汽车理论-汽车的驱动力与行驶阻力

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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1TtF0Ftrua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。2TtF0FtruaTt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；T传动系的机械效率。3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、

2、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4驱动力和车速都与发动机特性有直接关系，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5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6第二节 汽车的驱动力与行驶阻力7发动机转速特性曲线第二节 汽车的驱动力与行驶阻力8第二节 汽车的驱动力与行

3、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。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%。9宝来轿车发动机的基本参数如下 ： 水冷，直列四缸，每缸五气门 最大功率 110kW/5700 r/min最大转矩 210Nm/17504600 r/min缸径行程 81mm86.4mm压缩比 9.3:1思考宝来轿车发动机的转矩输出特性是否理想？为什么？汽车起步加速时，过早换入高挡（即发动机转速较低时即换入高挡) 是否有利于其加速性？发动机最大转矩对应的转速较低好还是较高好？ 第二节 汽车的驱动力与行驶阻

4、力10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T11转速机械损失液力损失转矩齿轮对数过低，热容量小过高，搅油损失大 油面高度温度润滑油品质直接挡T最高T高损失小齿轮对数少T高损失的比重小损失大Ttq大传动系损失的功率PT主要与哪些因素有关？ 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力PT思考12传动系效率曲线第二节 汽车的驱动力与行驶阻力挡挡11200r/min 21600r/min 31900r/min 42000r/min13部件名称T46 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

5、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14自由半径：车轮处于无载时的半径。静力半径rs：汽车静止时，车轮中心至轮胎与道路接触面间的距离。滚动半径rr：车轮几何中心到速度瞬心的距离。第二节 汽车的驱动力与行驶阻力3.车轮半径15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16nminntqnpnmaxn/(rmin-1)800330057006200Ttq/(Nm )142195159143ig1=2.13Ft1/N54

6、38746860895477ua1/(kmh-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，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17奥迪 A4 轿车驱动力图18第二节 汽车的驱动力与行驶阻力19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20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

7、什么会产生滚动阻力？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。1.滚动阻力Ff第二节 汽车的驱动力与行驶阻力思考21ua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221）从动轮受力分析第二节 汽车的驱动力与行驶阻力FZdFZd23f滚动阻力系数第二节 汽车的驱动力与行驶阻力令24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25ua

8、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 ua26第二节 汽车的驱动力与行驶阻力27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，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。28驻波现象（图像

9、）第二节 汽车的驱动力与行驶阻力29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。（2）轮胎结构第二节 汽车的驱动力与行驶阻力30（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。31（4）驱动力第二节 汽车的驱动力与行驶阻力32为什么驱动力系数很大时，气压越低 f 越小？Ft胎面滑移Ffpa接地面积胎面滑移滑移引起的Ff思考第二节 汽车的驱动力与行驶阻力33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

10、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34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0.0350.050 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0.015

11、0.030 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35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36（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.空气阻力FW第二节 汽车的驱动力与行驶阻力37第二节 汽车的驱动力与行驶阻力38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39后视镜 车身表面的凸起物引起的阻力。 2

12、）干扰阻力第二节 汽车的驱动力与行驶阻力40后视镜 后视镜设计 也要注重流线形第二节 汽车的驱动力与行驶阻力41后视镜 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力42后视镜 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力43门把手 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力44悬架导向杆和传动轴 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力45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。46思 考夏季在高速公路上开空调省油

13、还是开窗通风省油？第二节 汽车的驱动力与行驶阻力打开天窗换气和打开侧窗换气有何不同？ 打开天窗换气时，天窗上 方的压力低于车内的压力。（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。47CD空气阻力系数；A迎风面积；ur相对速度；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48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49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。50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。51第二节 汽车的驱动力与行驶阻力风窗玻璃

14、应尽可能“躺平”，且与车顶圆滑过渡。52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。53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。54第二节 汽车的驱动力与行驶阻力上掀式前照灯（视频）55第二节 汽车的驱动力与行驶阻力在保险杠下面，应安装合适的扰流板。56第二节 汽车的驱动力与行驶阻力车轮盖应与轮胎相平。57思考：F1方程式赛车为什么不用车轮盖？ 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力58第二节 汽车的驱动力与行驶阻力整个车身应向前倾12。2）整车59第二节 汽车的驱动力与行驶阻力水平投影应为腰鼓形。60第二节 汽车的驱动力与行驶阻力

15、后端稍稍收缩，前端呈半圆形。61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62应安装后扰流板。第二节 汽车的驱动力与行驶阻力63第二节 汽车的驱动力与行驶阻力当车速超过120km/h，尾翼会自动升高160mm，为车身增加30的下压力；在车速低于80km/h，尾翼又会自动降低。应安装后扰流板。64第二节 汽车的驱动力与行驶阻力应安装后扰流板。65第二节 汽车的驱动力与行驶阻力应安装后扰流板。66第二节 汽车的驱动力与行驶阻力应安装后扰流板。67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。68后面应采用鸭尾式结构。第二节 汽车的驱动力与行驶阻力69第二节 汽车的驱动力与行驶阻力后面应采用鸭尾式结构。70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71第二节 汽车的驱动力与行驶阻力底部比较凌乱72第二节 汽车的驱动力与行驶阻力底部比较凌乱73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74冷却前制动器冷却前制动器冷却发动机和制动器冷却后制动器和润滑系统第二节 汽车的驱动力与行驶阻力75冷却