第一章 汽车使用性能 汽车动力性汽车动力性 汽车燃油经济性汽车燃油经济性 汽车制动性汽车制动性 汽车操纵稳定性汽车操纵稳定性 汽车行驶平顺性汽车行驶平顺性 汽车通过性汽车通过性p本章研究的主要内容：本章研究的主要内容： o学习目标：学习目标：l 熟悉汽车主要使用性能及其评价指标l 掌握汽车主要使用性能的影响因素l 了解汽车主要使用性能的检测或试验方法l 学会分析、评价汽车主要使用性能l 知道如何提高汽车使用性能，合理使用汽车 §1-1 汽车动力性1.1.1 汽车的动力性评价指标汽车的动力性评价指标1.1.2 汽车行驶原理汽车行驶原理1.1.3 汽车动力性分析汽车动力性分析1.1.4 影响汽车动力性的主要因素影响汽车动力性的主要因素 汽车动力性：汽车动力性：汽车在良好路面上直线行驶时，由纵向外力决定的所能达到的平均行驶速度关于定义的讨论：关于定义的讨论： 道路——良好路面（混凝土、沥青）：水平或坡路 运动——直线行驶 外力——纵向外力决定的运动 能力——所能达到的 有效性——运输效率——最基本、最重要的性能 1.1.1 汽车动力性评价指标 从获得尽可能高的汽车平均行驶速度的观点出发，汽车的动力性评价指标有三个： 汽车的最高车速Vmax 汽车的加速时间t 汽车的最大坡度imax 对于在用汽车的动力性常用驱动轮输出功率Pt来评价。
思考 按照对汽车动力性的基本定义，如何评价汽车的动力性？从哪几方面评价会比较全面？ 1)1)汽车最高车速汽车最高车速Vmax：： 汽车在水平的良好路面（混凝土和沥青）上满载行驶所能达到的最高行驶速度 随着汽车工业的快速发展，汽车的最高车速有提高的趋势轿车常行驶于良好的路面，追求高的动力性，因此轿车的最高车速Vmax较高，其范围在140～300 km／h，我国中级轿车的最高车速约为170～230km／h表1-1列出了几种轿车的最高车速表表1-1 1-1 几种轿车的最高车速几种轿车的最高车速 车型最高车速（km/h） 富康988EL 175 赛欧SL 170 本田雅阁2.3L 195 现代XG30 220 车型最高车速（km/h） 欧宝威达3.2V6 247 奥迪A8 L 250 宝来1.8T 221奔驰S 500 250 2)2)加速时间加速时间t：： 通常用满载时的原地起步加速时间和超车加速时间来表示汽车的加速能力，单位为s 原地起步加速时间： 汽车由Ⅰ档或Ⅱ档起步，并以最大的加速强度，选择恰当的换档时机逐步换至最高档后到某一预定距离或车速所需的时间。
一般常用0~100 km／h的秒数来表明汽车的原地起步加速能力其加速时间越短，则表示加速性能越好 轿车的设计特别重视原地起步加速时间，其加速时间短，中、高级轿车的加速时间更短表1-2为几种轿车的原地起步加速时间 车型起步加速时间（0 ~100 km／h）（s） 富康988EL 15.3 赛欧SL 12.7 本田雅阁2.3L 12.3现代XG30 10车型起步加速时间（0 ~100 km／h）（s） 欧宝威达3.2V6 7.5奥迪A8 L 5.5宝来1.8T 8.7奔驰S 500 7.1表表1-2 1-2 几种轿车的原地起步加速时间几种轿车的原地起步加速时间超车加速时间： 用最高档或次高档由30km/h或40km/h全力加速行驶至某一高速所需的时间 它对长途运输车辆的平均行驶速度及安全行车有较大的影响 这个时间越短，则表示加速性能越好，超车能力越强，超车时两车并行的行程较短，行驶安全性较高 3)汽车最大汽车最大爬坡爬坡度度 imax ：： 汽车在良好的路面上满载等速行驶所能通过的最大坡度汽车的上坡能力用汽车的最大爬坡度imax来表示显然它就是汽车最低档时的最大爬坡度。
轿车通常在较好路面行驶，一般不强调其爬坡能力，但由于轿车Ⅰ档的加速能力大，故轿车的爬坡能力也强货车、越野车的爬坡能力是个很重要的指标由于货车在各种路面上行驶，故要求具有较高的爬坡能力，一般货车的imax在30%左右越野车由于在差路或无路条件下行驶，故应有更高的爬坡能力，通常越野车的最大爬坡度在60%左右军用车辆的战术技术要求中，常规定在一定坡道上车辆应达到一定的速度 常用发动机在额定转矩和额定功率时的驱动轮输出功率来评价在用汽车的动力性驱动轮输出功率Pt是汽车发动机和传动系工作过程的输出参数，它完全取决于发动机发出的功率Pe和传动系的机械效率ηt 4）驱动轮输出功率）驱动轮输出功率Pt 1.1.2 汽车行驶原理汽车动力传动过程汽车动力传动过程发动机变速器 减速器等驱动轮驱动力 1、汽车驱动力汽车驱动力Ft图1-1 汽车的驱动力 p发动机外特性的转矩Te p传动系传动效率ηtp车轮半径r由上述公式可知汽车驱动力影响因素: 由发动机的转速特性来确定转矩由发动机的转速特性来确定转矩Te u转速特性曲线（外特性曲线外特性曲线和部分负荷特性曲线部分负荷特性曲线） 发动机的功率、转矩及燃油消耗率与曲轴转速之间的关系曲线为发动机（转速）特性曲线。
图1-2 汽油发动机外特性中的功率与转矩曲线u 发动机制造厂提供的发动机特性曲线是在试验台上未带空气滤清器、水泵、风扇、消声器、发电机等条件下测得的 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使用外特性曲线 图1-3 汽油发动机外特性及部分负荷特性中的功率与转矩曲线图1-4 汽油发动机外特性及使用外特性中的功率与转矩曲线 传动系传动效率传动系传动效率ηt等速行驶工况功率输入Pin功率输出传动系变速器、减速器等 车轮半径车轮半径 rrrsrdWW自由半径静力半径动力半径滚动半径车轮旋转与平移运动折算半径rr u滚动半径的计算滚动半径的计算 u动力半径的计算动力半径的计算 式中：d——轮辋直径，in； b——轮胎宽度，in； λ——径向变形系数：0.1～0.16u一般近似一般近似 发动机外特性曲线 Pe，Te ~ n传动系的传动 ig，i0传动效率ηT车轮半径 r汽车行驶速度 V发动机转速 n(km/h)汽车驱动力图 根据发动机外特性确定的驱动力与车速之间的函数关系曲线Ft-V来全面表示汽车的驱动力，称为汽车的驱动力图。
图1-5 某一货车的驱动力图 2、、汽车行驶阻力汽车行驶阻力 汽车的行驶阻力汽车的行驶阻力——滚动Ff、空气Fw、坡度Fi、加速阻力Fj其中： 前两项在任何行驶条件下均存在，后两项在一定行驶条件下才存在 p滚动滚动阻力阻力Ff 产生产生的原因的原因 车轮滚动时的能量损失是产生滚动阻力的根本原因; 当弹性轮胎在硬路面（混凝土、沥青路）上滚动时轮胎变形是主要的，轮胎内部摩擦产生弹性迟滞损失，损失的能量消失在轮胎各组成部分相互间的摩擦及橡胶、帘线等物质分子间摩擦，即弹性物质的迟滞损失1）滚动阻力）滚动阻力Ff p能量损失产生滚动阻力机理能量损失产生滚动阻力机理轮胎变形轮胎/路面接触载荷迟滞损失阻力偶图1-5 弹性车轮在硬路面上的滚动1)从动轮受力分析 p滚动阻力系数滚动阻力系数 等速行驶等速行驶 式中f称为滚动阻力系数f的物理意义是：单位汽车重力所需之推力图1-6 从动轮在硬路面上滚动时的受力情况 2)驱动轮受力分析图1-7 驱动轮在硬路面上滚动时的受力情况 o影响滚动阻力系数的主要因素：影响滚动阻力系数的主要因素： 道路情况、车速、道路情况、车速、轮胎结构、材料及轮胎气压等。
道路情况：道路情况：路面塑性变形大，路面塑性变形大，f↑表1-2 不同路面的滚动阻力系数f 车速：车速： 当V＜100km/h时，，f逐渐增加，但变化不大；；在某一车速（如140km/h）以上时f增长较快；车速达某一临界车速一临界车速时（如200 km/h）， f 迅速增加，轮胎发生驻波现象驻波现象（如下图示）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，这就是驻波轮胎周缘不再是圆形，而呈明显此时的波浪形 轮胎结构图1-8 轿车轮胎的滚动阻力与车速的关系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 轮胎气压 气压越高，轮胎变形及由其产生的迟滞损失就越小，滚动阻力也越小图1-9 滚动阻力系数与车速、充气压力的关系 o推荐使用的滚动阻力系数推荐使用的滚动阻力系数 滚动阻力系数一般通过试验确定，也可通过查表或由经验公式滚动阻力系数一般通过试验确定，也可通过查表或由经验公式确定货车滚动阻力系数轿车滚动阻力系数 定义：定义：汽车直线行驶时受到的汽车直线行驶时受到的空气作用力在汽车行驶方向上的分力。
空气作用力在汽车行驶方向上的分力2）空气阻力）空气阻力Fw图1-10 汽车行驶时的空气流动 o空气阻力组成空气阻力组成汽车行驶空气作用空气阻力空气阻力压力阻力（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% o空气阻力计算空气阻力计算无风条件下 在一般动力计算中，认为空气阻力作用在风帆中心 式中：CD——空气阻力系数，实验得出； A——迎面面积，汽车在行驶方向的投影，m2 V——汽车行驶速度，km/h 例： A 典型轿车 1.7～2.1 0.3～0.41 货 车 3～7 0.8～1.0 大 客 车 4～7 0.5～0.8 车身前部发动机盖应向前下倾减小CD值要遵循的要点 面与面交接处的棱角应为圆柱状 面与面交接处的棱角应为圆柱状 风窗玻璃应尽可能“躺平”，且与车顶圆滑过渡 风窗玻璃应尽可能“躺平”，且与车顶圆滑过渡 尽量减少灯、后视镜和门把手等凸出物 在保险杠下面，应安装合适的扰流板 车轮盖应与轮胎相平 思考：F1方程式赛车为什么不用车轮盖？ F1的比赛中，经常需要更换轮胎，且为了更换的速录，是需要连轮毂一同更换。
如果装有轮盖，会增加装卸难度和装卸人员产生失误的可能性，直接影响到车轮的装卸速度； 车轮盖安装后，把制动盘和制动卡钳都蒙在里面，会影响制动盘的散热，加剧制动系统“热衰退”，造成制动力下降或丧失 ； 无关空气动力学车轮外侧在风洞试验中，并不会产生过大的正压或负压，并可以通过轮毂的轮辐形状，进行修复，所以由车轮产生的空气横向力可以不计； 国际汽联最大的要求就是安全，车轮盖的脱离会造成事故隐患，规定中就禁止使用了 整车整个车身应向前倾1°～2° 水平投影应为腰鼓形，后端稍稍收缩，前端呈半圆形 汽车后部最好采用舱背式或直背式舱背式车身:后窗玻璃与水平线呈25°～50°角的车身，称为舱背式车身大于50°角的车身，称为方背式车身舱背式舱背式 直背式车身：后窗玻璃与水平线夹角＜25°的车身，称为直背式车身或快背式车身直背式直背式 后面应采用鸭尾式结构折背式车身若用折背式，则行李箱盖板至地面距离应高些，长度要短些 应安装后扰流板 后部流线形较好的汽车 车身底部 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 底部比较凌乱 发动机冷却通风系统 仔细选择进风口与出风口的位置，精心设计内部风道 目前，高级轿车的CD值已达到0.3以下，有的车身CD值已达0.2，如克莱斯勒公司产的下列轿车。
其车身的前发动机罩、后行李箱盖与车厢平顺圆滑地相连，总体造型浑然一体 CD=0.2 图1-11 低CD值车身的一些特点减小减小CD值要遵循的要点总结如下：值要遵循的要点总结如下： 汽车上坡行驶汽车重力沿坡道的分力坡度阻力shhgFiGα3）坡度阻力）坡度阻力Fip坡度阻力定义坡度阻力定义当α<10°~15°时， o道路阻力道路阻力道路阻力坡度阻力滚动阻力道路阻力系数α很小 o加速阻力定义：加速阻力定义：汽车加速时，需要克服其质量加速运动时的惯性力汽车加速行驶克服加速运动的惯性力加速阻力汽车质量平移质量旋转质量平移惯性力惯性力偶矩汽车加速行驶汽车旋转质量换算系数δ 4）加速阻力）加速阻力Fj o加速阻力加速阻力计算计算为便于计算，把旋转质量惯性力转化为平移质量惯性力，以系数δ作为计入旋转质量后的汽车旋转质量换算系数即： 其中：δ ——汽车旋转质量换算系数（ δ ＞1）； m ——汽车质量，Kg； ——行驶加速度，m/s2 。
δ的物理意义：将旋转质量的惯性力偶矩等效地叠加到平移质量惯性力上时，平移质量惯性力应扩大的倍数 δ主要与飞轮的转动惯量If、车轮的转动惯量Iw 和传动系传动比有关N） p汽车行驶方程式汽车行驶方程式3、、汽车行驶条件汽车行驶条件 汽车行驶方程式有关说明汽车行驶方程式有关说明汽车行驶方程式表明了各物理量之间的数量关系，可方便地进行动力分析汽车行驶方程式中某量并不表示汽车外力，如Ft、Ff、Fj等作用于汽车质心上的惯性力为 ，而不是 ，飞轮的惯性力矩作用在汽车横截面上，所以 只是进行动力性分析时代表惯性力和力矩总效应的一个数值而已 p汽车行驶的驱动条件汽车行驶的驱动条件 ＞0，加速＜0，减速或无法行驶＝0，匀速 p汽车行驶的附着条件汽车行驶的附着条件 驱动力大动力性好动力性好驱动力大足够的附着力（切向力）动力性好动力性好满足轮胎与地面的附着条件 附着力定义附着力定义 定义: 地面对轮胎切向反作用力极限值地面对轮胎的作用力切向的作用力极限值附着力 附着力计算附着力计算 在硬路面上： 附着条件附着条件o汽车正常行驶条件汽车正常行驶条件 式中： 为附着系数。
对于后轮驱动的汽车： ∵ ， ∴∴ 由于f较小，汽车行驶附着条件： 。