1-2驱动力与行驶阻力
第三节 汽车的驱动力—行驶阻力平衡图与动力特性图
汽车的驱动力—行驶阻力平衡图与动力特性 行驶阻力平衡图与动力特性图 第三节 汽车的驱动力 行驶阻力平衡图与动力特性图
本节将通过作图法确定汽车动力性指标。 本节将通过作图法确定汽车动力性指标。
汽车的驱动力—行驶阻力平衡图与动力特性 行驶阻力平衡图与动力特性图 第三节 汽车的驱动力 行驶阻力平衡图与动力特性图
由动力特性图确定动力性评价指标 δdu δdu = f +i + D =ψ +
gdt
gdt
1）计算最高车速
du =0 dt dt
最高 车速
i =0
D= f
f
uamax
汽车的驱动力—行驶阻力平衡图与动力特性 行驶阻力平衡图与动力特性图 第三节 汽车的驱动力 行驶阻力平衡图与动力特性图
2）计算爬坡度 ）
α = arcsin
F −(F + F ) t f w G
i=tanα 可以做出爬坡度图。 可以做出爬坡度图。
汽车的驱动力—行驶阻力平衡图与动力特性 行驶阻力平衡图与动力特性图 第三节 汽车的驱动力 行驶阻力平衡图与动力特性图
二、动力特性图
F = F + F + F + Fj t f i w
δdu F −F t w =ψ + G gdt
奥迪A4 轿车驱动力—行驶阻力平衡图 奥迪 轿车驱动力 行驶阻力平衡图
8 00 0 7 00 0
6 00 0 Ft 1 5 00 0 Ft 2 Ft 3 4 00 0 Ft 4 Ft 5 3 00 0 Ft 6 Ff +F w 2 00 0
F /N
1 00 0
汽车驱动力-行驶阻力平衡图.ppt
行驶方程式反映了汽车行驶时，驱动力和外 界阻力之间的普遍情况。当已知条件：
便可分析汽车在附着条件良好路面上的行驶能 力。即在油门全开时，汽车可能达到最高车速、加 速能力和爬坡能力。
1/18
驱动力与行驶阻力平衡图定义 为了清晰地描述汽车行驶时受力情 况及其平衡关系，通常将平衡方程式用 图解方式进行描述，即将驱动力Ft和常 见行驶阻力Fw和Ff 绘在同一张图上。
12/18
2 a
13/18
坡度i 100%
Ft mg
imax tg tg (arcsin
Ft ( Ff Fw ) mg
)
imax
Fw F f mg
i0 max
图 1－29汽车爬坡度
14/18
umax
15/18
动力特性图评价汽车动力性
Ft F f Fw Fi F j Fi F f Ft Fw m du G G G dt du ( f i ) g dt
11/18
3. 利用驱动力-行驶阻力平衡图 确定汽车的爬坡能力
其前提条件是路面良好，克服 Fw+Ff 后 的全部力都用于克服坡道阻力，即
du aj 0 dt Ft F f Fw Fi C D Au F f Fw mgf 21.15 (假设 cos 1)
du F j aj dt m
u aj
离散化处理后 t
t
5/18
du ds du 或者a j dt ds dt udu 1 ( Ft F f Fw ) ds m u udu ds du s aj aj
s
s
uu aj
由驱动力、滚动阻力和空气阻力，就可按 行驶方程式计算加速度及其倒数，从而求 得加速时间或者加速距离。
汽车驱动力和行驶阻力
发动机
传动系
驱动轮
驱动力
离合器、变速器、 分动器、传动轴、 主减速器、半轴、 轮边减速器
动力传动系统
滚动阻力 空气阻力 加速阻力 坡度阻力
Ft F 平衡
行驶阻力
2/120
1.2 汽车驱动力和行驶阻力
Ft21 ua21
Ft22 ua22
Ft23 … Ft2m ua23 … ua2m
Sp II
II 档
Ft ua
Ft31 ua31
Ft32 ua32
Ft33 … Ft3m ua33 … ua3m
Sp III
III 档
Hale Waihona Puke FtTtqigi0 r
t
ua
rn 0.377
igi0
25/120
驱动力
Traction
图1-4 汽油发动机外特性及负荷特性
Fig.1-4 Characteristic of engine speed at full and part load14/120
Approximation for Full- & part-load characteristic
利用Pmax/nP/Tmax/nT求解发动机功率外负荷特性
Traction Effort Driving Force
3/120
Ft
F0
Tt r
Ft
Tt r
Torque Radius
FZ W mg Ft Tt max Ft FZ
max Ft FZ 1
ua Speed
Gravity
W
项目02 02汽车驱动力与行驶阻力(修订)
（三）汽车的驱动力图 驱动力与车速之间的函数关系曲线，称为汽车的驱动力图。
已知条件：发动机的外特性曲线、传动系传动比、
传动效率、车轮半径。
Ft
Teig i0T
r
V 0.377 rn i g i0
发动机特性曲线
汽车的驱动力与行驶阻力
Ft驱动力(KN)
16
Ft
14
12
Ft2
10
Ft3
8
6
4
2
20 40 60
2.空气阻力的计算
Fw
C D AV
2
（N）
21.15
3.空气阻力的影响因素
CD：空气阻力系数 A：迎风面积 (m2) ua：相对速度 (km/h)
（1）A
使用方面：尽量降低装载高度。 Fw
（2）V （3）CD
Fw
当V大于是100km/h时，Fw占总 阻力的70%。
Fw
汽车的流线型越好、突出物越少、表 面光洁度越好，空气阻力系数越小。
3.车轮半径 （1）自由半径r0
车轮处于无载时的半径。
（2）静力半径rs
汽车额定载荷、静止时，车轮中 心至轮胎与道路接触面间的距离。
W
r0
rs
汽车的驱动力与行驶阻力
（3）滚动半径rr
车轮转动圈数与实际车轮滚动距离之间的关系。
s rr 2n （m）
n：车轮转动的圈数； s：在转动n圈时车轮滚动的距离（m）。
Pe(kw)
Te(N·m)
Pe
（2）特性曲线
发动机节流阀全开为外特
Te
性曲线；节流阀部分开启为
部分负荷特性曲线。
Pe Ten 9549
n (r/min)
汽车驱动力和行驶阻力
车辆载重越大，轮胎变形越严 重，滚动阻力越大。
坡度阻力和加速阻力分析
坡度阻力
当汽车上坡行驶时，重力沿坡道的分力会形成坡度阻力，使汽车上坡时所需驱 动力增加。坡度越大，坡度阻力越大。
加速阻力
汽车加速行驶时，需要克服自身质量加速运动产生的惯性力，即加速阻力。加 速度越大，加速阻力越大。
04
提高驱动力和降低行驶阻 力方法
节能政策
政府鼓励节能汽车的发展，对低能耗、高效率的汽车给予政策优惠， 推动汽车企业降低行驶阻力。
安全法规
安全法规对汽车驱动力和行驶稳定性提出更高要求，促使汽车企业提 升驱动力并加强车辆稳定性设计。
THANKS
感谢观看
经验教训
在汽车设计和生产过程中，应充分考虑驱动 力和行驶阻力的平衡与优化。同时，针对不 同车型和使用场景，需要制定个性化的优化 方案。
06
未来发展趋势预测与挑战 应对
新能源汽车对驱动力和行驶阻力影响
电机驱动系统
新能源汽车采用电机驱动， 具有高扭矩、高效率等特 点，对驱动力提升有显著 作用。
电池能量密度
量和坡度大小有关。
加速阻力
汽车加速时克服自身质 量惯性所需的力，与汽 车质量和加速度有关。
驱动力与行驶阻力关系
01
02
03
平衡关系
在汽车匀速行驶时，驱动 力与行驶阻力相等，达到 平衡状态。
不平衡关系
当驱动力大于行驶阻力时， 汽车加速；反之，汽车减 速。
动态变化
随着汽车行驶条件的变化， 如路况、风速、载重等， 驱动力和行驶阻力也会相 应变化。
优化变速器和传动轴设计
01
改进变速器和传动轴的设计，可以减少传动损失，提高传动效
习题册参考答案-《汽车性能与检测(第二版)习题册》-A07-2226
第一章概述§1—1 汽车使用性能概述一、填空题1．车辆性能、故障原因、维修质量、车辆运输业车辆技术管理2．不解体、安全和公害监控体系、外观和车貌、安全性能、环境相容性、安全、高效和低污染3．动力、燃油经济、制动、操作稳定4．比装载质量、装载质量利用系数5．汽车整备质量、装载质量6．完善程度、使用率7．整备质量利用系数、车型的结构和制造水平8．综合使用性能、舒适性、疲劳程度、完好性、方便性9．驾驶操作姿势、多维调节、水平方向、座椅与靠背的倾角10．电动座椅、电动机11．主动、被动、事故后的、生态12．最高车速、加速时间、能爬上的最大坡度13．支撑通过性、几何通过性14．制动效能、制动效能的恒定性、汽车制动时的方向稳定性二、判断题1．×2．×3．√4．×5．√6．√7．√8．×9．×10．√11．×12．√13．√三、选择题1．C2．B3．C4．B四、名词解释1．汽车容载量：汽车容载量是汽车能够装载货物的数量或乘坐旅客的人数。
2．汽车的主动安全性：汽车的主动安全性是指汽车防止或减少道路汽车安全性交通事故发生的性能。
3．汽车的被动安全性：汽车被动安全性是指交通事故发生后，汽车减轻人员伤害程度或货物损失的能力。
4．汽车的最大续驶里程：汽车的最大续驶里程是指油箱加满后能够连续行驶的最大里程数。
五、简答题1．答：汽车性能检测的内容：汽车的动力性、经济性、安全性、制动性等，汽车实行定期和不定期安全运行和环境保护方面的检测。
汽车性能检测的目的：在对汽车不解体情况下建立安全和公害监控体系，确保汽车具有符合要求的外观和车貌、良好的安全性能和环境相容性，在安全、高效和低污染状态下运行。
2．答：汽车的安全性一般分为主动安全性、被动安全性、事故后的安全性和生态安全性。
（1）主动安全性是指汽车防止或减少道路汽车安全性交通事故发生的性能。
（2）被动安全性是指交通事故发生后，汽车减轻人员伤害程度或货物损失的能力。
12 汽车的驱动力与行驶力
1.2汽车的驱动力与行驶阻力 确定汽车的动力性，就是确定汽车沿行驶方向的运动状况。
为此需要掌握沿汽车行驶方向作用于汽车的各种外力，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，就可以估算汽车的各项动力性能指标。
汽车的行驶方程式为 =t F ∑F 式中 ——汽车驱动力； t F ∑F ——行驶阻力之和。
驱动力是由发动机的转矩经传动系传至驱动轮上得到的。
行驶阻力有滚动阻力、空气阻 力、加速阻力和坡度阻力。
现在分别研究驱动力和这些行驶阻力，并最后把∑=t F F 这一行驶方程式加以具体化，以便研究汽车的动力性。
1.2.1 汽车的驱动力 在汽车行驶中，发动机发出的有效转矩，经变速器、传动轴、主减速器等后，由半轴传给驱动车轮。
如果变速器传动比为、主减速比为、传动系的机械效率为tq T g i 0i T η，则传到驱动轮上的转矩，即驱动力矩为 tT T g tq t i i T T η0= 如图1-1所示，此时作用于驱动轮上的转矩，产生对地面的圆周力，则地面对驱动轮的反作用力，即为汽车驱动力。
如果驱动车轮的滚动半径为t T 0F t F r ，就有r T F t t /=，因而，汽车驱动力为r F T g tq t i i T η0= (1-1)下面将对式(1-1)中发动机转矩T 、传动系机械效率tq T η及车轮半径r 等作进一步讨论，并作出汽车的驱动力图。
1.2.1.1 发动机的外特性 发动机的功率、转矩及燃油消耗率与发动机曲轴转速的变化关系，即为发动机的速度特性。
当发动机节气门全开（或高压油泵处于最大供油量位置），此特性称为发动机的外特性，对应的关系曲线称为外特性曲线；如果节气门部分开启，则称为发动机部分负荷特性曲线。
图1-2为某发动机的外特性曲线。
为发动机最低稳定工作转速，随着发动机转速的增加，发动机发出的功率和转矩都在增加，最大转矩时的发动机转速为，再增大发动机转速时， 有所下降，但功率继续增加，一直达到最大功率，此时发动机转速为；继续提高发动机转速，其功率反而下降。
驱动力与行驶阻力平衡图
湖北汽车工业学院汽车工程系HBQY1-3 汽车的驱动力-行驶阻力平衡图一、驱动力—行驶阻力图二、驱动力—行驶阻力图的应用三、动力特性图HBQY湖北汽车工业学院汽车工程系HBQY驱动力-行驶阻力平衡图将汽车行驶方程式用图解法来进行分析，从而确定汽车的动力性。
HBQY湖北汽车工业学院汽车工程系HBQY二.驱动力-行驶阻力图的应用1、确定汽车的最高车速2、确定汽车的剩余驱动力3、确定汽车的加速能力4、确定汽车的爬坡能力湖北汽车工业学院汽车工程系HBQYa) 若汽车最高挡驱动力F t5 与F f +F w 曲线有交点，则交点处的车速即为汽车最高车速u amax 。
HBQY b)湖北汽车工业学院汽车工程系HBQY各F t 曲线与(F f +F w )曲线之间所夹的垂直线段，表示剩余驱动力，可作为加速、爬坡或拖挂的牵引力。
2、确定剩余驱动力HBQY湖北汽车工业学院汽车工程系HBQY汽车的加速度曲线HBQYHBQYHBQYHBQYHBQY湖北汽车工业学院汽车工程系HBQYi Imax ：轿车30~ 50 % 货车30%~ 40%i 0max：轿车7% ~ 20% 货车4% ~10%汽车的爬坡度图湖北汽车工业学院汽车工程系HBQY三、动力特性图1、动力因数2、动力特性图3、动力特性图的应用HBQYHBQY湖北汽车工业学院汽车工程系HBQY若将各档的动力因数与车速的关系用曲线表示，称为动力特性图。
仍将水平良好路面上的滚动阻力曲线（f-u a ）画上去。
显然有几个档位就有几条D曲线，且形状与Ft曲线相似。
2、动力特性图湖北汽车工业学院汽车工程系HBQY1) 求最高车速2) 求各档的爬坡能力3) 确定加速能力3、动力特性图的应用湖北汽车工业学院汽车工程系HBQY1).求最高车速则最高档D与f曲线交点对应的车速即为最高车速u amax 。
HBQYHBQY。
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1-2 驱动力与行驶阻力
一、汽车的驱动力二、汽车的行驶阻力三、汽车的行驶方程式
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一、汽车的驱动力F t
1、驱动力的定义
2、驱动力的影响因素
3、汽车的驱动力图
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发动机离合器变速器万向传动装置
主减速器差速器半轴驱动轮
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2、驱动力的影响因素
1）发动机转速特性2）传动系的机械效率3）车轮半径
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1）发动机转速特性
（1）转速特性的含义（2）功率和转矩的关系（3）使用外特性（4）发动机外特性的获取
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外特性曲线是不带附件（如空滤器、空压机、水泵、风扇、消声器、发电机等）时在试验台上测出来的。
若带上附件，称使用外特性。
动力性计算中，取使用外特性的T tq 曲线。
（3）使用外特性
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（4）发动机外特性的获取
a. 台架试验法
b. 经验公式法
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2）传动系的机械效率
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因受多种因素的影响，由试验测出，传动系的
机械效率等于各传动部件传动效率的乘积。
取为常数:
动力性计算中，η
T
有级变速的轿车0.9～0.92
客、货车0.82～0.85
越野车0.80～0.85
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3）车轮半径
车轮装有充气轮胎，在不同情况下有不同的半径:
1.自由半径r 0
车轮处于无载时的半径（按规定充好气时的半径）。
2.静力半径r s
静止时，额定径向载荷作用下，车轮中心至轮胎与道路接触面间的距离。
r s <r 0
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HBQY
()[]
λ−⋅+×=15.00254.0b d r 18%.
~1212%,~1014%,
~12:;;超低压胎为载重车为小客车为轮胎变形系数）轮缘宽度（）
轮辋尺寸（−−−λinch b inch d
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3、汽车的驱动力图
1）驱动力图的概念2）驱动力图的作法3）驱动力图的特点
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概念：
驱动力F t 与车速u a 的函数关系曲线即F t -u a 图,它全面表示汽车的驱动力。
1）驱动力图的概念
HBQY
、r，即可按以下步骤作驱动力图：
-n。
HBQY
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▲汽车有几个档位，由一条转矩特性曲线，就能得到几条F t -u a 曲线；一个(Ttq，n)对对应几个(Ft，ua)对；一个发动机工况下，在不同档位时，ua不同，Ft不同。
▲同一档位，有最高车速、最低车速。
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▲档位越高，曲线越靠右、靠下。
▲档位越高，横坐标跨度越大，纵坐标跨度越小。
▲ua ∝n，Ft ∝n，Ft-ua曲线与Ttq-n 曲线类似。
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1、滚动阻力F f
1）滚动阻力的产生原因
2）弹性轮胎在硬路面上的滚动3）从动轮在硬路面上的滚动4) 驱动轮在硬路面上的滚动5) 滚动阻力的影响因素
滚动阻力占汽车耗能的20%。
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1）滚动阻力的产生原因
道路变形车轮滚动挤压土壤、轮胎与路面
的摩擦、土壤塑变，消耗能量
轮胎变形车轮行驶时，径、切、侧向均变
形，并处于变形-恢复的循环中，有部分能量消耗于内摩擦上
其它损失从动轮轴承、油封等处的损失、
悬架零件间的摩擦、减振器的损失
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(1) 轮胎的变形是主要的。
内摩擦消耗一部分外界做的功，称为弹性迟滞损失。
2）弹性轮胎在硬路面上的滚动
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(2) 轮胎静止时，地面对轮胎的法向反作用力的分布是前后对称的。
2）弹性轮胎在硬路面上的滚动
2）弹性轮胎在硬路面上的滚动
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(3) 车轮滚动时，
地面对轮胎的法向
反作用力的前后分
布是不对称的。
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法向反力F z 的合
力相对nn ’前移一
个距离a，且与W 大小相等、方向相反。
a
F T Z f =T f ：滚动阻力偶矩
2）弹性轮胎在硬路面上的滚动
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为了克服滚动阻力偶矩T f =F z a ，必须在车轮中心加一个力F p1，与地面切向反力F x1形成一力偶来平衡T f 。
HBQY
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f
t f t x f x f x t F F r
r
F T F r F r F T r F T −=⋅−=
⋅+⋅=+⋅=222由受力平衡，有：
4)驱动轮在硬路面上的滚动
即真正作用在驱动轮上驱动汽车前进的力为F x2，值为F t -F f 。
整车的滚动阻力为：
Gf
f W W F F F f f f =+=+=)(2121
HBQY
HBQY
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•道路种类坚硬、平坦路面，f小；潮湿、松软路面，f大。
•车速轿车、轻卡车速在100km/h以下时，f变化不大;轿车轮胎在车速超过140km/h后，f增长较快。
•轮胎结构、帘线、橡胶品种,子午线胎<斜交胎•胎压低，f大(低时，变形大，弹性损失增加)；高，f小
•径向载荷
影响很小，可忽略，认为f与W无关。
滚动阻力系数
(1)影响滚动阻力系数的因素
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驻波（deformation wave)
5) 滚动阻力系数
(2) 滚动阻力系数的获取：
a. 经验推荐值（P9 表1-2）
b. 公式估算法（P10-11）
c. 滑行试验法
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w
1）空气阻力的定义2）空气阻力的分类3）空气阻力的计算4）空气阻力的影响因素
w
HBQY
分力。
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w HBQY
HBQY
HBQY
HBQY。