第一章 汽车的动力性

第一章汽车的动力性汽车的动力性定义：

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。基本概念：

动力性的评价指标汽车的驱动力与各种行驶阻力汽车行驶的驱动—附着条件第一章汽车动力性重点内容：

分析汽车动力性的方法（图解法）驱动力—行驶阻力平衡图动力特性图功率平衡图第一节汽车动力性指标动力性评价指标有：最高车速加速时间最大爬坡度1.最高车速uamax

在水平良好的路面上汽车能达到的最高行驶速度（km/h）。u(m/s)载荷？满载商用车最高车速

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）奥拓0.8

120km/h

吉利1.0

120km/h

夏利1.0

137km/h

奇瑞QQ0.8

130km/h

普及（紧凑）型轿车（1.0＜发动排量/L≤

1.6）吉利1.3155km/h

夏利1.3165km/h

羚羊1.3168km/h

西耶那1.5168km/h

赛欧1.6165km/h

波罗1.4172km/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？中高级轿车2.5＜发动机排量/L≤4.0凯迪拉克赛威2.8

201km/h奥迪A6L2.8

235km/h宝马530i

250km/h奔驰E280

250km/h高级轿车红旗CA7460185km/h奔驰S600(5.8L)250km/h宝马760250km/h宾利雅致(6.8L)270km/h迈巴赫(5.5L)250km/h劳斯莱斯幻影(6.7L)240km/h中级轿车1.6＜发动机排量/L≤2.5）桑塔纳30001.8

185km/h宝来1.8手动

206km/h宝来1.8T手动

221km/h蒙迪欧2.0

205km/h本田雅阁2.0

197km/h本田雅阁2.4

219km/h奥迪A41.8T

220km/h奥迪A42.0

230km/h跑车的最高车速跑车的最高车速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

发动机排量越大，汽车最高车速越高；

配置相同发动机的前提下，手动挡比自动挡车速更高；

发动机排量相同的前提下，车身越小，最高车速越高；

SUV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。距离：0400m或车速0100km/h所需时间（s）第一节汽车动力性指标

2.加速时间t

表示汽车的加速能力。有两种表示方法：原地起步加速时间：

超车加速时间：用最高档或次高档由某一较低车速（30km/h或40km/h）全力加速至某一高速所需时间（s）。

新君越2.0T原地起步加速曲线图

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法拉利

575MMaranello4.2s宝时捷9113.9s兰博基尼

Gallardo4.2s0～100km/h加速时间

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？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超车加速时间宝马520i

低挡的超车加速能力更强。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3.最大爬坡度imax

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。第二节汽车的驱动力与行驶阻力发动机变速器减速器等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Ft=ΣF汽车行驶方程一、汽车的驱动力

1.定义

2.表达式

根据驱动轮转矩Tt与发动机转矩Ttq的关系汽车是匀速？加速运动？

3.表达式涉及的几项具体内容

1）发动机转速特性发动机的功率Pe、转矩Ttq及燃油消耗率b与曲轴转速n之间的函数关系。用试验曲线或拟合多项式表达。发动机外特性曲线：发动机节气门置于全开位置发动机部分负荷特性曲线：发动机节气门置于部分开启位置

台架试验特性曲线：发动机台架试验时所获得的曲线。

使用外特性曲线：带上全部附件时的外特性。与台架试验特性相差5-15%。

2）传动系机械效率

传动系的功率损失机械损失液力损失摩擦润滑油齿轮传动副之间轴承摩擦油封润滑油的搅动润滑油与零件之间的表面摩擦

2）传动系机械效率

传动系各部件（变速器、万向节、主减速器）的摩擦导致的功率损失。由试验测得。

汽车各部件的传动效率

机械变速器的轿车：

ηT=0.9~0.92

货车、客车：ηT=0.82~0.85

3）车轮半径三个半径自由半径r0

车轮处于无载荷时的半径。静力半径rs

汽车静止时，车轮中心至轮胎与地面接触面间的距离。用作动力学分析。滚动半径rr

通过车轮转动圈数与实际车轮滚动距离之间的关系换算可得滚动半径。用作运动学分析。

一般可不计差别：

rs≈rr≈

r

4.汽车的驱动力图

发动机外特性确定的是发动机输出转矩和转速关系。经传动系到达车轮后，可表示为驱动力与车速间的关系。

单位ua:km/hn:r/minr:mnTtquaFt

4.汽车的驱动力图

发动机外特性确定的是发动机输出转矩和转速关系。经传动系到达车轮后，可表示为驱动力与车速间的关系。有何特点二、汽车的行驶阻力汽车行驶时的各种阻力：滚动阻力——以符号Ff表示；空气阻力——以符号Fw表示；坡度阻力——以符号Fi表示；加速阻力——以符号Fj表示；汽车行驶的总阻力为：∑F=Ff+Fw+Fi+Fj

（一）滚动阻力

1.原因轮胎与路面接触区域产生的法向、切向相互作用力轮胎和支承路面的变形

轮胎在硬路面上滚动时，主要是轮胎变形。轮胎在硬支承路面上受径向力时的加载和减载曲线不重合。其面积之差为能量损失，由轮胎内摩擦产生弹性迟滞损失。

迟滞损失表现为阻碍车轮滚动的阻力偶。2.滚动阻力偶分析车轮不滚动：地面对车轮的法向反作用力对称。车轮滚动：aFz从动轮滚动时的受力情况Wnn’aWnn’滚动阻力偶矩滚动阻力滚动阻力系数驱动轮滚动时的受力情况Wnn’aWnn’什么是推动汽车行驶的力？

滚动阻力系数由试验确定。滚动阻力系数与路面的种类、行驶车速以及轮胎的构造、材料、气压等有关。经验公式：

（二）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汽车行驶空气作用空气阻力形状阻力58%干挠阻力14%内循环阻力12%诱导阻力7%摩擦阻力9%空气阻力的计算：

或其中，ua—汽车车速（km/h），

A—迎风面积（m²），

CD—空气阻力系数。典型轿车CD=0.3～0.41动压力流线型因素（三）坡度阻力

汽车上坡行驶汽车重力沿坡道的分力坡度阻力shhgFiGα

道路阻力与道路阻力系数

当不大时，

——道路阻力系数

——道路阻力

10°以内

(四)加速阻力

汽车的质量分为平移的质量和旋转的质量两部分。以系数δ作为计入旋转质量惯性力偶矩后的汽车质量换算系数，因而汽车加速时的阻力:

δ——汽车旋转质量换算系数，（δ>1）；

m——汽车质量，单位为kg；

——行驶加速度。δ主要与飞轮的转动惯量、车轮的转动惯量以及传动系的传动比有关。根据推导

若不知道准确的If、∑Iw值，也可按下述经验公式估算δ值：

δ=1+δ1+δ2i2g

式中δ1≈δ2=0.03~0.05。故，汽车的行驶方程式为：

Ft=Ff+Fw+Fi+Fj第三节汽车驱动力—行驶阻力平衡图

与动力特性图一、驱动力-行驶阻力平衡图汽车的行驶方程式为：Ft=Ff+Fw+Fi+Fj

在汽车驱动力图上把汽车行驶中经常遇到的滚动阻力和空气阻力也算出并画上，作出汽车驱动力—行驶阻力平衡图，并以此来确定汽车的动力性。1.最高车速

仅有滚动阻力和空气阻力。小于最高车速时，汽车可用剩余驱动力加速或爬坡。需等速行驶时，发动机可工作在部分负荷特性。uamaxFt52.汽车加速能力的评价

利用汽车驱动力-行驶阻力平衡图可计算出各档节气门全开时的加速度曲线。高档位时的加速度要小些。

求汽车加速度：

加速时间由积分计算或图解积分求出。图解积分法：将a-ua曲线转为1/a-ua曲线，曲线下两个速度区间的面积表示通过此速度区间的加速时间；常将速度区间分为若干间隔，通过确定面积△1、△2…来计算总加速时间。因：dt=du/a，故计算原地起步加速时间时应注意的问题：1.起步车速的突变2.最佳换挡时间u1u2ⅠⅡⅢu1u2ⅠⅡⅢBJ1040轻型载货汽车加速时间曲线3．爬坡能力二、动力特性图用途：用于分析汽车的动力性

道路阻力系数令为汽车的动力因数，以D表示。即动力特性方程动力特性图汽车在各档下的动力因数与车速的关系曲线称为动力特性图

D—ua关系曲线动力特性图的作用（1）uamax

：动力特性图（D-ua）直接档与滚动阻力系数曲线（f－ua）的交点，即为uamax。（2）imax

：即D曲线与f曲线间的距离就表示汽车的上坡能力。I档时，可上坡度较大，此时误差较大。应按下式计算根据折算成最大爬坡度。（3）t

：加速时已知加速度值，求加速时间的方法与用驱动力-行驶阻力平衡图的方法相同。第四节汽车行驶的驱动-附着条件

与汽车的附着力一、汽车行驶的驱动条件

Ft≥Ff+Fw+Fi

上式为汽车的驱动条件，可以采用增加发动机转矩、加大传动比等措施来增大汽车驱动力。汽车行驶除受驱动条件制约外，还受轮胎与地面附着条件的限制。第四节汽车行驶的驱动-附着条件

与汽车的附着力二、汽车行驶的附着条件

地面对轮胎切向反作用力的极限值称为附着力Fφ，在硬路面上与驱动轮法向反作用力FZ成正比，常写成

FXmax=Fφ=FZ·φ

其中，FZ—作用于所有驱动轮上的地面法向反作用力；

φ—附着系数，由路面和轮胎决定。

作用在驱动轮上的转矩产生的地面切向反作用不能大于附着力，否则会发生驱动轮滑转，即：

FX≤FZ·φ

对后轮驱动汽车：

FX2/FZ2=Cφ2

φ，式中，Cφ2——后轮驱动汽车驱动轮的附着率

对前轮驱动汽车：

FX1/FZ1=Cφ1

φ

将驱动条件和附着条件连起来，有：

Ff+Fw+Fi≤Ft≤FZ·φ

汽车行驶的必要与充分条件，称为汽车行驶的驱动-附着条件。Fx=Ft

－

Ff三、汽车的附着力与地面反作用力

汽车的附着力决定于附着系数和地面作用于驱动轮的法向反作用力。

1.附着系数由路面种类、状况、车速等决定。平均值：良好的混凝土或沥青路面：干燥时，φ＝0.7-0.8

潮湿时，φ＝0.5-0.6土路：干燥时，φ＝0.5-0.6

潮湿时，φ＝0.2-0.42.驱动轮地面法向反作用力与汽车的总体布置、车身形状、行驶状况、道路坡度有关。汽车加速上坡时的受力图αhgabLuadu/dtFZ1FZ2Tf1Tf2Tjw2FZw1FZw2GsinaGcosaTjeFX1FX2mdu/dtTjw1前轮驱