力与行驶阻力车型空气阻力系数CD

帕萨特0.28

奥迪A40.28

现代0.29

奔驰C级0.26

奔驰S级0.27

保时捷0.31

陆虎览胜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6%四级公路平原微丘区6%四级公路平原重丘区9%一些常见路面的坡度第二节汽车的驱动力与行驶阻力第二节汽车的驱动力与行驶阻力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=ψ

，ψ为道路阻力系数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。δ—旋转质量换算系数IW—车轮转动惯量；If—飞轮转动惯量。4.加速阻力第二节汽车的驱动力与行驶阻力三、汽车行驶方程式第一章汽车动力性第三节汽车的驱动力—行驶阻力平衡图与动力特性图返回目录第三节汽车的驱动力—行驶阻力平衡图与动力特性图在驱动力图的基础上，画出Ff+FW=f(ua)

就是驱动力行驶阻力平衡图。一、驱动力—行驶阻力平衡图FfFf+FWFfFf+FWuamax最高车速行驶时Fi=0Fj=0Ft=Ff+Fw发动机以部分负荷工作即可1.确定uamax第三节汽车的驱动力—行驶阻力平衡图与动力特性图最高车速uamax=205km/h奥迪A4轿车驱动力—行驶阻力平衡图第三节汽车的驱动力—行驶阻力平衡图与动力特性图由驱动力—行驶阻力平衡图可以做出加速度曲线。Fi=02.确定加速时间t第三节汽车的驱动力—行驶阻力平衡图与动力特性图由加速度曲线做加速度倒数曲线，再积分，即可求出加速时间。第三节汽车的驱动力—行驶阻力平衡图与动力特性图思考：从图中看，在什么时候换挡可以使加速时间最短？思考积分时可以将积分区域划分成若干个小区间，采用图解积分的方法求面积和。第三节汽车的驱动力—行驶阻力平衡图与动力特性图直接挡加速Ⅱ挡原地起步换挡加速计算得到的加速度曲线所用时间较短第三节汽车的驱动力—行驶阻力平衡图与动力特性图3.确定最大爬坡度imax第三节汽车的驱动力—行驶阻力平衡图与动力特性图由驱动力—行驶阻力平衡图和

i=tanα可以做出爬坡度图。第三节汽车的驱动力—行驶阻力平衡图与动力特性图D—动力因数。二、动力特性图思考：动力因数能否反映汽车动力性的好坏？已知哪些参数可做出动力特性图？第三节汽车的驱动力—行驶阻力平衡图与动力特性图fuamax1）计算最高车速由动力特性图确定动力性评价指标第三节汽车的驱动力—行驶阻力平衡图与动力特性图由动力特性曲线，即可做出各挡的爬坡度图。2）计算爬坡度Ⅰ挡工作时，爬坡度较大，此时以imax＝D1max－f

计算的误差也较大，可以用下式计算第三节汽车的驱动力—行驶阻力平衡图与动力特性图

计算加速度的倒数，并做出加速度倒数曲线，图解积分即可计算加速时间。做出加速度曲线3）计算加速时间第三节汽车的驱动力—行驶阻力平衡图与动力特性图第一章汽车动力性第四节

汽车行驶的附着条件与汽车的附着率本节将介绍附着力、附着条件、附着率等基本概念，分析汽车在纵向坡道上加速上坡时的受力，确定汽车在不同行驶条件下的附着率。第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率一、汽车行驶的附着条件思考驱动力大动力性强？驱动力大足够的附着力（切向力）动力性强满足轮胎与地面的附着条件路面条件附着系数干沥青路面0.7～0.8湿沥青路面0.5～0.6干燥的碎石路0.6～0.7干土路0.5～0.6湿土路0.2～0.4滚压后的雪路0.2～0.31.附着力地面对轮胎切向反作用力的极限值（最大值）即为附着力。第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率一、汽车行驶的附着条件常见路面的平均附着系数思考

光面胎和带花纹的轮胎在干燥硬路面上的附着系数有何不同？第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率胎面与的关系？F1方程式赛车在不同天气条件下

使用的不同胎面花纹的轮胎第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率2.附着条件后轮驱动时，附着条件是附着条件：地面作用在驱动轮上的切向反力小于驱动轮的附着力。驱动力附着力令后轮驱动汽车的附着条件也可以表达为C

2—后轮驱动汽车驱动轮的附着率；3.附着率第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率由附着条件可得前轮驱动时，附着条件是令C

1—前轮驱动汽车驱动轮的附着率；前轮驱动汽车的附着条件也可以表达为第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率路面附着系数低时车轮会出现滑转前轮驱动时，如果FX1小、FZ1大、小，附着条件容易得到满足。FX1小第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率路面条件好，车速低，Ff

小；行驶车速低，Fw

小；路面平坦，Fi

小；不急加速，Fj

小。第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率什么路面条件下，附着条件不易满足？湿滑路面、冰雪路面、沙地等。汽车在什么工况下工作，附着条件会不易满足？起步急加速。解释为什么？二、汽车的附着力与地面法向反作用力第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率主要与质心位置及坡度角有关。（1）静态轴荷的法向反作用力（2）动态分量

思考：汽车加速前进时，前后轮的垂直载荷发生什么变化？第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率FZd1FZd2加速时后驱车容易满足附着条件思考：加速时，前驱车还是后驱车容易满足附着条件？保时捷911跑车采用后轮驱动。第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率前置后驱CLf－前空气升力系数；CLr－后空气升力系数。第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率（3）空气升力第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率（4）滚动阻力偶矩产生的部分此项较小，可以忽略不计忽略旋转质量惯性阻力偶矩和滚动阻力偶矩之后第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率将整车分解为车身、驱动轮（前轮）、从动轮（后轮）三部分，分别分析其受力。第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率将

代入得注意与Fj的区别第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率当汽车由前轮驱动时同理可得：当汽车由后轮驱动时四、附着率汽车直线行驶状况下，充分发挥驱动力作用时要求的最低附着系数。1.加速、上坡行驶时的附着率1）后轮驱动汽车第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率令忽略空气阻力和滚动阻力q—包含加速阻力在内的等效坡度。第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率

为加速上坡行驶时要求的地面附着系数。当在一定附着系数的路面上行驶时，汽车能通过的最大等效坡度为q。将代入2）前轮驱动汽车当汽车由后轮驱动时同理可得，当汽车由前轮驱动时第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率思考：如