汽車理論 余志生 第一章ppt課件

1、 這門課主要以這門課主要以力學為基礎力學為基礎闡述汽車的主要闡述汽車的主要性能，主要包括以下內容：性能，主要包括以下內容： 1汽車動力性汽車動力性 10 2汽車的燃油經濟性汽車的燃油經濟性 4 3汽車動力裝置參數的選擇汽車動力裝置參數的選擇 4 4汽車的制動性汽車的制動性10 5汽車的操縱穩(wěn)定性汽車的操縱穩(wěn)定性10 6汽車的平順性汽車的平順性5 7汽車的通過性汽車的通過性5 其中，其中，汽車動力性汽車動力性、汽車的制動性汽車的制動性、汽車汽車的操縱穩(wěn)定性的操縱穩(wěn)定性為本課重點為本課重點 Vehicle Tractive Performace授課章節(jié)：授課章節(jié)： 第第1章章 汽車的動力性汽車的動

2、力性 1.1汽車的動力性指標汽車的動力性指標 1.2汽車的驅動力與行駛阻力汽車的驅動力與行駛阻力目的要求：目的要求： 掌握汽車動力性的三方面評價指標、掌握沿汽掌握汽車動力性的三方面評價指標、掌握沿汽車行駛方向作用于汽車的各種外力、并在此基礎上車行駛方向作用于汽車的各種外力、并在此基礎上掌握汽車行駛方程式的建立。掌握汽車行駛方程式的建立。 重點難點：重點難點： 動力性的三方面評價指標、汽車驅動力。動力性的三方面評價指標、汽車驅動力。 汽車的動力性：汽車的動力性： 指汽車在良好路面上直線行駛時由汽車受指汽車在良好路面上直線行駛時由汽車受到的縱向外力決定的、所能達到的平均行駛速到的縱向外力決定的、所

3、能達到的平均行駛速度。度。 動力性是汽車各種性能中最基本、最重要動力性是汽車各種性能中最基本、最重要的性能，它決定了汽車運輸效率之高低。的性能，它決定了汽車運輸效率之高低。第一節(jié)第一節(jié) 汽車的動力性指標汽車的動力性指標（evaluating indicator） 汽車的動力性主要有汽車的動力性主要有3 3方面方面評價指標：評價指標：汽車的最汽車的最高車速高車速u uamaxamax、加速時間加速時間t t 、最大爬坡度、最大爬坡度i iamaxamax 1. 汽車的最高車速汽車的最高車速u uamaxamax 最高車速是指在水平的良好路面上汽車能達到的最高車速是指在水平的良好路面上汽車能達到的

4、最高行駛速度。最高行駛速度。 此時汽車應為一定載荷，油門開度最大，變速器為最此時汽車應為一定載荷，油門開度最大，變速器為最高擋。高擋。 2. 汽車的加速時間汽車的加速時間t t 表明了汽車的加速能力，常用原地起步加速時間和超車表明了汽車的加速能力，常用原地起步加速時間和超車加速時間表示。加速時間表示。 1）原地起步加速時間原地起步加速時間 指汽車由一擋或二擋起步并以最大加速強度（包括指汽車由一擋或二擋起步并以最大加速強度（包括選擇恰當的換擋時機）逐步換到高擋后達到某一預定的距離或車速所需的時間。選擇恰當的換擋時機）逐步換到高擋后達到某一預定的距離或車速所需的時間。 一般常用一般常用0400m或

5、或0100kmh的秒數表示汽車的原地起步加速的秒數表示汽車的原地起步加速能力。如大中型轎車和小型轎車起步加速到能力。如大中型轎車和小型轎車起步加速到100kmh所需時間約為所需時間約為1017s和和1225s。 2）超車加速時間超車加速時間 是指用最高擋或次高擋由某一中等車速全力加速至某一高速是指用最高擋或次高擋由某一中等車速全力加速至某一高速所需的時間。所需的時間。 對超車加速能力對超車加速能力無統一規(guī)定，無統一規(guī)定，有時用有時用加速過程曲線加速過程曲線全面反映加全面反映加速能力。速能力。 3. 汽車的最大爬坡度汽車的最大爬坡度i iamaxamax 最大坡度是指汽車最大坡度是指汽車滿載（或

6、某一載質量）、最低擋時在良好路面上能爬上的最大坡度，用滿載（或某一載質量）、最低擋時在良好路面上能爬上的最大坡度，用以表示一輛車的爬坡能力。以表示一輛車的爬坡能力。 道路坡度道路坡度 是坡高與坡底長之比的百分數，其值等于坡度是坡高與坡底長之比的百分數，其值等于坡度角的正切函數值。角的正切函數值。 最大坡度代表了汽車的極限爬坡能力，它應比實際行駛中遇到的道最大坡度代表了汽車的極限爬坡能力，它應比實際行駛中遇到的道路最大坡度超出很多。路最大坡度超出很多。 最大坡度對于貨車和越野汽車是一個重要指標。貨車在最大坡度對于貨車和越野汽車是一個重要指標。貨車在30即即16.5左右，越野汽車可達左右，越野汽車

7、可達60即即30左右。轎車爬坡能力也強。左右。轎車爬坡能力也強。 上述三方面指標均應在無風或微風條件下上述三方面指標均應在無風或微風條件下測測 定。定。 1.1.驅動力驅動力（drive force） 發(fā)動機的轉矩經傳動系傳至發(fā)動機的轉矩經傳動系傳至驅動輪上得到的來自于地面的驅動汽車前進的外力。驅動輪上得到的來自于地面的驅動汽車前進的外力。 2. 2.行駛阻力行駛阻力 包括滾動阻力、空氣阻力、加速阻力和坡度阻包括滾動阻力、空氣阻力、加速阻力和坡度阻力。力。 3.3.汽車行駛方程式汽車行駛方程式 汽車行駛方程式為汽車行駛方程式為 第二節(jié)第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力汽車的驅動力與行駛阻力 一、汽

8、車的驅動力一、汽車的驅動力 （一）汽車的（一）汽車的驅動力驅動力 1. 發(fā)動機經發(fā)動機經傳動系傳傳動系傳至驅動輪上的至驅動輪上的轉轉矩矩T Tt t式中，式中， Ttq發(fā)動機的有效轉矩；發(fā)動機的有效轉矩； ig變速器的傳動比；變速器的傳動比； i0主減速器的傳動比；主減速器的傳動比； 傳動系的機械效率。傳動系的機械效率。 如有輪邊減速器、分動器、液力傳動裝置等要計入相應的傳如有輪邊減速器、分動器、液力傳動裝置等要計入相應的傳動比和機械效率。動比和機械效率。 T 2. 汽車的汽車的驅動力驅動力FtFt式中，式中，r 為車輪半徑；為車輪半徑； Ft汽車的驅動力；汽車的驅動力； 第二次課第二次課授課

9、章節(jié)：授課章節(jié)： 第第1章章 汽車的動力性汽車的動力性 1.2汽車的驅動力與行駛阻力汽車的驅動力與行駛阻力目的要求：目的要求： 掌握沿汽車行駛方向掌握沿汽車行駛方向作用于汽車的作用于汽車的各種外力各種外力，即驅動力與各種行駛阻力，并在此基礎上即驅動力與各種行駛阻力，并在此基礎上重點掌握重點掌握汽車行駛方程式的建立汽車行駛方程式的建立。 重點難點：重點難點： 驅動力與各種行駛阻力驅動力與各種行駛阻力、汽車行駛方程式的建汽車行駛方程式的建立立。 1） 發(fā)動機特性曲線發(fā)動機特性曲線 將發(fā)動機的將發(fā)動機的功率功率Pe、轉矩轉矩Ttq以及以及燃油消耗率燃油消耗率b與發(fā)動機與發(fā)動機曲軸轉速曲軸轉速之間的函

10、數關系之間的函數關系以曲線表示，此曲線稱為發(fā)動機以曲線表示，此曲線稱為發(fā)動機轉速特性曲線轉速特性曲線或簡稱為發(fā)或簡稱為發(fā)動機特性曲線。動機特性曲線。 2） 發(fā)動機外特性曲線發(fā)動機外特性曲線 發(fā)動機發(fā)動機節(jié)氣門全開節(jié)氣門全開（或高壓油泵在最大供油量位置）時的（或高壓油泵在最大供油量位置）時的發(fā)動機特發(fā)動機特性曲線性曲線稱為發(fā)動機外特性曲線。稱為發(fā)動機外特性曲線。 是發(fā)動機所能達到的最高性能。是發(fā)動機所能達到的最高性能。 3.影響汽車影響汽車驅動力的因素驅動力的因素 影響汽車驅動力的影響汽車驅動力的因素主要有因素主要有：發(fā)動機輸出轉發(fā)動機輸出轉矩矩、傳動系變速器和主減速器等的傳動比傳動系變速器和主

11、減速器等的傳動比、傳動效傳動效率和車輪半徑率和車輪半徑。 （1）發(fā)動機輸出轉矩發(fā)動機輸出轉矩T Ttqtq 3）部分負荷特性曲線部分負荷特性曲線 如果節(jié)氣門部分開啟（或高壓油泵部分供油），則稱為發(fā)動機如果節(jié)氣門部分開啟（或高壓油泵部分供油），則稱為發(fā)動機部分負荷特性曲線。部分負荷特性曲線。 4） 使用外特性曲線使用外特性曲線 帶上全部附件設備（水泵、發(fā)電機、空氣濾清器、風扇、消聲帶上全部附件設備（水泵、發(fā)電機、空氣濾清器、風扇、消聲器等）時的發(fā)動機特性曲線稱為使用外特性曲線。器等）時的發(fā)動機特性曲線稱為使用外特性曲線。 使用外特性曲線的功率小于外特性的功使用外特性曲線的功率小于外特性的功率。率

12、。 發(fā)動機特性曲線可以通過實驗測得。發(fā)動機特性曲線可以通過實驗測得。5）發(fā)動機）發(fā)動機有效功率和輸出轉矩的關系有效功率和輸出轉矩的關系式中，式中，pepe發(fā)動機功率，發(fā)動機功率，kw;kw; T Ttqtq發(fā)動機的有效轉矩，發(fā)動機的有效轉矩，N.mN.m； n n發(fā)動機轉速，發(fā)動機轉速，r/minr/min。6）常采用）常采用多項式多項式來表示由試驗臺測得的、接來表示由試驗臺測得的、接近于拋物線的近于拋物線的發(fā)動機轉矩曲線發(fā)動機轉矩曲線 （2）傳動系變速器和主減速器等的傳傳動系變速器和主減速器等的傳動比動比 車輪的驅動力與傳動系傳動比成正比。車輪的驅動力與傳動系傳動比成正比。主減速器傳動比使用

13、中一般不能改變。變速器倒擋、低速擋的傳動主減速器傳動比使用中一般不能改變。變速器倒擋、低速擋的傳動比較大，在這些擋位可以獲得較高的驅動力，但最高行駛速度較低比較大，在這些擋位可以獲得較高的驅動力，但最高行駛速度較低。 （3）傳動系的機械效率傳動系的機械效率 1）傳動系的機械效率傳動系的機械效率 設輸入傳動系的功率為設輸入傳動系的功率為PinPin，傳動系中損耗的功率為傳動系中損耗的功率為P PT T ，則，則傳傳動系的機械效率為動系的機械效率為 在等速行駛情況下在等速行駛情況下，PinPe，故，故 傳動系的功率損失由傳動系中的部件傳動系的功率損失由傳動系中的部件變速器、傳動軸萬向變速器、傳動軸

14、萬向節(jié)、主減速器等節(jié)、主減速器等的功率損失所組成。其中變速器和主減速器的功率損的功率損失所組成。其中變速器和主減速器的功率損失占比重最大，失占比重最大，其余部件的功率損失較小。其余部件的功率損失較小。 2）傳動系功率損失的分類傳動系功率損失的分類 傳動系功率損失可分為傳動系功率損失可分為機械損失和液力機械損失和液力損失兩大類。損失兩大類。 1）機械損失機械損失 是指齒輪傳動副、軸承、油封是指齒輪傳動副、軸承、油封等處的摩擦損失。等處的摩擦損失。 機械損失與機械損失與嚙合齒輪的對數、傳遞嚙合齒輪的對數、傳遞的轉矩等因素有關。的轉矩等因素有關。 2）液力損失液力損失 指消耗于潤滑油的攪動、潤滑指消

15、耗于潤滑油的攪動、潤滑油與旋轉零件之間的表面摩擦等功率損失。油與旋轉零件之間的表面摩擦等功率損失。 液力損失與潤滑油的液力損失與潤滑油的品種、溫度、品種、溫度、箱體內的油面高度以及齒輪等旋轉零件箱體內的油面高度以及齒輪等旋轉零件的轉速有關。的轉速有關。 傳動效率與傳動效率與檔位檔位，齒，齒輪輪嚙合嚙合情況情況軸承軸承和和油封油封松松緊等有關。緊等有關。 變速器變速器擋位擋位越高越高，傳動效率，傳動效率越高越高；走走合期后合期后的效率最高。的效率最高。 同一擋位，轉矩增加同一擋位，轉矩增加時，時，潤滑油損失潤滑油損失所占比例所占比例減少，減少，傳動效率較高傳動效率較高。同同一擋位，轉矩不變一擋位

16、，轉矩不變時，時，轉轉速低時速低時攪油損失小，攪油損失小，傳動傳動效率比轉速高時要高。效率比轉速高時要高。 對汽車進行對汽車進行初步初步的動的動力性分析時，可把力性分析時，可把傳動效傳動效率率看作看作一個常數一個常數。 （4）車輪的半徑）車輪的半徑 1）自由半徑自由半徑 車輪處于無載時的半徑稱為自由半徑。車輪處于無載時的半徑稱為自由半徑。 2）靜力半徑靜力半徑r rs s 汽車靜止時，車輪中心至輪胎與道路接觸面間汽車靜止時，車輪中心至輪胎與道路接觸面間的距離稱為靜力半徑。的距離稱為靜力半徑。 靜力半徑小于自由半徑。靜力半徑小于自由半徑。 3） 滾動半徑滾動半徑r rr r 用車輪轉動圈數與實際

17、車輪滾動距離之間用車輪轉動圈數與實際車輪滾動距離之間的關系換算而得的半徑，即，車輪的滾動半徑為的關系換算而得的半徑，即，車輪的滾動半徑為式中，式中，nW車輪轉動的圈數；車輪轉動的圈數；s為在轉動為在轉動nW圈時車輪滾動的距離。圈時車輪滾動的距離。 滾動半徑可試驗求得，也可估算。滾動半徑可試驗求得，也可估算。 對汽車作動力學分析時，應該用靜力半徑對汽車作動力學分析時，應該用靜力半徑rs；作運動學分析時，用滾動半徑作運動學分析時，用滾動半徑rr。 4）車輪半徑車輪半徑r 在一般情況下，不計在一般情況下，不計滾動半徑滾動半徑和和靜力半徑間靜力半徑間的差別，的差別，統稱為統稱為車輪半徑，車輪半徑，即即

18、 r rs s=r=rr r=r=r （二）汽車的驅動力圖（二）汽車的驅動力圖 1.驅動力圖驅動力圖 根據發(fā)動機外特性確定的驅動力與車根據發(fā)動機外特性確定的驅動力與車速之間的函數關系曲線速之間的函數關系曲線Ft-uaFt-ua稱為汽車的驅動力圖。稱為汽車的驅動力圖。 驅動力圖能全面表示汽車的驅動力。驅動力圖能全面表示汽車的驅動力。 2. 驅動力圖的繪制驅動力圖的繪制 （1）求求FtFt 已知發(fā)動機的外特性曲線、傳動系的傳動比、傳動效率、車輪已知發(fā)動機的外特性曲線、傳動系的傳動比、傳動效率、車輪半徑等參數半徑等參數，即可用下式求出發(fā)動機轉速，即可用下式求出發(fā)動機轉速n下各個擋位的下各個擋位的Ft

19、值，值， 因是據外特性曲線求得的，所以是各擋因是據外特性曲線求得的，所以是各擋位驅動力的極限，實際行駛中，節(jié)氣門常部位驅動力的極限，實際行駛中，節(jié)氣門常部分開啟，相應的驅動力較之為小。分開啟，相應的驅動力較之為小。 （2）求求u ua a 根據根據發(fā)動機轉速與汽車行駛速度之間的轉換關系發(fā)動機轉速與汽車行駛速度之間的轉換關系求出求出uaua，即，即可求得可求得各個擋位的各個擋位的FtFtuaua曲線。曲線。 發(fā)動機轉速與汽車行駛速度之間的關發(fā)動機轉速與汽車行駛速度之間的關系式為系式為式中，式中，uaua汽車行駛速度（汽車行駛速度（kmkmh h）；）； n n發(fā)動機轉速（發(fā)動機轉速（r rmin

20、min）； r r車輪半徑（車輪半徑（m m）。）。 二、汽車的行駛阻力二、汽車的行駛阻力 汽車行駛的總阻力為汽車行駛的總阻力為式中，式中，Ff來自地面的滾動阻力；來自地面的滾動阻力； Fw來自空氣的空氣阻力；來自空氣的空氣阻力； Fi坡度阻力，當汽車在坡道上上坡行駛時，重力沿坡道的分力；坡度阻力，當汽車在坡道上上坡行駛時，重力沿坡道的分力； Fj汽車加速行駛時加速阻力；汽車加速行駛時加速阻力； 滾動阻力和空氣阻力是在任何行駛條件下均滾動阻力和空氣阻力是在任何行駛條件下均存在的，坡度阻力和加速阻力僅在一定行駛條件存在的，坡度阻力和加速阻力僅在一定行駛條件下存在。下存在。 （）滾動阻力）滾動阻力

21、Ff 1.滾動阻力滾動阻力 車輪在路面上滾動時產生的阻力。車輪在路面上滾動時產生的阻力。 2. 滾動阻力產生的原因滾動阻力產生的原因 由輪胎和路面的變形、由輪胎和路面的變形、摩擦以及車輪軸承、油封、懸架零件、減震器中的摩擦等因素引起的。摩擦以及車輪軸承、油封、懸架零件、減震器中的摩擦等因素引起的。 3. 輪胎和支撐面的相對剛度輪胎和支撐面的相對剛度決定了變形決定了變形的特點。的特點。 汽車在汽車在硬路面上行駛時硬路面上行駛時，主要，主要因輪胎彈因輪胎彈性變形產生彈性遲滯損失性變形產生彈性遲滯損失形成滾動阻力；在形成滾動阻力；在軟軟路面路面上則主要因上則主要因路面塑性變形路面塑性變形形成滾動阻力

22、。形成滾動阻力。 4. 4. 彈性輪胎的遲滯損失彈性輪胎的遲滯損失 當彈性輪胎在硬路面上滾動時，由于當彈性輪胎在硬路面上滾動時，由于輪胎有內部摩擦產生彈性遲滯損失，使輪輪胎有內部摩擦產生彈性遲滯損失，使輪胎變形時對它作的功不能全部回收。胎變形時對它作的功不能全部回收。 （1） 0CA0CA加載變形曲線，加載變形曲線， （2）面積面積0CAB00CAB0為加載過程中對為加載過程中對輪胎作的功；輪胎作的功； （3） ADEADE為卸載變形曲線；為卸載變形曲線； （4）面積面積ADEBAADEBA為卸載過程中輪為卸載過程中輪胎恢復變形時放出的功；胎恢復變形時放出的功； （5）面積面積OCADEOOC

23、ADEO加載與卸載過加載與卸載過程之能量損失，即彈性物質的遲滯損失。程之能量損失，即彈性物質的遲滯損失。 此能量系此能量系消耗在輪胎各組成部分相互消耗在輪胎各組成部分相互間的摩擦以及橡膠、簾線等物質的分子間間的摩擦以及橡膠、簾線等物質的分子間的摩擦，最后轉化為熱能而消失在大氣中。的摩擦，最后轉化為熱能而消失在大氣中。 5. 5. 輪胎的遲滯損失表現為阻礙車輪滾動的一種阻力偶輪胎的遲滯損失表現為阻礙車輪滾動的一種阻力偶 當車輪不滾動時，地面對車輪的法向反作用力的分布是當車輪不滾動時，地面對車輪的法向反作用力的分布是前后對稱的；前后對稱的；但但當車輪滾動時當車輪滾動時，在法線，在法線nn前后相對應

24、點變前后相對應點變形雖然相同，但由于彈性遲滯現象，就使形雖然相同，但由于彈性遲滯現象，就使地面法向反作用力地面法向反作用力的分布前后并不對稱的分布前后并不對稱，而使它們的，而使它們的合力合力FZFZ相對于法線相對于法線n-nn-n向向前移了一個距離前移了一個距離a a，它隨彈性遲滯損失的增大而變大。，它隨彈性遲滯損失的增大而變大。 合力合力F FZ Z與法向載荷與法向載荷W W相等，方向相反。相等，方向相反。 如果將法向反作用力如果將法向反作用力F Fz z平移至與通過車輪中心平移至與通過車輪中心的垂線重合，滾動時有的垂線重合，滾動時有滾動阻力偶矩滾動阻力偶矩 T Tf fF Fz z a a

25、阻礙車輪滾動。阻礙車輪滾動。 第三次課第三次課授課章節(jié)：授課章節(jié)： 第第1章章 汽車的汽車的動力性動力性 1.2汽車的汽車的驅動力與行駛阻力驅動力與行駛阻力目的要求：目的要求： 掌握掌握沿汽車行駛方向作用于汽車的沿汽車行駛方向作用于汽車的各種外力各種外力，即即驅動力與各種行駛阻力驅動力與各種行駛阻力，并在此基礎上，并在此基礎上重點掌握重點掌握汽車汽車行駛方程式行駛方程式的建立。的建立。 重點難點：重點難點： 汽車汽車各種行駛阻力各種行駛阻力、汽車行駛方程式的建立。汽車行駛方程式的建立。 6. 滾動阻力滾動阻力 （1）從動輪從動輪在硬路面上等速滾動時的在硬路面上等速滾動時的受力情況受力情況 滾動

26、時有滾動時有滾動阻力偶矩滾動阻力偶矩TfFz a阻礙車輪滾動阻礙車輪滾動。 欲使從動輪在硬路上等速滾動，必須在車輪中心加一推欲使從動輪在硬路上等速滾動，必須在車輪中心加一推力力Fp1，它與地面切向反作用力，它與地面切向反作用力Fx構成一力偶矩來克服上述構成一力偶矩來克服上述滾動阻力偶矩。滾動阻力偶矩。由平衡條件得由平衡條件得故故令令 則則式中，式中，f滾動阻力系數。滾動阻力系數。 結論：結論：滾動阻力系數是車輪在一定條滾動阻力系數是車輪在一定條件下滾動時所需之推力與車輪負荷之比，件下滾動時所需之推力與車輪負荷之比，即單位汽車重力所需之推力，這樣就即單位汽車重力所需之推力，這樣就引出引出了了滾動

27、阻力滾動阻力的概念。的概念。 1）滾動阻力）滾動阻力 等于滾動阻力系數與等于滾動阻力系數與車輪負荷之乘積車輪負荷之乘積，即，即且且 Fx1=Fp1=Ff 這樣，在這樣，在分析汽車行駛阻力時分析汽車行駛阻力時，不不必具體考慮必具體考慮車輪滾動時所受到的車輪滾動時所受到的滾動阻滾動阻力偶矩，而只要知道滾動阻力系數求出力偶矩，而只要知道滾動阻力系數求出滾動阻力便可以了滾動阻力便可以了（滾動阻力（滾動阻力無法在真無法在真正的受力圖上表現出來，它只是一個數正的受力圖上表現出來，它只是一個數值值）。這將有利于動力性分析的簡化。）。這將有利于動力性分析的簡化。 滾動阻力系數由滾動阻力系數由試驗確定試驗確定，

28、也可，也可根根據某些經驗公式計算據某些經驗公式計算。 2）滾動阻力系數與）滾動阻力系數與路面的種類、行駛車路面的種類、行駛車速以及輪胎的構造、材料、氣壓等有關。速以及輪胎的構造、材料、氣壓等有關。 汽車在汽車在凹凸不平的凹凸不平的路面、在路面、在松軟松軟的路面的路面上、在上、在積水積水路面上行駛時，路面上行駛時， 滾動阻力系數較高滾動阻力系數較高。 輪胎的輪胎的結構結構、材質材質和和充氣壓力充氣壓力等對等對滾動滾動阻力系數阻力系數有明顯的有明顯的影響影響。 驅動車輪驅動車輪的滾動阻力系數一般的滾動阻力系數一般大于從動大于從動車輪車輪。 行駛車速行駛車速對滾動阻力系數也對滾動阻力系數也有很大影響

29、有很大影響。 在在轉彎行駛轉彎行駛時，輪胎發(fā)生側偏現象，滾時，輪胎發(fā)生側偏現象，滾動阻力動阻力大幅度增加大幅度增加，但，但一般動力性一般動力性分析中，常分析中，常不考慮不考慮轉彎時增加的阻力。轉彎時增加的阻力。 （2）驅動輪驅動輪在硬路面上在硬路面上等速滾動等速滾動時的受力時的受力 圖中圖中Fx2為驅動力矩為驅動力矩Tt所引起的道路對車輪的切向所引起的道路對車輪的切向反作用力。反作用力。Fp2為驅動軸作用于車輪的水平力。法向反為驅動軸作用于車輪的水平力。法向反作用力作用力Fz也由于輪胎遲滯現象而使其作用點向前移了一也由于輪胎遲滯現象而使其作用點向前移了一個距離個距離a，即在驅動輪上也作用有滾動

30、阻力偶矩，即在驅動輪上也作用有滾動阻力偶矩Tf 。由。由平衡條件得平衡條件得 結論結論：真正作用在驅動輪上驅動汽車行駛：真正作用在驅動輪上驅動汽車行駛的力為地面切向反作用力的力為地面切向反作用力Fx2，它的數值為驅它的數值為驅動力動力Ft減去驅動輪上的滾動阻力。所以，減去驅動輪上的滾動阻力。所以，驅動驅動力只是一種定義，和滾動阻力一樣，在受力圖力只是一種定義，和滾動阻力一樣，在受力圖上，也是畫不出來的。上，也是畫不出來的。 （二）空氣阻力（二）空氣阻力 1.空氣阻力空氣阻力 汽車直線行駛時受到的空氣汽車直線行駛時受到的空氣作用力在行駛方向上的分力。作用力在行駛方向上的分力。 2.空氣阻力分為空

31、氣阻力分為壓力阻力與摩擦阻力壓力阻力與摩擦阻力兩部分兩部分 。 （1）摩擦阻力摩擦阻力（ 10） 是由于空氣的是由于空氣的粘性在車身表面產生的切向力的合力在行駛方向粘性在車身表面產生的切向力的合力在行駛方向的分力。的分力。 （2） 壓力阻力壓力阻力 作用在汽車外形表面上的作用在汽車外形表面上的法向壓力的合力在行駛方向的分力，稱為壓力阻法向壓力的合力在行駛方向的分力，稱為壓力阻力。力。 （3）壓力阻力又）壓力阻力又分為四部分分為四部分：形狀阻形狀阻力、干擾阻力、內循環(huán)阻力和誘導阻力。力、干擾阻力、內循環(huán)阻力和誘導阻力。 授課章節(jié)：授課章節(jié)： 第第1章章 汽車的動力性汽車的動力性 1.2汽車的驅動

32、力與行駛阻力汽車的驅動力與行駛阻力 1.3汽車的驅動力汽車的驅動力行駛阻力平衡圖與動行駛阻力平衡圖與動力特性圖力特性圖 目的要求：目的要求： 掌握掌握各種各種行駛阻力行駛阻力、汽車行駛方程式汽車行駛方程式的含義；的含義；掌握掌握用用汽車驅動力汽車驅動力行駛阻力平衡圖行駛阻力平衡圖確定汽車確定汽車動力動力性性的方法；的方法；重點難點：重點難點： 各種各種行駛阻力行駛阻力、汽車行駛方程式汽車行駛方程式的含義、的含義、用汽用汽車驅動力車驅動力行駛阻力平衡圖行駛阻力平衡圖確定汽車確定汽車動力性動力性的方法的方法 1）形狀阻力形狀阻力（ 58） 當汽車行駛時，車身后當汽車行駛時，車身后部有明顯的渦流區(qū)，

33、在渦流區(qū)產生負壓，而汽車正面是部有明顯的渦流區(qū)，在渦流區(qū)產生負壓，而汽車正面是正壓，這就使汽車在行駛方向上產生了壓差阻力，因為正壓，這就使汽車在行駛方向上產生了壓差阻力，因為這種壓差阻力與車身形狀有關，也稱為形狀阻力。這種壓差阻力與車身形狀有關，也稱為形狀阻力。 2）干擾阻力干擾阻力（ 14） 是車身表面突起物引起是車身表面突起物引起的阻力。的阻力。 3）內循環(huán)阻力內循環(huán)阻力（ 12） 為了發(fā)動機冷卻和乘為了發(fā)動機冷卻和乘坐艙內換氣而引起空氣氣流通過車身內部構造所產生的坐艙內換氣而引起空氣氣流通過車身內部構造所產生的阻力。阻力。 4）誘導阻力誘導阻力（ 7） 空氣升力在水平方向上的空氣升力在水

34、平方向上的分力。分力。 空氣升力空氣升力 氣流流經車身上下部時，由于空氣質氣流流經車身上下部時，由于空氣質點流經上下表面的路程不同、流速不同從而產生的壓差，點流經上下表面的路程不同、流速不同從而產生的壓差，即升力。即升力。 3.各種空氣阻力的數值都與各種空氣阻力的數值都與動壓力動壓力 成正成正比比，因而，因而空氣阻力為空氣阻力為式中，式中，C CD D空氣阻力系數，空氣阻力系數， 空氣密度，一般為空氣密度，一般為1.2258Ns1.2258Ns2 2mm44； A A迎風面積，即汽車行駛方向的投影面積迎風面積，即汽車行駛方向的投影面積（m2）；）； u ur r相對速度，在無風時即汽車的行駛速

35、度相對速度，在無風時即汽車的行駛速度（ms）。）。 無風條件無風條件下汽車的運動，下汽車的運動，u ur r即即為汽車行駛速為汽車行駛速度度u ua a。如。如u ua a以以kmkmh h、A A以以m m2 2計，則計，則空氣阻力空氣阻力（N N）為為 結論：結論：空氣阻力是與空氣阻力是與C CD D及及A A值成正比的。值成正比的。 A A值受到值受到乘坐使用空間乘坐使用空間的限制不易的限制不易進一步減少進一步減少，所以所以降低降低C CD D值是降低空氣阻力的值是降低空氣阻力的主要手段主要手段。C CD D表示表示了車身流線型的好壞了車身流線型的好壞。 C CD D隨車身的隨車身的離地

36、距離離地距離、俯仰角俯仰角以及以及側向風側向風的大的大小而變化。小而變化。 4.汽車發(fā)展到現在，車身外形從箱形汽車發(fā)展到現在，車身外形從箱形- -甲甲蟲形蟲形- -船形船形- -魚形魚形- -楔形。楔形。 減少空氣阻力系數在減少空氣阻力系數在車身造型設計車身造型設計中主要中主要采取采取下列措施下列措施： （1）光順車身表面光順車身表面的曲線形狀，的曲線形狀，消除或消除或延遲空氣附面層剝離延遲空氣附面層剝離和和渦流渦流的產生。的產生。 （2）調整）調整迎面和背面迎面和背面的的傾斜角度傾斜角度，有效，有效地減少地減少阻力阻力、升力升力的產生。的產生。 （3）減少）減少凸起物凸起物，形成，形成平滑表

37、面平滑表面。 （4）設計空氣）設計空氣動力附件動力附件、整理整理和和引導氣引導氣流流向流流向。 5.升力和俯仰力矩升力和俯仰力矩 （1）升力不通過重心時對汽車產生俯仰力矩升力不通過重心時對汽車產生俯仰力矩 升力使車輪有抬升的趨勢，減小驅動輪上的附著力，對升力使車輪有抬升的趨勢，減小驅動輪上的附著力，對轉向車輪的影響是升力使側向最大附著力和側偏剛度降轉向車輪的影響是升力使側向最大附著力和側偏剛度降低，而使轉向性能變壞。低，而使轉向性能變壞。 （2）影響升力的因素：）影響升力的因素： 1）車身形狀）車身形狀 可以用可以用中線和迎角大致地判斷車身形狀與升力中線和迎角大致地判斷車身形狀與升力的關系。的

38、關系。 中線中線 汽車的各個橫斷面形心的連線稱中線，但汽車的各個橫斷面形心的連線稱中線，但此中線是一曲線，為簡化起見。把前后端形心用直線連此中線是一曲線，為簡化起見。把前后端形心用直線連接，稱此直線為中線接，稱此直線為中線 迎角迎角 中線與水平面的夾角，稱為迎角。中線與水平面的夾角，稱為迎角。 中線前高后低，迎角為正、反之為負，正迎角越中線前高后低，迎角為正、反之為負，正迎角越大，升力越大，大，升力越大，因此因此廂式車廂式車由于其中線向前傾斜，由于其中線向前傾斜，迎角迎角為負為負故升力最小，故升力最小，流線形好的汽車流線形好的汽車升力反而大。升力反而大。 如果汽車如果汽車風壓中心風壓中心處于處

39、于重心之前重心之前，則升力，則升力對重心對重心造成造成俯仰力矩俯仰力矩，使，使前輪更加有離地前輪更加有離地趨勢，所以最新設趨勢，所以最新設計的車身形狀采取以下措施：計的車身形狀采取以下措施： 盡量做到盡量做到風壓中心與重心風壓中心與重心接近；接近； 盡量盡量壓低壓低車身車身前端前端，使之，使之成楔形成楔形，同時，同時尾部肥尾部肥厚向上翹厚向上翹以產生以產生負迎角負迎角。 車身車身前部設阻風板前部設阻風板（Front air-damFront air-dam）后面設）后面設后后擾流板擾流板（Rear End spoilerRear End spoiler）使）使后面翹起來后面翹起來。 2）驅動形

40、式）驅動形式 一般一般前置前驅動前置前驅動汽車其汽車其風壓中心與車身重心風壓中心與車身重心接近，接近，后置發(fā)動機后置發(fā)動機汽車的汽車的重心往往偏后重心往往偏后，因而，因而風壓中心可能風壓中心可能在重心前在重心前，俯仰力矩俯仰力矩大些。大些。 （三）坡度阻力（三）坡度阻力 1. 坡度阻力坡度阻力F Fi i 當汽車上坡行駛時，汽車重力沿坡道當汽車上坡行駛時，汽車重力沿坡道的分力稱為汽車坡度阻力，即的分力稱為汽車坡度阻力，即式中，式中，G作用于汽車上的重力，作用于汽車上的重力， Gmg，m汽車質量，汽車質量， g為重力加速度。為重力加速度。 2. 道路坡度道路坡度 以坡高與底長之比的百分數來表示，

41、以坡高與底長之比的百分數來表示，即即 100100 一般道路的一般道路的坡度均較小坡度均較小（1510），），此時此時所以所以 3. 上坡時垂直于坡道路面的上坡時垂直于坡道路面的汽車重力分力汽車重力分力為為 ，故汽車在坡道上行駛時的，故汽車在坡道上行駛時的滾動阻力滾動阻力為為 FfcosGfcosG 4. 道路阻力道路阻力 坡度阻力與滾動阻力均屬于與道路坡度阻力與滾動阻力均屬于與道路有關的阻力，而且均與汽車重力成正比，把這兩種阻力合在一有關的阻力，而且均與汽車重力成正比，把這兩種阻力合在一起稱作道路阻力，即起稱作道路阻力，即F （四）加速阻力（四）加速阻力 1. 加速阻力加速阻力F Fj j

42、汽車加速行駛時，由于其慣性力形成的汽車加速行駛時，由于其慣性力形成的阻力。阻力。 2. 以以旋轉質量換算系數旋轉質量換算系數 把旋轉質量的慣性力偶把旋轉質量的慣性力偶矩轉化為平移質量的慣性力后，矩轉化為平移質量的慣性力后，對于具有有級固定傳對于具有有級固定傳動比的汽車動比的汽車，加速時的阻力（，加速時的阻力（N N）可寫作）可寫作 旋轉質量換算系數旋轉質量換算系數與飛輪轉動慣量、車輪轉動慣量和與飛輪轉動慣量、車輪轉動慣量和傳動系的傳動比傳動系的傳動比有關有關。在進行動力性在進行動力性初步計算初步計算時，可根據時，可根據擋位擋位和和總傳動比總傳動比，利用，利用圖圖大致確定。大致確定。 三、汽車行

43、駛方程式三、汽車行駛方程式 汽車行駛方程式為汽車行駛方程式為即即 正常道路正常道路坡度角不大，坡度角不大，上式上式可寫為可寫為 此公式此公式表示了無風天氣、正常道路行駛、具有表示了無風天氣、正常道路行駛、具有有級固定傳動比汽車的驅動力與行駛阻力的數量關有級固定傳動比汽車的驅動力與行駛阻力的數量關系。系。 第三節(jié)第三節(jié) 汽車的驅動力汽車的驅動力行駛阻力行駛阻力平衡圖與動力特性圖平衡圖與動力特性圖 一、驅動力一、驅動力行駛阻力平衡圖行駛阻力平衡圖 裝用裝用有級式固定傳動比變速器汽車的行駛方程式有級式固定傳動比變速器汽車的行駛方程式為為或或 當汽車的有關參數初步確定后，便可利用此式分析在附著當汽車的

44、有關參數初步確定后，便可利用此式分析在附著性能良好的典型路面上的行駛能力（節(jié)氣門全開始的最高車速、性能良好的典型路面上的行駛能力（節(jié)氣門全開始的最高車速、加速能力和爬坡能力）。加速能力和爬坡能力）。 1.汽車驅動力汽車驅動力行駛阻力平衡圖行駛阻力平衡圖 在汽車在汽車驅動力圖上驅動力圖上，把汽車行駛中經常遇到的把汽車行駛中經常遇到的滾動阻力和空氣阻力之和也算出并滾動阻力和空氣阻力之和也算出并畫上畫上， 即得到汽車驅動力即得到汽車驅動力行駛阻力平衡圖，以它來確定行駛阻力平衡圖，以它來確定汽車的動力性。汽車的動力性。 （1）汽車驅動力）汽車驅動力行駛阻力平衡圖的繪制行駛阻力平衡圖的繪制 在汽車在汽車

45、驅動力圖上驅動力圖上，把汽車行駛中經常遇到的把汽車行駛中經常遇到的滾動阻力和空氣阻力之和滾動阻力和空氣阻力之和也算出并畫上也算出并畫上，便可作出便可作出汽車驅動力行駛阻力平汽車驅動力行駛阻力平衡圖。衡圖。 （2）汽車）汽車最高車速最高車速的的確定確定 汽車汽車最高車速最高車速出現在出現在節(jié)氣門全開節(jié)氣門全開、水平道路上水平道路上，用最高用最高擋勻速行駛擋勻速行駛時。此時：時。此時： F Ft t = =F Ff fF Fw w 即汽車即汽車最高車速最高車速u umaxmax，是其最高擋驅動力曲線與是其最高擋驅動力曲線與F Ff fF Fw w 曲線交點所對應的曲線交點所對應的車速。車速。因為因

46、為此時驅動力和此時驅動力和行駛阻力相等行駛阻力相等，汽車處于，汽車處于穩(wěn)定的穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。平衡狀態(tài)。 （3）汽車加速時間的確定）汽車加速時間的確定 常用加速時間來表明汽車的加速能力。常用加速時間來表明汽車的加速能力。 1）汽車行駛加速度曲線汽車行駛加速度曲線 汽車加速度與車速間汽車加速度與車速間的關系曲線。的關系曲線。 由汽車行駛方程得由汽車行駛方程得 利用利用驅動力驅動力行駛阻力平衡圖可計算得出各行駛阻力平衡圖可計算得出各擋節(jié)氣門全開時的加速度曲線擋節(jié)氣門全開時的加速度曲線a-ua-ua a。 2）根據）根據加速度圖求汽車在同一擋位下由某一加速度圖求汽車在同一擋位下由某一車速車速u u1

47、1加速至另一較高車速加速至另一較高車速u u2 2所需的時間。所需的時間。 由運動學可知由運動學可知 結論：結論：加速時間可用計算機進行積分計算或用加速時間可用計算機進行積分計算或用圖解積分法求出。圖解積分法求出。 用用圖解積分法圖解積分法，將，將a-ua-ua a曲線轉畫成曲線轉畫成1/a-u1/a-ua a曲線。曲線。曲線下曲線下兩個速度區(qū)間的面積兩個速度區(qū)間的面積就是通過就是通過此速度區(qū)間此速度區(qū)間的的加速時間加速時間。常將。常將速度區(qū)間速度區(qū)間分為若干分為若干間隔間隔，通過確定，通過確定面積面積1 1、2 2、3 3、4 4來計算（總）加速時間。來計算（總）加速時間。 3）計算原地起步

48、加速時間）計算原地起步加速時間 a.在進行一般動力性分析而計算原地起步加在進行一般動力性分析而計算原地起步加速時間時，可以速時間時，可以忽略原地起步時的離合器打滑過忽略原地起步時的離合器打滑過程程。 b. 加速過程中的換擋時刻可根據各擋的加速過程中的換擋時刻可根據各擋的a-ua-ua a曲線來確定。曲線來確定。 若若I擋與擋與擋的擋的加速度曲線有交點加速度曲線有交點，應在，應在交交點對應車速點對應車速由由I擋換擋換擋；若擋；若I擋與擋與擋擋加速度曲加速度曲線不相交線不相交，則應在，則應在I擋位擋位加速行駛至發(fā)動機轉速加速行駛至發(fā)動機轉速達到最高轉速時換入達到最高轉速時換入擋擋。其他各擋間的換擋

49、時。其他各擋間的換擋時刻亦按此原則來確定。刻亦按此原則來確定。換擋過程所經歷的時間，換擋過程所經歷的時間，常忽略不計常忽略不計。 3）汽車最大爬坡度的確定）汽車最大爬坡度的確定 根據根據汽車行駛方程式與驅動力行駛阻力平衡圖，可確汽車行駛方程式與驅動力行駛阻力平衡圖，可確定汽車的爬坡能力定汽車的爬坡能力。 汽車的爬坡能力，是指汽車在汽車的爬坡能力，是指汽車在良好路面克服良好路面克服FfFw后的余力全部用來（即等速）克服坡度后的余力全部用來（即等速）克服坡度 阻力時阻力時能爬上的坡度能爬上的坡度，此時加速阻力為零，因此，此時加速阻力為零，因此 利用汽車行駛方程式利用汽車行駛方程式確定確定I擋及低擋

50、爬坡能力時，擋及低擋爬坡能力時，應采用應采用Gsin作為坡度阻力作為坡度阻力，即上式應為，即上式應為cosGf即即 利用利用汽車驅動力汽車驅動力行駛阻力平衡圖行駛阻力平衡圖可求出汽車能爬上的坡道角可求出汽車能爬上的坡道角，進而可求出，進而可求出坡度值。坡度值。汽車最大爬坡度為汽車最大爬坡度為I擋時的最大擋時的最大爬坡度爬坡度。 第四次課完第四次課完!授課章節(jié)：授課章節(jié)： 第第1章章 汽車的動力性汽車的動力性 1.2汽車的驅動力與行駛阻力汽車的驅動力與行駛阻力 1.3汽車的驅動力汽車的驅動力行駛阻力平衡圖與動力特性行駛阻力平衡圖與動力特性圖圖 目的要求：目的要求： 掌握各種行駛阻力、汽車行駛方程

51、式的含義；掌握用汽掌握各種行駛阻力、汽車行駛方程式的含義；掌握用汽車驅動力車驅動力行駛阻力平衡圖確定汽車動力性的方法；了解用行駛阻力平衡圖確定汽車動力性的方法；了解用汽車動力特性圖分析汽車動力性的方法。汽車動力特性圖分析汽車動力性的方法。 重點難點：重點難點： 各種行駛阻力、汽車行駛方程式的含義、用汽車驅動各種行駛阻力、汽車行駛方程式的含義、用汽車驅動力力行駛阻力平衡圖確定汽車動力性的方法行駛阻力平衡圖確定汽車動力性的方法 第五次課第五次課授課章節(jié)：授課章節(jié)： 第第1章章 汽車的動力性汽車的動力性 1.3汽車的驅動力汽車的驅動力行駛阻力平衡圖與動力特行駛阻力平衡圖與動力特性圖性圖 1.4汽車行

52、駛的附著條件與汽車的附著率汽車行駛的附著條件與汽車的附著率 1.5汽車的功率平衡汽車的功率平衡 目的要求：目的要求： 了解了解用汽車用汽車動力特性圖分析汽車動力性的方法動力特性圖分析汽車動力性的方法；掌握掌握汽車行駛的汽車行駛的附著條件附著條件；了解了解汽車功率平衡圖的汽車功率平衡圖的繪制繪制；掌握掌握對汽車功率平衡圖的對汽車功率平衡圖的閱讀閱讀。 重點難點：重點難點： 汽車行駛的附著條件汽車行駛的附著條件、汽車功率平衡圖的閱讀汽車功率平衡圖的閱讀。 二、動力特性圖二、動力特性圖 將汽車行駛方程式兩邊除以汽車總重力將汽車行駛方程式兩邊除以汽車總重力G G并并整理如下：整理如下： (F(Ft t

53、-F-Fw w)/G=(F)/G=(Ff f+F+Fi i+F+Fj j)/G)/G令令 D=(FD=(Ft t-F-Fw w)/G=(F)/G=(Ff f+F+Fi i+F+Fj j)/G)/G即即式中，式中，DD動力因數。動力因數。 1. 動力特性圖動力特性圖 由汽車在各擋下的動力因數由汽車在各擋下的動力因數與車速的關系繪出的曲線稱為動力特性圖。與車速的關系繪出的曲線稱為動力特性圖。 2.最高車速最高車速 汽車在良好水平路面上汽車在良好水平路面上勻速行駛，有勻速行駛，有 i i0 0 du dudtdt0 0，有：有： 在動力特性圖上作滾在動力特性圖上作滾動阻力系數曲線動阻力系數曲線f-u

54、f-ua a， f f曲線與最高擋動力因數曲曲線與最高擋動力因數曲線的交點所對應的速度就線的交點所對應的速度就是汽車的最高車速。是汽車的最高車速。 3. 爬坡度爬坡度 （1）汽車上坡時，設）汽車上坡時，設dududtdt0 0，則有，則有 D D曲線與曲線與f f曲線間的垂直距曲線間的垂直距離就是各擋的離就是各擋的i i值。值。 （2）對頭擋來說，應由：）對頭擋來說，應由：求得最大爬坡度求得最大爬坡度 。 4. 加速時間加速時間 汽車加速行駛時設汽車加速行駛時設i0，則有：，則有： 即即D D曲線與曲線與f f曲線間垂直距離的曲線間垂直距離的 g g 倍是汽車各倍是汽車各擋的加速度擋的加速度，

55、再據此計算出，再據此計算出加速時間。加速時間。 汽車動力特性圖上，汽車動力特性圖上，頭擋頭擋最大動力因素和最高擋的最大最大動力因素和最高擋的最大動力因數是標志汽車動力性能動力因數是標志汽車動力性能的重要參數，的重要參數，它們表征了它們表征了汽車汽車以頭擋和最高擋行駛時的爬坡以頭擋和最高擋行駛時的爬坡能力和加速能力能力和加速能力，對汽車，對汽車平均平均速度將產生很大影響。速度將產生很大影響。 第四節(jié)第四節(jié) 汽車行駛的附著條件與汽車的附著率汽車行駛的附著條件與汽車的附著率 一、汽車行駛的附著條件一、汽車行駛的附著條件 汽車的動力性能除受驅動力的制約外，還受汽車的動力性能除受驅動力的制約外，還受輪胎

56、與地面附著條件的限制。輪胎與地面附著條件的限制。 1.附著力附著力 地面對輪胎切向反作用力的極限值地面對輪胎切向反作用力的極限值稱為附著力，在硬路面上它與驅動輪法向反作用力成正比，稱為附著力，在硬路面上它與驅動輪法向反作用力成正比，寫成寫成式中，式中， 附著系數附著系數，由路面與輪胎決定的。，由路面與輪胎決定的。 Fz驅動輪法向反作用力。驅動輪法向反作用力。F 2.汽車行駛的附著條件汽車行駛的附著條件 由作用在驅動輪上的轉矩由作用在驅動輪上的轉矩T Tt t引起的地面切向反引起的地面切向反作用不能大于附著力，否則將發(fā)生驅動輪滑轉現象，作用不能大于附著力，否則將發(fā)生驅動輪滑轉現象，即對于即對于后輪驅動的汽車后輪驅動的汽車這就是汽車行駛的附著條件。這就是汽車行駛的附著條件。 3. 附著力決定于附著力決定于驅動輪的地面法向反力與附驅動輪的地面法向反力與附著系數。著系數。 （1）驅動輪的地面法向反力與）驅動輪的地面法向反力與汽車的總體布汽車的總體布置、車身形狀、行駛狀況及道路的坡度置、車身形狀、行駛狀況及道路的坡度有關。有關。 （2）附著系數主要取決于）附著系數主要取決于輪胎的結構及路面輪胎的結構及路面的性質和狀況，的