第一章汽車動力性第1頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三第一章汽車動力性汽車的動力性：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度。基本概念：

動力性的評價指標汽車的驅(qū)動力與各種行駛阻力汽車行駛的驅(qū)動—附著條件重點內(nèi)容：

驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖

分析汽車動力性的方法動力特性圖（圖解法）功率平衡圖第2頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三第1節(jié)汽車動力性指標從獲取盡可能高的平均速度考慮，動力性指標有：最高車速加速時間最大爬坡度

1.最高車速uamax

在水平良好的路面上汽車能達到的最高行駛速度（km/h）。

2.加速時間t

表示汽車的加速能力。常用：原地起步加速時間：汽車以1檔或2檔起步，并以最大加速強度換至最高檔后達到某一距離（0402.5m或0400m）或車速（096.6km/h或0100km/h）所需要的時間（s）。第3頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三超車加速時間：用最高檔或次高檔由某一較低車速（30km/h或40km/h）全力加速至某一高速所需時間（s）。

如：部分轎車的原地起步加速過程曲線第4頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三

3.最大爬坡度imax汽車的上坡能力。以1檔滿載時汽車在良好路面上的最大爬坡度表示。是極限爬坡能力。轎車：一般不強調(diào)貨車：imax=30%（約16.5°）越野汽車：imax=60%有時也以汽車在一定坡道上必須達到的車速來表示爬坡能力。如：美國對轎車爬坡要求，能以104km/h車速通過6%的坡道。第5頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三第2節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力

根據(jù)沿行駛方向作用于汽車的各種外力，可以計算汽車的最高車速、加速度、最大爬坡度。由力平衡關(guān)系得：Ft=ΣFFt—驅(qū)動力；ΣF—行駛阻力之和汽車行駛方程第6頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三一、驅(qū)動力

1.定義

發(fā)動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，經(jīng)傳動系至驅(qū)動輪，轉(zhuǎn)矩Tt對地面產(chǎn)生圓周力Fo，地面對驅(qū)動輪的反作用力Ft即為驅(qū)動力。

2.表達式

Ft=Tt/rr—車輪半徑驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩Tt與發(fā)動機轉(zhuǎn)矩Ttq的關(guān)系為：故：第7頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三

3.表達式涉及的幾項具體內(nèi)容

1）發(fā)動機轉(zhuǎn)速特性發(fā)動機的功率Pe、轉(zhuǎn)矩Tqt及燃油消耗率b與曲軸轉(zhuǎn)速n之間的函數(shù)關(guān)系。用試驗曲線或擬合多項式表達。發(fā)動機外特性曲線：發(fā)動機節(jié)氣門置于全開位置發(fā)動機部分負荷特性曲線：發(fā)動機節(jié)氣門置于部分開啟位置

臺架試驗特性曲線：發(fā)動機臺架試驗時所獲得的曲線。使用外特性曲線：帶上全部附件時的外特性。與臺架試驗特性相差5~15%。第8頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三2）傳動系機械效率傳動系各部件（變速器、萬向節(jié)、主減速器）的摩擦導致的功率損失。由試驗測得。汽車各部件的傳動效率

機械變速器的轎車：ηT=0.9~0.92貨車、客車：ηT=0.82~0.85第9頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三3）車輪半徑三個半徑自由半徑車輪處于無載荷時的半徑。靜力半徑rs汽車靜止時，車輪中心至輪胎與地面接觸面間的距離。用作動力學分析。滾動半徑rr通過車輪轉(zhuǎn)動圈數(shù)與實際車輪滾動距離之間的關(guān)系換算所得得半徑。用作運動學分析。一般可不計差別：rs≈rr≈

r第10頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三4）汽車的驅(qū)動力圖發(fā)動機外特性確定的是發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速關(guān)系。經(jīng)傳動系到達車輪后，可表示為驅(qū)動力與車速間的關(guān)系。由式（1）得各檔位的Ft值。發(fā)動機轉(zhuǎn)速n與汽車行駛速度ua間的關(guān)系單位ua:km/hn:r/minr:m第11頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三二、汽車的行駛阻力汽車行駛時的各種阻力：滾動阻力——以符號Ff表示；空氣阻力——以符號Fw表示；坡度阻力——以符號Fi表示；加速阻力——以符號Fj表示；因此汽車行駛的總阻力為：∑F=Ff+Fw+Fi+Fj

第12頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三（一）滾動阻力1.組成輪胎與路面接觸區(qū)域產(chǎn)生的法向、切向相互作用力輪胎和支承路面的變形輪胎在硬路面上滾動時，主要是輪胎變形。輪胎在硬支承路面上受徑向力時的加載和減載曲線不重合。其面積之差為能量損失，由輪胎內(nèi)摩擦產(chǎn)生彈性遲滯損失。遲滯損失表現(xiàn)為阻礙車輪滾動的阻力偶。第13頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三2.滾動阻力偶分析車輪不滾動：地面對車輪的法向反作用力對稱。車輪滾動：處于前部d點的地面法向反力（CF）大于處于恢復的后部d’點地面反力（DF），合力Fz前移距離a，與法向載荷W不重合。第14頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三滾動阻力偶矩Tf=Fza從動輪：欲使從動輪在硬路面上等速滾動，必須在車輪中心加一推力Fp1，根據(jù)力矩平衡，若令f=a/r，可將Fp1值寫作Fp1=Wf或f=Fp1/W,f稱為滾動阻力系數(shù)。第15頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三可見滾動阻力系數(shù)是車輪在一定條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，F(xiàn)f=Wf＝Tf/r。驅(qū)動輪：由驅(qū)動輪的力矩平衡得FX2r=Tt－Tf故FX2=Ft－Ff其中，F(xiàn)X2為驅(qū)動力矩所引起得道路對車輪的切向反作用力。即實際作用在驅(qū)動輪上的切向力為驅(qū)動力減滾動阻力。滾動阻力系數(shù)由試驗確定。滾動阻力系數(shù)與路面的種類、行駛車速以及輪胎的構(gòu)造、材料、氣壓等有關(guān)。第16頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三（二）空氣阻力汽車直線行駛時受到的空氣作用力在行駛方向上的分力稱為空氣阻力?？諝庾枇Ψ譃閴毫ψ枇Γㄒ话戕I車占91％）與摩擦阻力（9％）兩部分。壓力阻力又分為四部分：形狀阻力（58％）、干擾阻力（14％）、內(nèi)循環(huán)阻力（12％）和誘導阻力（7％）。空氣阻力:或其中，ua—汽車車速（km/h），A—迎風面積（m2），CD—空氣阻力系數(shù)。故降低CD值是降低空氣阻力的主要手段，措施有：第17頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三（1）車身前部：發(fā)動機蓋下傾，圓柱狀棱角，減少凸出物。（2）整車：車身前傾1～2，前端半圓、后收、鼓腰。（3）汽車后部：艙背式或直背式好，加擾流板；如為折背式，用鴨尾式結(jié)構(gòu)。（4）車身底部：下平面盡量平整。（5）發(fā)動機冷卻進風系統(tǒng)：仔細選擇進出風口位置。第18頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三（三）坡度阻力當汽車上坡行駛時，爬坡演示汽車重力沿坡道的分力表現(xiàn)為汽車坡度阻力Fi，F(xiàn)i=Gsinα其中，G—作用于汽車上的重力（N），G=mg，m為汽車質(zhì)量（kg），g為重力加速度。一般路面上坡度較小，此時Fi=Gsinα≈Gtgα

=Gi由于坡度阻力與滾動阻力均屬于與道路有關(guān)的阻力，且均與汽車重力成正比，故可把這兩種阻力合在一起稱作道路阻力，以Fψ表示，即Fψ=Ff+Fi=fGcosα+Gsinα，當α不大時，cosα≈1，sinα≈i，F(xiàn)ψ=Gf+Gi=G(f+i)，令f+i=ψ，ψ稱為道路阻力系數(shù)Fψ=Gψ。第19頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三(四)加速阻力汽車的質(zhì)量分為平移的質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)的質(zhì)量兩部分。把旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力偶矩轉(zhuǎn)化為平移質(zhì)量的慣性力，并以系數(shù)δ作為計入旋轉(zhuǎn)質(zhì)量慣性力偶矩后的汽車質(zhì)量換算系數(shù)，因而汽車加速時的阻力:δ——汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，（δ>1）；m——汽車質(zhì)量，單位為kg；——行駛加速度。第20頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三δ主要與飛輪的轉(zhuǎn)動慣量、車輪的轉(zhuǎn)動慣量以及傳動系的傳動比有關(guān)。根據(jù)推導若不知道準確的If、∑Iw值，也可按下述經(jīng)驗公式估算δ值：δ=1+δ1+δ2i2g式中δ1≈δ2=0.03~0.05。故，汽車的行駛方程式為：Ft=Ff+Fw+Fi+Fj第21頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三第3節(jié)汽車驅(qū)動力—行駛阻力平衡圖與動力特性圖一、汽車行駛方程式根據(jù)上面逐項分析的汽車行駛阻力，可以得到汽車的行駛方程式為：Ft=Ff+Fw+Fi+Fj或：為清晰而形象地表明汽車行駛時的受力情況及其平衡關(guān)系，一般是將汽車行駛方程式用圖解法來進行分析。即在汽車驅(qū)動力圖上把汽車行駛中經(jīng)常遇到的滾動阻力和空氣阻力也算出并畫上，作出汽車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖，并以此來確定汽車的動力性。超速演示第22頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三汽車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖表征不同車速時驅(qū)動力和行駛阻力之間的關(guān)系。特征點：最高車速，僅有滾動阻力和空氣阻力。小于最高車速時，汽車可用剩余驅(qū)動力加速或爬坡。需等速行駛時，發(fā)動機可工作在部分負荷特性。第23頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三

1.汽車加速能力的評價在水平良好路面上行駛時能產(chǎn)生的加速度：不易測量。加速時間：用直接檔行駛時，由最低穩(wěn)定速度加速到一定距離或80%umax所需時間。汽車加速度：再利用汽車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖可計算出各檔節(jié)氣門全開時的加速度曲線。高檔位時的加速度要小些。由加速度圖可求得從某一車速u1加速至另一較高車速u2所需的時間。第24頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三

因：dt=du/a，故

加速時間由積分計算或圖解積分求出。用圖解積分法時，將a-ua曲線轉(zhuǎn)為1/a-ua曲線，曲線下兩個速度區(qū)間的面積表示通過此速度區(qū)間的加速時間；常將速度區(qū)間分為若干間隔，通過確定面積△1、△2…來計算總加速時間。第25頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三BJ1040輕型載貨汽車加速時間曲線第26頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三

2.汽車爬坡能力的確定在良好路面上克服Ff+Fw后用來克服坡度阻力時所能爬上的坡度。此時，du/dt=0，即Fi=Ft-(Ff+Fw)以Gsinα作為坡度阻力，代入表達式，得：利用驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖，可求出汽車能爬上的坡道角。最大爬坡度imax為1檔時的最大爬坡度，對貨車尤其重要。緊湊型轎車的爬坡度曲線第27頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三二、動力特性圖動力因數(shù)將汽車行駛方程除以汽車重力，定義：汽車在各檔下的動力因數(shù)與車速的關(guān)系曲線稱為動力特性圖?？梢源藞D分析汽車動力性。如du/dt=0，則D=ψ=f+iD曲線與f曲線間的距離表示汽車的上坡能力。第28頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三第4節(jié)汽車行駛的驅(qū)動-附著條件與汽車的附著力一、汽車行駛的驅(qū)動條件Ft≥Ff+Fw+Fi上式為汽車的驅(qū)動條件，可以采用增加發(fā)動機轉(zhuǎn)矩、加大傳動比等措施來增大汽車驅(qū)動力。汽車行駛除受驅(qū)動條件制約外，還受輪胎與地面附著條件的限制。二、汽車行駛的附著條件地面對輪胎切向反作用力的極限值稱為附著力Fφ，在硬路面上與驅(qū)動輪法向反作用力FZ成正比，常寫成FXmax=Fφ

=FZ·φ其中，F(xiàn)Z—作用于所有驅(qū)動輪上的地面法向反作用力；φ—附著系數(shù)，由路面和輪胎決定。第29頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三由作用在驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的地面切向反作用不能大于附著力，否則會發(fā)生驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)，即：Ft≤FZ·φ對后輪驅(qū)動汽車：

FX2/FZ2=Cφ2

φ，式中，Cφ2——后輪驅(qū)動汽車驅(qū)動輪的附著率對前輪驅(qū)動汽車，前輪驅(qū)動的附著率也不能大于地面附著系數(shù)。將驅(qū)動條件和附著條件連起來，有：Ff+Fw+Fi≤Ft≤FZ·φ

此即汽車行駛的必要與充分條件，稱為汽車行駛的驅(qū)動-附著條件。第30頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三三、汽車的附著力與地面反作用力汽車的附著力決定于附著系數(shù)和地面作用于驅(qū)動輪的法向反作用力。1.附著系數(shù)由路面種類、狀況、車速等決定。平均值：良好的混凝土或瀝青路面：干燥時，φ＝0.7~0.8潮濕時，φ＝0.5~0.6土路：干燥時，φ＝0.5~0.6潮濕時，φ＝0.2~0.42.驅(qū)動輪地面法向反作用力與汽車的總體布置、車身形狀、行駛狀況、道路坡度有關(guān)。第31頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三G：汽車重力；Tf1、Tf2：作用在前、后輪上的滾動阻力偶矩；Tje：作用于橫置發(fā)動機飛輪上的慣性阻力偶矩；Tjw1、Tjw2：作用于前、后輪上的慣性阻力偶矩；FZw1、FZw2：作用于車身并位于前后輪接地點上方的空氣升力；FZ1、FZ2：作用于前、后輪上的地面法向反作用力；FX1、FX2：作用于前、后輪上的地面切向反作用力。汽車加速上坡時的受力圖第32頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三

根據(jù)力矩平衡得作用于前、后輪上的地面法向反作用力FZ1、FZ2。分析，由四個部分構(gòu)成。（1）靜態(tài)軸荷的法向反作用力：汽車重力分配到前后軸的分量產(chǎn)生。（2）動態(tài)分量：加速過程中產(chǎn)生的慣性力、慣性阻力偶矩產(chǎn)生。

第33頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三（3）空氣升力：流經(jīng)汽車頂部和底部的空氣流速不同產(chǎn)生。CLf、CLr：前、后空氣升力系數(shù)。和（4）滾動阻力偶矩產(chǎn)生的分量

很小若不計旋轉(zhuǎn)質(zhì)量慣性阻力偶矩和滾動阻力偶矩，汽車前、后輪上的地面法向反作用力為：第34頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三三、作用在驅(qū)動輪上的地面切向反作用力Gw1、Gw2：驅(qū)動輪、從動輪的重力；m1、m2：驅(qū)動輪、從動輪的質(zhì)量；WB：車身重力；mB：車身質(zhì)量；T’t：半軸作用于驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩；第35頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三Fp1、Fp2：驅(qū)動、從動軸作用于驅(qū)動輪、從動輪的平行于路面的力；Tf1、Tf2：作用在前后輪上的滾動阻力矩偶；Tjw1、Tjw2：作用在前后輪上的慣性阻力矩偶；FZ1、FZ2：作用在前后輪上的地面法向反作用力；FX1、FX2：作用在前后輪上的地面切向反作用力；第36頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三由從動輪受力圖：由車身受力圖：由驅(qū)動輪受力圖：后輪驅(qū)動汽車，地面作用于驅(qū)動輪的切向反作用力則是將上式中的FX1改為FX2，F(xiàn)f1改為Ff2。第37頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三四、附著率汽車直線行駛狀況下，充分發(fā)揮驅(qū)動力作用時要求的最低附著系數(shù)。1.加速、上坡行駛時的附著率加速、上坡時驅(qū)動輪發(fā)出的驅(qū)動力大，要求的附著系數(shù)大。前輪驅(qū)動汽車，驅(qū)動輪的附著率為，式中，q—包含加速阻力在內(nèi)的等效坡度后輪驅(qū)動汽車，驅(qū)動輪的附著率和q為第38頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三全輪驅(qū)動汽車前、后驅(qū)動力分配根據(jù)軸間差速器的結(jié)構(gòu)確定。后軸轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)對附著率有影響。質(zhì)心位置也有影響。前、后驅(qū)動輪的附著率一般不等。附著率大的驅(qū)動輪要求更大的地面附著系數(shù)。前輪驅(qū)動、后輪驅(qū)動和四輪驅(qū)動汽車的等效坡度與地面附著系數(shù)的關(guān)系曲線?？煽闯觯汉筝嗱?qū)動汽車略超過前輪驅(qū)動。四輪驅(qū)動超過單軸驅(qū)動。第39頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三附著率曲線：達到相應加速度和爬坡度所要求的地面附著系數(shù)。緊湊型轎車以1、2檔全力加速時的附著率緊湊型轎車以1、2檔全力爬坡時的附著率第40頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三2.高速行駛時的附著率