汽车理论余志生版1.2讲解

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1、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 返回目录 1 确定汽车的动力性，就是确定汽车沿行驶方 向的运动状态。 需要掌握沿汽车行驶方向作用于汽车上的各 种外力，即驱动力与行驶阻力。 根据这些力的平衡关系，建立汽车行驶方程 式，就可以估算汽车的最高车速、加速度和 最大爬坡度。 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 2 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=F 汽车行 驶方程 3 Tt F0Ft r ua 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 一

2、、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。 4 Tt F0Ft r ua Tt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Ft ig变速器传动比； i0主减速器传动比； T传动系的机械效率。 5 能否解释为什么汽车低挡的加速能力好于高挡？ 思考 Ft 与发动机转矩Ttq、变速器传动比 ig、主减 速器传动比 i0、传动系的机械效率T 和车轮半径 r 等因素有关。 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 由 可知 6 驱动力和车速都与发动机特

3、性有直接关系，可以通过发 动机特性曲线找出驱动力与车速之间的关系。 发动机 uaFt 计算驱动力是为了确定汽车的动力性指标，也即要找出 驱动力和车速的关系。 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 7 发动机的转速特性，即Pe、Ttq、b=f（n）关系曲线 。 节气门开启程度的不同 外特性曲线 部分负荷特性曲线 思 考 计算汽车动力性指标时，需要用什么特性曲线？ 1.发动机的转速特性 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 8 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 9 发动机转速特性曲线 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 10 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

4、。一般，使用外 特性与外特性相比： 汽油机的最大功率约小 15%； 货车柴油机的最大功率 约小5%； 轿车与轻型货车柴油机 的最大功率约小10%。 11 为了计算方便，常采用多项式描述发动 机转速特性曲线 式中，系数a0,ak可用最小二乘法来 确定，拟和阶数k随特性曲线而异，一 般在2、3、4、5中选取。 （一）发动机的转速特性 12 等速行驶时 PT传动系损失的功率。 Pin输入传动系的功率； 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 2.传动系的机械效率T 13 机械损失 功率 损耗 功率 液力损失 功率 （二）传动系的机械效率 传动系损失的功率PT主要与哪些因素有关？ 思考 14 机械损失功率是指

5、齿轮传动副、轴 承、油封等处的摩擦损失的功率。 大小决定因素： 啮合齿轮的对数 传递转矩等因素 （二）传动系的机械效率 15 液力损失功率是指消耗于润滑油的搅动、润滑 油与旋转零件之间的表面摩擦功率。 大小决定因素 润滑油的品质、温度 箱体内的油面高度 齿轮等旋转零件的转速 液力损失随传动零件转速提高、润滑油面液力损失随传动零件转速提高、润滑油面 高度及粘度增加而增大高度及粘度增加而增大 （二）传动系的机械效率 16 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 17 传动系效率曲线 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力

6、挡 挡 11200r/min 21600r/min 31900r/min 42000r/min 18 部件名称T 46 挡变挡变 速器95% 辅辅助变变速器（副变变速器或分动动器）95% 8 挡挡以上变变速器90% 单级单级 减速主减速器96% 双级级减速主减速器92% 传动轴传动轴 的万向节节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 19 (三)车轮半径 车轮按规定气压充好气后，处于无载 时的半径，称为自由半径。 车轮中心与轮胎接地面的距离称为静 力半径。 20 (三)车轮半径 定义：以车轮转动圈数与车轮实 际滚动距离之间的关系换算得出 的车轮半径，称为车轮的

7、运动半 径(滚动半径)rr，即 21 使用条件： 在对汽车进行动力学分析时，应用 车轮的静力半径； 对汽车进行运动学分析时，应用车 轮的滚动半径。 在一般性粗略估算时，不计它们的 差别，统称为车轮半径。 (三)车轮半径 22 定义：在各个排档上，汽车驱动力Ft 与车速ua之间的函数关系曲线，称为 汽车驱动力图。 意义：它直观地显示变速器处于各档 位时，驱动力随车速变化的规律。 4.汽车的驱动力图 23 当已知发动机外特性曲线、传动系的传动比 及机械效率、车轮半径等参数时，即可作出汽车 驱动力图。具体方法如下： 1)从发动机外特性曲线上取若干(n、Ttq)。 2)根据选定的不同档位传动比，算出驱

8、动力值 。 3)根据转速n和档位传动比，计算与所求Ft对应 的速度 4)建立Ft-ua坐标，选好比例尺，对每个排档， 将计算出的值(Ft ， ua )分别描点并连成曲线， 即得驱动力图。 汽车驱动力图的做法 24 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 25 nminntqnpnmax n/(rmin-1)800330057006200 Ttq/(Nm )142195159143 ig1=2.13Ft1/N5438746860895477 ua1/(kmh-1 )7.129.250.554.9 例：已知

9、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，T=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 26 奥迪 A4 轿车驱动力图 27 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 28 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 29 软路面上 硬路面上 产生滚动阻力的主要原因 轮胎变形 轮胎变形和路面变形 轮胎变形为什么会产生滚动阻力？ 轮胎的迟滞损失：轮胎在

10、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。 1.滚动阻力Ff 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 思考 30 ua 加载变形区 卸载变形区 思 考 由轮胎的迟滞损失图看，在轮胎径向变形相同的情况下， 地面作用在加载变形区与卸载变形区的法向反力是否相等？ 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 31 1）从动轮受力分析 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 FZd FZd 32 f滚动阻力系数 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 令 33 即路面作用于驱动轮的切向力FX2比Ft要小。 2）驱动轮受力分析 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力

11、 34 路面类型滚动阻力系数路面类型滚动阻力系数 良好的沥青或混凝土路 面 一般沥青或混凝土路面 碎石路面 良好的卵石路面 坑洼的卵石路面 压紧土路：干燥 雨后 0.0100.018 0.0180.020 0.0200.025 0.0250.030 0.0350.050 0.0250.035 0.0500.150 泥泞土路 干砂 湿砂 结冰路面 压紧的雪道 0.1000.250 0.1000.300 0.0600.150 0.0150.030 0.0300.050 路面种类及其状态对滚动阻力系数的影响 表10-1 路面种类及其状态对滚动阻力系数的影响 3）滚动阻力系数的影响因素 35 汽车行驶

12、速度对滚动阻力系数的影响 当车速在100kmh以下时，滚动阻力系数 变化不大； 当车速在100kmh以上时，滚动阻力系数 随车速提高而增大较快，当车速高到一定 数值后，轮胎发生驻波现象，轮胎周缘不 是圆形，出现明显的波浪状。滚动阻力系 数迅速增大，轮胎的温度也迅速升高，使 轮胎帘线层脱落，几分钟内就会出现爆破 现象。 3）滚动阻力系数的影响因素 36 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） 当汽车车速超过临界车速时，轮胎会出现驻波现象 ，其周缘呈明显的波浪状，且轮胎温度快速增加。 后果是大量发热导致轮胎破损或爆胎。 驻波现象：在高速行驶时

13、，轮胎离开地面后因变形 所产生的扭曲并不立即恢复，其残余变形形成了一种波 ，这就是驻波。此时轮胎周缘不再是圆形，而呈明显的 波浪形。轮胎刚离开地面时波的振幅最大，它按指数规 律沿轮胎圆周衰减。 37 驻波现象（图像） 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 38 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 车速 ua 39 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 40 子午线轮胎比斜交轮胎的滚动阻力小20%30； 滚动阻力与轮胎的帘线（棉、人造丝、尼龙、钢丝 ）和橡胶品质有关。 轮胎结构 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 41 n轮胎气

14、压对滚动阻力系数的影响 在硬路面上行驶 轮胎气压低时，变形较大，滚动时的迟滞损失增大 ，滚动阻力系数相应增大。 随着轮胎气压增高，硬路面上的滚动阻力系数逐渐 减小。 在软路面上行驶 气压低，轮胎变形大，使轮胎与地面接触面积增大 ，单位面积压力下降，地面变形小，使滚动阻力系 数相应减小。 4滚动阻力系数的影响因素 42 （3）气压 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 气压越高，轮胎变形及由其产生的迟滞损失就越小 ，滚动阻力也越小。 43 （4）驱动力 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 44 为什么驱动力系数很大时，气压越低 f 越小？ Ft胎面滑移Ff pa接地面积胎面滑移滑移引起的Ff 思考 第二节

15、 汽车的驱动力与行驶阻力 45 上高速公路时，轮胎气压应该适当高一些。 在松软路面、泥泞路面、雪地行驶时，可适当降低轮胎气压。 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 在高速公路上，轮胎变形产生的滚动阻力 大还是滑移产生的滚动阻力大？ 胎压高轮胎变形小迟 滞损失少Ff小 胎压低滑移小Ff小 上高速公路前要检查胎压，在给定的胎压范围内，胎 压适当高一些好还是低一些好？ 思考 思考 46 路面类类型滚动滚动 阻力系数 良好的沥沥青或混凝土路面0.0100.018 一般的沥沥青或混凝土路面0.0180.020 碎石路面0.0200.025 良好的卵石路面0.0250.030 坑洼的卵石路面0.0350.05

16、0 压紧压紧 土路干燥的0.0250.035 雨后的0.0500.150 泥泞泞土路（雨季或解冻冻期）0.1000.250 干沙0.1000.300 湿沙0.0600.150 结结冰路面0.0150.030 压紧压紧 的雪道0.0300.050 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 47 离心力前、后轮产生侧偏力 侧偏力沿行驶方向产生分力滚动阻力增加 （6）转向 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 48 （1）压力阻力（占91） 汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向的分力称 为空气阻力。 作用在汽车外形表面上的法向压力的合力在行驶方向 上的分力。 2.空气阻