車輛有限元法

1、1第一章 汽車動力性 本節(jié)重點計算并分析汽車行駛過程中的本節(jié)重點計算并分析汽車行駛過程中的驅動力和行駛阻力。驅動力和行駛阻力。第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力返回目錄返回目錄2TtF0Ftrua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、驅動力Ft驅動力驅動力Ft：發(fā)動機產：發(fā)動機產生的轉矩經傳動系傳到生的轉矩經傳動系傳到驅動輪，產生驅動力矩驅動輪，產生驅動力矩Tt，驅動輪在，驅動輪在Tt的作用的作用下給地面作用一圓周力下給地面作用一圓周力F0，地面對驅動輪的反，地面對驅動輪的反作用力作用力Ft即為驅動力。即為驅動力。3TtF0Ftrtq g0TtT i iFrrTFttttq

2、 g0TTT i iuaTt驅動力矩；驅動力矩；Ttq 發(fā)動機有效轉矩；發(fā)動機有效轉矩；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、驅動力Ftig變速器傳動比；變速器傳動比；i0主減速器傳動比；主減速器傳動比；T傳動系的機械效率。傳動系的機械效率。4riiTFT0gtqt能否解釋為什么汽車低擋的加速能力好于高擋？能否解釋為什么汽車低擋的加速能力好于高擋？思考思考 Ft 與發(fā)動機轉矩與發(fā)動機轉矩Ttq、變速器傳動比、變速器傳動比 ig、主減、主減速器傳動比速器傳動比 i0、傳動系的機械效率、傳動系的機械效率T 和車輪半徑和車輪半徑 r 等因素有關。等因素有關。第二節(jié)第二節(jié) 汽車

3、的驅動力與行駛阻力汽車的驅動力與行駛阻力由由 可知可知5 驅動力和車速都與發(fā)動機特性有直接關系，可以通過發(fā)驅動力和車速都與發(fā)動機特性有直接關系，可以通過發(fā)動機特性曲線找出驅動力與車速之間的關系。動機特性曲線找出驅動力與車速之間的關系。發(fā)動機發(fā)動機（轉速）（轉速）uaFt 計算驅動力是為了確定汽車的動力性指標，也即要找出計算驅動力是為了確定汽車的動力性指標，也即要找出驅動力和車速的關系。驅動力和車速的關系。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6發(fā)動機的轉速特性，即發(fā)動機的轉速特性，即Pe、Ttq、b=f（n）關系曲線。關系曲線。節(jié)氣門開啟程度的不同節(jié)氣門開啟程度的不同外特性

4、曲線外特性曲線部分負荷特性曲線部分負荷特性曲線思思考考計算汽車動力性指標時計算汽車動力性指標時，需要用什么特性曲線？需要用什么特性曲線？1.發(fā)動機的轉速特性第二節(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795501000/60/2)(9550tqtqtqetqenTnTTPnTP曲軸角速度因為第二節(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 介紹某一車型時，其技術參數(shù)中的扭矩和功率通常介紹某一車型時，其技術參數(shù)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。而發(fā)動機。而發(fā)動機銘牌銘牌上標明的功率及上標明的功率及相應轉速則稱為額定功率和相應轉速則稱為額定功率

5、和額定轉速額定轉速，額定功率一般要小，額定功率一般要小于于最大功率最大功率，按照，按照汽車發(fā)動機汽車發(fā)動機可靠性試驗可靠性試驗方法的規(guī)定，方法的規(guī)定，汽汽車發(fā)動機車發(fā)動機應能在應能在額定工況額定工況下能連續(xù)運行下能連續(xù)運行3001000h。 扭矩和功率的含義扭矩好比百米賽跑選手在起跑點扭矩和功率的含義扭矩好比百米賽跑選手在起跑點蹲撐，準備沖向前那一剎那的沖勁；而功率就是維持這股蹲撐，準備沖向前那一剎那的沖勁；而功率就是維持這股勁可以越跑越快，一直跑到終點的能力。增大發(fā)動機的排勁可以越跑越快，一直跑到終點的能力。增大發(fā)動機的排量，就能提高量，就能提高Ttq和和Pe。為了增大。為了增大發(fā)動機排量發(fā)

6、動機排量，可增加，可增加氣氣缸數(shù)缸數(shù)(如如3缸變缸變4缸缸)，或者增加單位，或者增加單位氣缸氣缸的容積的容積(如增大如增大氣缸氣缸內徑內徑)。89發(fā)動機轉速特性曲線發(fā)動機轉速特性曲線第二節(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10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 帶上全部附件設備時的帶上全部附件設備時的發(fā)動機特性曲線，稱為發(fā)動機特性曲線，稱為使用使用外特性曲線外特性曲線。一般，使用外。一般，使用外特性與外特性相比：特性與外特性相比： 汽油機的最大功率約汽油機的最大功率約小小15%； 貨車柴油機的最大功率貨車柴油機的最大功率約約小小5%； 轎車與輕型貨車柴

7、油機轎車與輕型貨車柴油機的最大功率約的最大功率約小小10%。11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 進行動力性估算時，一進行動力性估算時，一般采用穩(wěn)態(tài)工況時發(fā)動機臺般采用穩(wěn)態(tài)工況時發(fā)動機臺架實驗所得到的使用外特性架實驗所得到的使用外特性中的功率和扭矩曲線。中的功率和扭矩曲線。 對于增壓式內燃機，在對于增壓式內燃機，在發(fā)動機加速時的非穩(wěn)態(tài)工況發(fā)動機加速時的非穩(wěn)態(tài)工況下，中、低速區(qū)域間的轉矩下，中、低速區(qū)域間的轉矩明顯下降的情況不在少數(shù)，明顯下降的情況不在少數(shù)，一般不宜采用穩(wěn)態(tài)工況時的一般不宜采用穩(wěn)態(tài)工況時的外特性。外特性。12寶來轎車發(fā)動機的基本參數(shù)如下寶來轎車發(fā)動機的基

8、本參數(shù)如下 ： 水冷，直列四缸，每缸五氣門水冷，直列四缸，每缸五氣門最大功率最大功率 110kW/5700 r/min最大轉矩最大轉矩 210Nm/17504600 r/min缸徑缸徑行程行程 81mm86.4mm壓縮比壓縮比 9.3:1思考思考 寶來轎車發(fā)動機的轉矩輸出特性是否理想？為什么？寶來轎車發(fā)動機的轉矩輸出特性是否理想？為什么？ 汽車起步加速時汽車起步加速時，過早換入高擋（即發(fā)動機轉速較低時即換入過早換入高擋（即發(fā)動機轉速較低時即換入高擋高擋) ) 是否有利于其加速性？是否有利于其加速性？ 發(fā)動機最大轉矩對應的轉速較低好還是較高好？發(fā)動機最大轉矩對應的轉速較低好還是較高好？ 第二節(jié)第

9、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13 寶來轎車發(fā)動機的轉矩輸出特性是否理想？為什么？寶來轎車發(fā)動機的轉矩輸出特性是否理想？為什么？ 理想。原因：低轉速和高轉速對應的轉矩都很高，低擋和高擋的加速理想。原因：低轉速和高轉速對應的轉矩都很高，低擋和高擋的加速性能都好。性能都好。 汽車起步加速時，過早換入高擋（即發(fā)動機轉速較低時即汽車起步加速時，過早換入高擋（即發(fā)動機轉速較低時即換入高擋換入高擋) 是否有利于其加速性？是否有利于其加速性？ 不利。原因：起步加速時，此時發(fā)動機轉速還不高，還沒達到最大轉不利。原因：起步加速時，此時發(fā)動機轉速還不高，還沒達到最大轉矩，過早換入高擋，發(fā)動機轉

10、速突然下降（矩，過早換入高擋，發(fā)動機轉速突然下降（ ），更不），更不能利用最大轉矩，不利于加速性能。能利用最大轉矩，不利于加速性能。 發(fā)動機最大轉矩對應的轉速較低好還是較高好？發(fā)動機最大轉矩對應的轉速較低好還是較高好？ 國內來講，最大轉矩對應低轉速好，國外來講，最大轉矩對應轉速高國內來講，最大轉矩對應低轉速好，國外來講，最大轉矩對應轉速高些好，原因：國內習慣于在低擋時當發(fā)動機轉速較低時就換擋（這樣些好，原因：國內習慣于在低擋時當發(fā)動機轉速較低時就換擋（這樣能利用高轉矩區(qū)間的轉矩），而國外習慣于在低擋時當轉速較高時才能利用高轉矩區(qū)間的轉矩），而國外習慣于在低擋時當轉速較高時才換擋（這樣也能利用高

11、轉矩區(qū)間的轉矩）。換擋（這樣也能利用高轉矩區(qū)間的轉矩）。0ga377. 0iinru 14inTinTPPP 等速行駛時等速行駛時einPP eTeTeT1PPPPPPT傳動系損失的功率。傳動系損失的功率。Pin輸入傳動系的功率；輸入傳動系的功率；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2.傳動系的機械效率T15旋轉零件的轉速旋轉零件的轉速機械損失機械損失液力損失液力損失轉矩轉矩齒輪對數(shù)齒輪對數(shù)過低，熱容量小過低，熱容量小過高，攪油損失大過高，攪油損失大箱體內油面箱體內油面高度高度溫度溫度潤滑油品種潤滑油品種直接擋直接擋T最高最高T高高損失小損失小齒輪對數(shù)少齒輪對數(shù)少T高高損

12、失的比重小損失的比重小損失大損失大Ttq大大傳動系損失的功率傳動系損失的功率PT主要與哪些因素有關？主要與哪些因素有關？ 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PT思考思考16傳動系效率曲線傳動系效率曲線第二節(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擋擋擋擋11200r/min 21600r/min 31900r/min 42000r/min17部件名稱部件名稱T46 擋變速器擋變速器95%輔助變速器（副變速器或分動器）輔助變速器（副變速器或分動器）95%8 擋以上變速器擋以上變速器90%單級減速主減速器單級減速主減速器96%雙級減速主減速器雙級減速主減速器92

13、%傳動軸的萬向節(jié)傳動軸的萬向節(jié)98%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表表1-1 傳動系各部件的傳動效率傳動系各部件的傳動效率18自由半徑自由半徑：車輪處于無載時的半徑。：車輪處于無載時的半徑。靜力半徑靜力半徑rs：汽車靜止時，車輪中心至輪胎與道路接觸：汽車靜止時，車輪中心至輪胎與道路接觸面間的距離。面間的距離。滾動半徑滾動半徑rr：車輪幾何中心到速度瞬心的距離。：車輪幾何中心到速度瞬心的距離。nw為車輪轉動的圈數(shù)，為車輪轉動的圈數(shù)，S為在轉動為在轉動nw時車輪滾動的距離。時車輪滾動的距離。對汽車作動力學分析時，采用靜力半徑，作運動學分對汽車作動力學分析時，采用靜力半徑

14、，作運動學分析時采用滾動半徑。作汽車動力性估算時，一般不計他析時采用滾動半徑。作汽車動力性估算時，一般不計他們的差別，統(tǒng)稱為車輪半徑，即們的差別，統(tǒng)稱為車輪半徑，即第二節(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3.車輪半徑wrnSr2rrrsr19riiTFT0gtqt0ga377. 0iinru 做出的做出的Ft - ua關系圖，即驅動力圖。關系圖，即驅動力圖。依據(jù)下面兩式依據(jù)下面兩式以及發(fā)動機外特性曲線以及發(fā)動機外特性曲線第二節(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4.汽車的驅動力圖20nminntqnpnmaxn/(rmin-1)800330057006200T

15、tq/(Nm )142195159143ig1=2.13Ft1/N5438746860895477ua1/(kmh-1 )7.129.250.554.9例：已知奧迪例：已知奧迪A4轎車發(fā)動機的數(shù)據(jù)（如下表所示），轎車發(fā)動機的數(shù)據(jù)（如下表所示），ig1=2.13，i0=6.333，r=0.317m，T=0.90，由，由和可以對應計算出和可以對應計算出 1 擋的擋的Ft1和和ua1。riiTFT0gtqtag 00.377nrui i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21奧迪奧迪 A4 轎車驅動力圖轎車驅動力圖1a/(km h )u221 tF2tF3tF4tF5tF第二節(jié)

16、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23jiwfFFFFF滾動阻力滾動阻力Ff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二、汽車的行駛阻力汽車在行駛過程中將會遇到哪些行駛阻力？汽車在行駛過程中將會遇到哪些行駛阻力？如何保證汽車可以加速或爬坡？如何保證汽車可以加速或爬坡？空氣阻力空氣阻力Fw坡度阻力坡度阻力Fi加速阻力加速阻力Fj汽車行駛總阻力汽車行駛總阻力思考思考24軟路面上軟路面上硬路面上硬路面上產生滾動阻力的主要原因產生滾動阻力的主要原因輪胎變形輪胎變形輪胎變形和路面變形輪胎變形和路面變形輪胎變形為什么會產生滾動阻力？輪胎變形為什么會產生滾動阻力？輪胎的遲滯

17、損失輪胎的遲滯損失：輪胎在加載變形時所消耗的能量在卸：輪胎在加載變形時所消耗的能量在卸載恢復時不能完全收回，一部分能量消耗在輪胎內部摩擦載恢復時不能完全收回，一部分能量消耗在輪胎內部摩擦損失上，產生熱量，這種損失稱為輪胎的損失上，產生熱量，這種損失稱為輪胎的遲滯損失遲滯損失。1.滾動阻力Ff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思考思考25ua加載變形區(qū)加載變形區(qū)卸載變形區(qū)卸載變形區(qū)n n思思考考 由輪胎的遲滯損失圖看，在輪胎徑向變形相同的情況下，由輪胎的遲滯損失圖看，在輪胎徑向變形相同的情況下，地面作用在加載變形區(qū)與卸載變形區(qū)的法向反力是否相等？地面作用在加載變形區(qū)與卸載

18、變形區(qū)的法向反力是否相等？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圖圖1-9是對輪胎靜態(tài)加載是對輪胎靜態(tài)加載/卸載時，卸載時，輪胎所受載荷輪胎所受載荷W和輪胎接地點中心的徑向變和輪胎接地點中心的徑向變形關系。形關系。O輪胎滾動時的加載變形區(qū)和輪胎滾動時的加載變形區(qū)和卸載變形區(qū)卸載變形區(qū)26 不相等。在輪胎滾動過程中，輪胎接地區(qū)域內的任一點經歷動態(tài)的加載/卸載過程，加載變形區(qū)內的任一點d瞬間成為卸載變形區(qū)內的一點d ，見下圖，雖然d和d的徑向變形相同，但d點受地面反作用力較大，而d受地面反作用力較小。 由輪胎的遲滯損失圖由輪胎的遲滯損失圖1-9看，在輪胎徑向變形相同的情況看，在

19、輪胎徑向變形相同的情況下，地面作用在加載變形區(qū)與卸載變形區(qū)的法向反力是否相下，地面作用在加載變形區(qū)與卸載變形區(qū)的法向反力是否相等？等？思思考考aun n ddZFOEFCDAhFZdFZd圖圖1-10b 加載變形區(qū)和卸加載變形區(qū)和卸載變形區(qū)內的對稱點所受載變形區(qū)內的對稱點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 naunWarZF這樣，就使得地面法向反作用力的分布前后并不對稱，而使它們這樣，就使得地面法向反作用力的分布前后并不對稱，而使它們的合力的合力Fz相對于法線相對于法線 n-n向前移動了距離向前移動了距離a，見圖，見圖1-

20、11a。將將Fz平移至法線平移至法線n-n，則有滾動阻力偶矩，則有滾動阻力偶矩 ,見圖見圖1-11b-1。 aun nWfTZFaFTZf圖圖1-11a圖圖1-11b-128aun nW1pF1XFZFfT圖圖1-11b-2由圖由圖1-11b-1，欲使從動輪在硬路上等速滾動，必須在車輪中心加一推力，欲使從動輪在硬路上等速滾動，必須在車輪中心加一推力Fp1,它與地面切向反作用力它與地面切向反作用力Fx1(由推力由推力Fp1引起引起)構成一力偶矩來克服（平衡）滾構成一力偶矩來克服（平衡）滾動阻力偶矩。見圖動阻力偶矩。見圖1-11b-2。1）從動輪受力分析29aFTZff1pTrFraFrTFZf1

21、praf p1FWfWFf1pf滾動阻力系數(shù)滾動阻力系數(shù)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raun nW1pF1XFfTZF令令可見，滾動阻力系數(shù)是車輪可見，滾動阻力系數(shù)是車輪在一定條件下滾動時所需要在一定條件下滾動時所需要的推力與車輪負荷之比，即的推力與車輪負荷之比，即單位車重所需要的推力。單位車重所需要的推力。這樣滾動阻力偶就轉化為這樣滾動阻力偶就轉化為當量阻力當量阻力，即：，即： 滾動阻力與滾動阻力偶對車輪的阻滾動阻力與滾動阻力偶對車輪的阻礙效果是等效的。為便于理解和后續(xù)礙效果是等效的。為便于理解和后續(xù)力學分析，定義了滾動阻力的概念，力學分析，定義了滾動阻力的概念

22、，滾動阻力畫不出來，只是一個數(shù)值。滾動阻力畫不出來，只是一個數(shù)值。30auWp2F2XFZFtTaraFTrFZXt2ftTT rTrTFXft2ftFF 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FX2即路面作用于驅動輪的切向力即路面作用于驅動輪的切向力FX2比比Ft要小。要小。2）驅動輪受力分析第二節(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314a4a10100100ufufff ua高高 f 大大 貨車貨車 f=0.0076+0.000056ua 3）影響Ff的因素第二節(jié)第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力汽車的驅動力與

23、行駛阻力轎車轎車（1）車速 ua32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zf33輪胎的兩個最重要參數(shù)：極限速度和承載量。輪胎的兩個最重要參數(shù)：極限速度和承載量。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臨界車速臨界車速（最高車速）（最高車速） 當汽車車速超過臨界車速時，輪胎會出現(xiàn)駐波現(xiàn)象，當汽車車速超過臨界車速時，輪胎會出現(xiàn)駐波現(xiàn)象，其周緣呈明顯的波浪狀，且輪胎溫度快速增加。其周緣呈明顯的波浪狀，且輪胎溫度快速增加。 后果是大量發(fā)熱導致輪胎破損或爆胎。后果是大量發(fā)熱導致輪胎破損或爆胎。 駐波現(xiàn)象駐波現(xiàn)象：在高速行駛時，輪胎離開地面后因變形在高速行駛時，輪胎

24、離開地面后因變形所產生的扭曲并不立即恢復，其殘余變形形成了一種波，所產生的扭曲并不立即恢復，其殘余變形形成了一種波，這就是駐波。此時輪胎周緣不再是圓形，而呈明顯的波這就是駐波。此時輪胎周緣不再是圓形，而呈明顯的波浪形。輪胎剛離開地面時波的振幅最大，它按指數(shù)規(guī)律浪形。輪胎剛離開地面時波的振幅最大，它按指數(shù)規(guī)律沿輪胎圓周衰減。沿輪胎圓周衰減。34駐波現(xiàn)象（圖像）駐波現(xiàn)象（圖像）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35 子午線輪胎子午線輪胎比斜交輪胎的滾動阻力小比斜交輪胎的滾動阻力小20%30； 滾動阻力滾動阻力與輪胎的簾線（棉、人造絲、尼龍、鋼絲）與輪胎的簾線（棉、人造絲、尼

25、龍、鋼絲）和橡膠品質有關。和橡膠品質有關。（2）輪胎結構第二節(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36（3）氣壓第二節(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 氣壓越高，輪胎變形及由其產生的遲滯損失就越小，氣壓越高，輪胎變形及由其產生的遲滯損失就越小，滾動阻力也越小。滾動阻力也越小。37（4）驅動力第二節(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38為什么驅動力系數(shù)很大時為什么驅動力系數(shù)很大時，氣壓越低氣壓越低 f 越?。吭叫?？Ft胎面滑移胎面滑移Ff pa接地面積接地面積胎面滑移胎面滑移滑移引起的滑移引起的Ff 思考思考第二節(jié)第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻

26、力汽車的驅動力與行駛阻力39上高速公路時，輪胎氣壓應該適當高一些。上高速公路時，輪胎氣壓應該適當高一些。在松軟路面、泥濘路面、雪地行駛時，可適當降低輪胎氣壓。在松軟路面、泥濘路面、雪地行駛時，可適當降低輪胎氣壓。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 在高速公路上，輪胎變形產生的滾動阻力大還是滑在高速公路上，輪胎變形產生的滾動阻力大還是滑移產生的滾動阻力大？變形產生的滾動阻力大，故胎移產生的滾動阻力大？變形產生的滾動阻力大，故胎壓應適當高些。在松軟地面上滑移產生的滾動阻力大，壓應適當高些。在松軟地面上滑移產生的滾動阻力大，胎壓應低些。胎壓應低些。 胎壓高胎壓高輪胎變形小輪胎

27、變形小遲遲滯損失少滯損失少Ff小小胎壓低胎壓低滑移小滑移小Ff小小 上高速公路前要檢查胎壓上高速公路前要檢查胎壓，在給定的胎壓范圍內在給定的胎壓范圍內，胎胎壓適當高一些好還是低一些好？壓適當高一些好還是低一些好？思考思考思考思考40路面類型路面類型滾動阻力系數(shù)滾動阻力系數(shù)良好的瀝青或混凝土路面良好的瀝青或混凝土路面0.0100.018一般的瀝青或混凝土路面一般的瀝青或混凝土路面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壓緊土路壓緊土路干燥的干燥的0.0250.035 雨后的雨后的0.0

28、500.150泥濘土路（雨季或解凍期）泥濘土路（雨季或解凍期）0.1000.250干沙干沙0.1000.300濕沙濕沙0.0600.150結冰路面結冰路面0.0150.030壓緊的雪道壓緊的雪道0.0300.050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 由輪胎由輪胎與土壤之與土壤之間的粘著間的粘著性所致性所致（5）路面條件表表1-2 滾動阻力系數(shù)滾動阻力系數(shù) f 的數(shù)值的數(shù)值41離心力離心力前、后輪產生側偏力前、后輪產生側偏力側偏力沿行駛方向產生分力側偏力沿行駛方向產生分力滾動阻力增加滾動阻力增加（6）轉向第二節(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42（1）

29、壓力阻力（占（占91）汽車直線行駛時受到的空氣作用力在行駛方向的分力稱汽車直線行駛時受到的空氣作用力在行駛方向的分力稱為空氣阻力?？諝庾枇Ψ譃闉榭諝庾枇Α？諝庾枇Ψ譃閴毫ψ枇毫ψ枇秃湍Σ磷枇δΣ磷枇?。 作用在汽車外形表面上的法向壓力的合力在行駛方向作用在汽車外形表面上的法向壓力的合力在行駛方向上的分力。上的分力。2.空氣阻力FW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43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44 取決于車身主體形狀。取決于車身主體形狀。1）形狀阻力（58%）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45后視鏡后視鏡 車

30、身表面的凸起物引起的阻力。車身表面的凸起物引起的阻力。 2）干擾阻力（14%）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46后視鏡后視鏡 后視鏡設計后視鏡設計也要注重流線形也要注重流線形第二節(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47后視鏡后視鏡 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48后視鏡后視鏡 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49門把手門把手 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50懸架導向桿和傳動軸懸架導向桿和傳動軸 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51 滿足冷

31、卻、通風等需要，使空氣流經車體內部時構成的阻力。滿足冷卻、通風等需要，使空氣流經車體內部時構成的阻力。4）誘導阻力（7%） 空氣升力在行駛方向的分力?？諝馍υ谛旭偡较虻姆至?。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3）內循環(huán)阻力（12%） 由于流經車頂?shù)臍饬魉儆捎诹鹘涇図數(shù)臍饬魉俣却笥诹鹘涇嚨椎臍饬魉俣龋却笥诹鹘涇嚨椎臍饬魉俣?，使得車底的空氣壓力大于車使得車底的空氣壓力大于車頂，從而空氣作用在車身上頂，從而空氣作用在車身上的垂直方向的壓力形成壓差，的垂直方向的壓力形成壓差，這就是這就是空氣升力。52思思考考夏季在高速公路上開空調省油還是開窗通風省油？夏季在高速公路上開空調

32、省油還是開窗通風省油？（高速時，超過（高速時，超過70km/h，風阻很大，故開空調省，風阻很大，故開空調省油；低速時，開窗省油）油；低速時，開窗省油）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打開天窗換氣和打開側窗換氣有何不同？打開天窗換氣和打開側窗換氣有何不同？ 打開天窗換氣時，天窗上打開天窗換氣時，天窗上方的壓力低于車內的壓力。方的壓力低于車內的壓力。（2）摩擦阻力（9） 由于空氣粘性作用在車身表面產生的切向力的合力由于空氣粘性作用在車身表面產生的切向力的合力在行駛方向的分力。在行駛方向的分力。532rDw21uACF241.2258N sm15.212aDwAuCF CD

33、空氣阻力系數(shù)；空氣阻力系數(shù)；A迎風面積；迎風面積；ur相對速度，無風時即為汽車的行駛速度相對速度，無風時即為汽車的行駛速度ua(m/s)空氣密度?？諝饷芏?。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（3）空氣阻力FW的計算若若ua以km/h計，則有：54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發(fā)動機蓋應向前下傾發(fā)動機蓋應向前下傾（4）減小CD值要遵循的要點1）車身前部55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 面與面交接處的棱角應為圓柱狀。面與面交接處的棱角應為圓柱狀。56過渡不理想過渡不理想第二節(jié)第二節(jié) 汽車的驅動力與行駛阻力汽車的驅動力

34、與行駛阻力 面與面交接處的棱角應為圓柱狀。面與面交接處的棱角應為圓柱狀。57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 風窗玻璃應盡可能風窗玻璃應盡可能“躺平躺平”，且與車頂圓滑過渡。，且與車頂圓滑過渡。58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越野車很難做到越野車很難做到 風窗玻璃應盡可能風窗玻璃應盡可能“躺平躺平”，且與車頂圓滑過渡。，且與車頂圓滑過渡。59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 盡量減少燈、后視鏡和門把手等凸出物。盡量減少燈、后視鏡和門把手等凸出物。60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上掀式

35、前照燈上掀式前照燈（視頻）（視頻）61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 在保險杠下面，應安裝合適的導流板。在保險杠下面，應安裝合適的導流板。62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 車輪蓋應與輪胎相平。車輪蓋應與輪胎相平。63思考：思考：F1方程式賽車為什么不用車輪蓋？方程式賽車為什么不用車輪蓋？ 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64思考：思考：F1方程式賽車為什么不用車輪蓋？方程式賽車為什么不用車輪蓋？ 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1. F1的比賽中，經常需要更換輪胎，且為了更換的速錄，的

36、比賽中，經常需要更換輪胎，且為了更換的速錄，是需要連輪轂一同更換。如果裝有輪蓋，會增加裝卸難是需要連輪轂一同更換。如果裝有輪蓋，會增加裝卸難度和裝卸人員產生失誤的可能性，直接影響到車輪的裝度和裝卸人員產生失誤的可能性，直接影響到車輪的裝卸速度卸速度 。2. 車輪蓋安裝后，把制動盤和制動卡鉗都蒙在里面，會車輪蓋安裝后，把制動盤和制動卡鉗都蒙在里面，會影響制動盤的散熱，加劇制動系統(tǒng)影響制動盤的散熱，加劇制動系統(tǒng)“熱衰退熱衰退”，造成制，造成制動力下降或喪失動力下降或喪失 。3. 無關空氣動力學。車輪外側在風洞試驗中，并不會產無關空氣動力學。車輪外側在風洞試驗中，并不會產生過大的正壓或負壓，并可以通

37、過輪轂的輪輻形狀，進生過大的正壓或負壓，并可以通過輪轂的輪輻形狀，進行修復，所以由車輪產生的空氣橫向力可以不計。行修復，所以由車輪產生的空氣橫向力可以不計。 4. 國際汽聯(lián)最大的要求就是安全，車輪蓋的脫離會造成國際汽聯(lián)最大的要求就是安全，車輪蓋的脫離會造成事故隱患，規(guī)定中就禁止使用了事故隱患，規(guī)定中就禁止使用了 。65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 整個車身應向前傾整個車身應向前傾12。2）整車66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 水平投影應為腰鼓形。水平投影應為腰鼓形。67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 后端稍

38、稍收縮，前端呈半圓形。后端稍稍收縮，前端呈半圓形。68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 最好采用艙背式或直背式。最好采用艙背式或直背式。3）汽車后部69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 艙艙背式背式3）汽車后部70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 直背式直背式3）汽車后部71 應安裝后擾流板。應安裝后擾流板。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72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 當車速超過當車速超過120km/h，尾翼會自動升高，尾翼會自動升高160mm，為車身增為車

39、身增加加30的下壓力；在車速低于的下壓力；在車速低于80km/h，尾翼又會自動降低。，尾翼又會自動降低。 應安裝后擾流板。應安裝后擾流板。73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 應安裝后擾流板。應安裝后擾流板。74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 應安裝后擾流板。應安裝后擾流板。75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 應安裝后擾流板。應安裝后擾流板。76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 若用折背式，則行李箱蓋板至地面距離應高些，長度要短些。若用折背式，則行李箱蓋板至地面距離應高些，長度要短些。7

40、7 后面應采用鴨尾式結構。后面應采用鴨尾式結構。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78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 后面應采用鴨尾式結構。后面應采用鴨尾式結構。79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 所有零件應在車身下平面內且較平整，最好有平滑所有零件應在車身下平面內且較平整，最好有平滑的蓋板蓋住底部。的蓋板蓋住底部。4）車身底部80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底部比較凌亂底部比較凌亂81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底部比較凌亂底部比較凌亂82第二節(jié)第二節(jié)

41、汽車的驅動力與行駛阻力汽車的驅動力與行駛阻力 仔細選擇進風口與出風口的位置，精心設計內部風道。仔細選擇進風口與出風口的位置，精心設計內部風道。5）發(fā)動機冷卻通風系統(tǒng)83冷卻前制動器冷卻前制動器冷卻前制動器冷卻前制動器冷卻發(fā)動機和制動器冷卻發(fā)動機和制動器冷卻后制動器和潤滑系統(tǒng)冷卻后制動器和潤滑系統(tǒng)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84冷卻發(fā)動機和前制動器冷卻發(fā)動機和前制動器冷卻后制動器冷卻后制動器為發(fā)動機提供充足的空氣為發(fā)動機提供充足的空氣第二節(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85什么是超級跑車？什么是超級跑車？ 限量生產、價格高昂、動力強勁（限量生產

42、、價格高昂、動力強勁（3.5L以上、以上、8缸以缸以上）、起步快（上）、起步快（0100km/h時間在時間在5s以內）、技術超群、以內）、技術超群、車身自重輕（采用碳纖維或輕質合金材料）、外觀超前等。車身自重輕（采用碳纖維或輕質合金材料）、外觀超前等。 形象的描述：形象的描述：外觀鮮亮，讓人愛得要死；加速時令人外觀鮮亮，讓人愛得要死；加速時令人皮膚繃緊、汗毛直豎，讓人嚇得要死；數(shù)量奇少，價格奇皮膚繃緊、汗毛直豎，讓人嚇得要死；數(shù)量奇少，價格奇高，讓人想得要死。高，讓人想得要死。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思考：對于轎車和超級跑車思考：對于轎車和超級跑車，哪種車型的

43、空氣阻力系數(shù)更哪種車型的空氣阻力系數(shù)更大？為什么？大？為什么？86三種超級跑車三種超級跑車蘭博基尼蘭博基尼法拉利法拉利保時捷保時捷第二節(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87答案答案 由于尾翼的影響、發(fā)動機和制動器通風冷卻的需要，由于尾翼的影響、發(fā)動機和制動器通風冷卻的需要，超級跑車的空氣阻力系數(shù)一般會大于普通轎車。超級跑車的空氣阻力系數(shù)一般會大于普通轎車。蘭博基尼跑車蘭博基尼跑車 在冷卻通風口關閉且擾流板擺平時，在冷卻通風口關閉且擾流板擺平時，CD值為值為0.33；展；展開時，開時，CD值為值為0.36。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思考：對于轎

44、車和超級跑車思考：對于轎車和超級跑車，哪種車型的空氣阻力系數(shù)更哪種車型的空氣阻力系數(shù)更大？為什么？大？為什么？88減小減小CD值要遵循的要點總結如下：值要遵循的要點總結如下：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89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未來轎車的外形未來轎車的外形90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導流板導流板 6）貨車和半掛車的空氣阻力也很重要，不少貨車駕駛室）貨車和半掛車的空氣阻力也很重要，不少貨車駕駛室上已裝用導流板等裝置，以減小空氣阻力、節(jié)省燃油。上已裝用導流板等裝置，以減小空氣阻力、節(jié)省燃油。91第二

45、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92車型車型空氣阻力系數(shù)空氣阻力系數(shù)CD 帕薩特帕薩特0.28 奧迪奧迪A40.28 現(xiàn)代現(xiàn)代0.29 奔馳奔馳C級級0.26 奔馳奔馳S級級0.27 保時捷保時捷0.31 陸虎覽勝陸虎覽勝0.38一些常見車型的空氣阻力系數(shù)一些常見車型的空氣阻力系數(shù)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93isinFG汽車重力沿坡道的分力。汽車重力沿坡道的分力。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3.坡度阻力Fi94路面路面imax高速公路平原微丘區(qū)高速公路平原微丘區(qū)3%高速公路山嶺重丘區(qū)高速公路山嶺重丘區(qū)5%一級

46、汽車專用公路平原微丘區(qū)一級汽車專用公路平原微丘區(qū)5%一級汽車專用公路平原重丘區(qū)一級汽車專用公路平原重丘區(qū)6%四級公路四級公路平原微丘區(qū)平原微丘區(qū)6%四級公路四級公路平原重丘區(qū)平原重丘區(qū)9%一般道路的坡度均較小。一般道路的坡度均較小。一些常見路面的坡度一些常見路面的坡度第二節(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95itansinGiGGFtansini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96道路阻力道路阻力cos()FGfGiG fifiFFFsincosGGf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滾動阻力和坡度阻力之和。滾動阻力和坡度阻

47、力之和。一般道路一般道路 較小，較小， 1， i令令f+i= ， 為道路阻力系數(shù)為道路阻力系數(shù)FGsin97平移質量的慣性力平移質量的慣性力 旋轉質量的慣性力偶矩旋轉質量的慣性力偶矩第二節(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汽車加速行駛時，克服其質量汽車加速行駛時，克服其質量而而加速運動時的慣性力。加速運動時的慣性力。tumFddj2 2f g 0Tw22111I i iImrmr 旋轉質量換算系數(shù)旋轉質量換算系數(shù)IW 車輪轉動慣量；車輪轉動慣量；If飛輪轉動慣量。飛輪轉動慣量。4.加速阻力98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擋位不同，擋位不同，值不同

48、值不同若不知道準確的車輪和飛輪轉動慣量，可利用上圖根據(jù)擋位與總傳動若不知道準確的車輪和飛輪轉動慣量，可利用上圖根據(jù)擋位與總傳動比大致確定比大致確定99 總質量越小的車，旋轉質量換算系數(shù)值越大?？傎|量越小的車，旋轉質量換算系數(shù)值越大。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總質量不同，總質量不同，值不同值不同100tfwijFFFFF三、汽車行駛方程式第二節(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101tfwijFFFFFcos1 tq g 0T2Dadcossin21.15dT i iC AuGfuGmrt tq g0T2Dad21.15dT i iC AuGfuGimrt sintani 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10220gf2w2212121ruiiIruImuE汽車受到外力的功率為汽車受到外力的功率為PuFFFP)(iwf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用功率方程推導用功率方程推導和汽車行駛方程式和汽車行駛方程式汽車以車速汽車以車速u行駛時的動能為行駛時的動能為E發(fā)動機功率為發(fā)動機功率為PeuriiTTP0gtqetqe傳動系摩擦阻力的負功率為傳動系摩擦阻力的負功率為PruFPrrFr 傳動系摩擦力轉換到車