汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
1.3驱动力与附着力解析
Ft Z2
全轮驱动的汽车，Zφ是作用于所有驱动轮的地面法向反 作用力。因此，全轮驱动的汽车的附着力较大。
3.汽车行驶的驱动与附着条件
将汽车行驶的驱动条件与附着条件联写，得
Ff Fi Fw Ft Z
汽车行驶的驱动与附着条件，也是汽车行驶的充分与必要 条件。 （必要条件）驱动条件：汽车本身能够产生足够的驱动力 ，发动机能产生足够大的扭矩或功率，足以克服各种行驶 阻力。
sin tan i
2 a
Meik i0m CD Av Gdu Gf Gi r 21.15 gdt
1.3.2汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
1.汽车行驶的驱动条件
Ft F f Fw Fi Ft F f Fw Fi Ft F f Fw Fi
壤，这时附着系数φ的数值不仅取决于轮胎与土壤间的摩擦
作用，同时还取决于土壤的抗强度。只有当嵌入轮胎花纹沟 槽的土壤被剪切脱开基层时，轮胎在接地面积内才产生相对
滑动，车轮发生滑转。
汽车行驶的附着条件可近似地写成：
或
Ft F Ft Z
Zφ——作用于所有驱动轮的地面法向反作用力 双轴汽车后轮驱动时，Zφ=Z2，Z2是后轮的地面法向反作 用力，附着条件为
由于胎面在接地过程中的微小滑
动，胎面上大量的细微花纹可进一步 擦去接角面间的水膜，这样轮胎接地 面积后部可以与路面直接接角，因而 可提供足够的附着力。 宽断面轮胎和子午线轮胎由于与 地面的接触面积增大，附着系数较高。 合成橡胶制成的轮胎也较天然橡胶的 轮胎有较高的附着系数。
F1方程式赛车在不同天气条件下 使用的不同胎面花纹的轮胎
2.轮胎的结构和气压
轮胎的结构： 细而浅的花纹
汽车理论2——附着条件与功率平衡
WBcos b T t L L WBcos b T t L L Tjw2 m2 du dt GW2sin Tf2 从动轮 FZ2
驱动轮
FP2 FX2
Tf2
汽车行驶的附着条件与汽车的附着 率
FZ2 FX2
从动轮受力图
Fp2
du = m2 dt + Gw2 sinα + FX 2
FX 2r = Tf 2 +Tjw2
汽车行驶的附着条件与汽车的附着 率
中，令
du i = 0, = 0 dt
可得到高速行驶时的后轮驱动汽车的驱动轮的 附着率
Cϕ2 =
Ff 1 + Fw FZs2 − FZw2
汽车行驶的附着条件与汽车的附着 率
高速行驶时后轮法向反作用力与切向 反作用力随车速的变化曲线
FZ2 5000 4000
N
CLr=0
CLr=0.15 CLr=0.28
Tt 2 Ψ= Tt1 +Tt 2
前轮驱动的汽车 Ψ =0， 后轮驱动的汽车 Ψ =1
汽车行驶的附着条件与汽车的附着 率
根据Ψ 值，忽略滚动阻力、空气阻力与 旋转质量的影响，前后轮的切向反作用 力
1 du ) g dt 1 du ) FX 2 = ΨG(sinα + g dt
FX1 = (1−Ψ)G(sinα +
−FZw2 +G
rf cosα L
汽车行驶的附着条件与汽车的附着 率
hg b FZs1 = G( cosα − sinα) L L
hg a FZs2 = G( cosα + sinα) L L
静态轴荷的法向反作用力，由汽车重力分配 到前、后轴的分量产生。
汽车理论1-4
四、附着率
1、加速、上坡时的附着率
1）后轮驱动汽车，驱动轮附着率为
Cϕ 2 FX2 = = FZ2 Ff1 + Fw + Fi + Fj′ Ghg du FZs2 − FZw2 + gL dt
加速、上坡时，忽略风阻和滚阻，将各表达式 代入上式并整理得 1 du i+ Fi + Fj′ g cos α dt Cϕ 2 = = Ghg du a hg 1 du FZs2 + + (i + ) gL dt L L g cos α dt
汽车理论
第一章 汽车动力性
第一节 动力性评价指标 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 第三节 汽车的驱动力－行驶阻力平衡图 与动力特性图 第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附 着率 第五节 汽车的功率平衡 第六节 装有液力变矩器的汽车的动力性
邹旭东 制作 zxd@
第一章 汽车动力性 1-4 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
邹旭东 制作 zxd@
1-4 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
三、地面切向反作用力
由从动轮受力平衡
du Fp2 = m2 + Gw2 sin α + FX2 dt Tf2 Tjw2 FX2 = + ≈ Ff2 r r
du Fp2 = m2 + Gw2 sin α + Ff2 dt
邹旭东 制作 zxd@
?
1-4 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
二、附着力与地面法向反作用力
汽车全受力图
邹旭东 制作 zxd@
1-4 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
二、附着力与地面法向反作用力
各力对前后轮接地中心取矩：
1.4汽车的行驶的附着条件与附着率
1.4 汽车的行驶的附着条件与附着率1.4.1 汽车行驶的附着条件2z F 附着力是路面对驱动轮切向反力的极限值，在硬路面上，它与驱动轮法向反作用力成正比，即max X Z F F F ϕϕ==式中，ϕ称为附着系数，它是由路面与轮胎决定的。
由作用在驱动轮上的转矩T 引起的地 t 面切向反作用不能大于附着力，否则将发生驱动轮滑转现象，即对于后轮驱动的汽车222t f X Z T T F F rϕ−=≤这就是汽车行驶的附着条件。
对于前轮驱动汽车，其前驱动轮的附着率亦不能大于地面附着系数。
驱动轮地面法向反作用力与汽车的总体布置、行驶状况及道路的坡度有关。
式中ϕ为附着系数，它与路面的种类和状况、车轮运动状况、胎压及花纹有关，行驶车速对附着系数也有影响。
在一般动力性分析中只取附着系数的平均值，见表1-3。
1.4.2 汽车的附着力与地面法向反作用力汽车的附着力决定于附着系数以及地面作用于驱动轮的法向反作用力。
附着系数主要取决于路面的种类和状况，行驶车速对附着系数也有影响。
图1-13 为汽车加速上坡时的受力图。
图中，G 为汽车重力；α为道路坡度角；g h 为汽车质心高；1f T 、2f T 为作用在前、后轮上的滚动阻力偶矩；je T 为作用于横置发动机飞轮上的惯性阻力偶矩；1jw T 、2jw T 为作用在前、后车轮上的惯性阻力偶矩；1Zw F 、2Zw F 为作用于车身上并位于前、后轮接地点上方的空气升力；1Z F 、2Z F 为作用在前、后轮上的地面法向反作用力；、为作用在前、后轮上的地面切向反作用力；L 为汽车轴矩；、为汽车质心至前、后轴之距离。
1X F 2X F a b 若将作用在汽车上的诸力对前、后轮与道路接触面中心取力矩，则得1122cos sin cos cos sin cos g g f g o w Z Zw g g f g o w Z Zw h h I i i I b G du r F G F G L L g L Lr Lr dt L h h I i i I a G du F G F G L L g L Lr Lr dt L frf αααααα⎫⎛⎞⎛⎞=−−+±−−⎪⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎪⎝⎠⎬⎛⎞⎛⎞⎪=+++±−+⎜⎟⎜⎟⎪⎜⎟⎝⎠⎝⎠⎭∑∑ （1-10） 在式(1-10)中不能再计入对前、后轮与道路接触面中心的距。
《汽车理论》课程教学大纲
《汽车理论》课程教学大纲课程代码：020332198课程英文名称：Automobile Theory课程总学时：40 讲课：32 实验：8 上机：0适用专业：交通运输专业、车辆工程专业大纲编写（修订）时间：2017.5一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标本课程是交通运输和车辆工程等专业本科生一门重要的专业课，它根据作用于汽车上外力的特性，分析了与汽车动力学有关的汽车各主要使用性能、评价指标及评价方法，分析了汽车及其部件的结构形式与参数对各使用性能的影响。
它涉及汽车基础力学理论分析、评价、试验等重要方面的内容，为汽车设计提供理论依据，是掌握汽车设计、制造和试验知识必不可少的专业课程。
本课程的教学目标：通过本课程的学习，系统介绍汽车初等动力学的数学模型，使学生学会使用评价和分析汽车行驶性能的方法，从而掌握评价汽车性能的理论基础，例如：汽车动力性、汽车燃油经济性、汽车制动性、汽车操纵稳定性、汽车行驶平顺性、汽车通过性。
同时为汽车设计等后续课程准备必备的基础。
为以后的毕业设计和从事汽车技术工作，能够正确设计汽车、合理使用汽车、科学试验汽车打下稳固的基础。
（二）知识、能力及技能方面的基本要求1．掌握本课的理论体系、基本概念、基本方法，掌握汽车动力性、燃油经济性、制动性、操纵稳定性、平顺性和通过性这六大使用性能的定义及评价指标和评价方法。
2．训练学生应用相关理论和计算机技术对汽车各大性能进行计算分析的能力，包括力学模型建立、参数选择、计算编程、分析计算结果等。
3．强调学生动手进行汽车实验的能力，开设了汽车动力性及燃油经济性、汽车制动性实验。
培养学生实验方面的基本技能和动手能力。
（三）实施说明教师在授课过程中可以根据实际情况酌情安排各部分的学时，课时分配表仅供参考。
根据本专业特点，教师应结合实际问题，在教学过程中注意理论与实际结合，突出实际应用。
课程的教学目标通过讲授、课堂练习、课后作业三个环节来实现。
汽车理论随堂测验
1.2 汽车的驱动力与行驶阻力
• 4、加速阻力之随堂测验
• （1）道路阻力是包括哪两种阻力？
• 滚动阻力 坡度阻力
• （2）在以下哪种情况下，汽车旋转质量换算系数δ会变大？
• a换一个转动惯量更大的飞轮 b 汽车载荷变大
• c汽车加速度变大
d 三档换到二档
• 换一个转动惯量更大的飞轮和三档换到二档
汽车理论
中压力阻力分为哪四部分？
• 形状阻力、干扰阻力、内循环阻力和诱导阻力 • （2）计算某车50km/h时的空气阻力（N）。已知参数：迎
风面积2.11m2，空气阻力系数0.33，空气密度 1.2258N⋅s2⋅m−4。
• 82.3N
汽车理论
4
YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY
• 四、附着率之随堂测验
• 1、汽车在以下哪些工况下的附着率较大
• a低速挡加速或上坡 b中等车速高速挡下坡
• c极高速直线行驶 d在低附着路面上高挡低速行驶
• 2、判断题：汽车全力加速时附着率小于同挡位全力爬坡时
附着率，是因为爬坡时车辆轴荷重新分配，驱动轮附着力 更大
• 是因为加速时发动机有相当一部分动力用于克服旋转部件
系数，这类车型更适合于采用（）驱动形式
• 后驱
汽车理论
9
YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY
1.4 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
• 三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力
• 1.判断题：地面作用于驱动轮的切向反作用力的表达式中
包含了驱动轮所受的滚动阻力
•错 • 2.判断题：地面作用于驱动轮的切向反作用力的表达式中
器C曲线的外包络线。
(完整版)汽车理论知识点
t f w i jF F F F F =+++tq g 0T2D a d cos sin 21.15d T i i C A uGf u G mrt=+++ηααδtq g 0T2D a d 21.15d T i i C A uGf u Gi mrt=+++ηδ第一章 汽车的动力性 1.1汽车的动力性指标１）汽车的动力性指：汽车在良好路面上直线行驶时，由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。
2）汽车动力性的三个指标：最高车速、加速时间、最大爬坡度。
3）常用原地起步加速时间与超车加速时间来表明汽车的加速能力。
4）汽车的上坡能力是用满载时汽车在良好路面上的最大爬坡度imax 表示的。
货车的imax=30%≈16.7°,越野车的imax=60%≈31°。
1.2汽车的驱动力与行驶阻力 1）汽车的行驶方程式2）驱动力F t ：发动机产生的转矩经传动系传到驱动轮，产生驱动力矩T t ，驱动轮在T t 的作用下给地面作用一圆周力F 0，地面对驱动轮的反作用力F t 即为驱动力。
3）传动系功率P T 损失分为机械损失和液力损失。
4）自由半径r ：车轮处于无载时的半径。
静力半径r s ：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r r ：车轮几何中心到速度瞬心的距离。
GiG G F =≈=ααtan sin i ψ()F Gf Gi G f i =+=+ψf i F F F =+ααsin cos G Gf +=ji w f F F F F F+++=∑ψF G ψ=5)汽车行驶阻力:6)滚动阻力Ff ：在硬路面上，由轮胎变形产生；在软路面上，由轮胎变形和路面变形产生。
7）轮胎的迟滞损失指：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。
8）滚动阻力系数f 指：车轮在一定条件下滚动时所需的推力与车轮负荷之比。
汽车理论随堂测验
• 最佳燃油经济性-动力性曲线是指不同传动比变速
器C曲线的外包络线。
汽车理论 精品PPT
YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY
3.5 利用燃油经济性－加速时间曲线确定动力装置参数
• 确定动力装置参数之随堂测验 • 判断：由不同排量发动机C曲线可以看出，在同样
2.3 影响汽车燃油经济性的因素
•一、使用方面之随堂测验 •判断题 •一辆载重货车拖带挂车后，其行驶一百公里的耗油
量会减少
•拖带挂车后，由于行驶阻力增加，汽车的总燃油消
耗会增加。但是平均每吨货物所消耗的燃油量会降低， 所以仍然是提高了燃油经济性。
汽车理论 精品PPT
YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY
1.3 汽车的驱动力-行驶阻力平衡图与动力特性图 一、驱动力-行驶阻力平衡图 之随堂测验
•1.判断：汽车的爬坡能力，是指汽车在良好路面上克服滚动
阻力、空气阻力和加速阻力后的余力全部用来克服坡度阻力 时能加速爬上的坡度
•汽车的爬坡能力是指等速克服坡度阻力能爬上的坡度 •2.一辆汽车的加速度曲线中，Ⅰ挡和Ⅱ挡曲线有交点。汽车
能大于地面的附着系数
•对
汽车理论 精品PPT
YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY
1.4 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率 二、汽车的附着力与地面法向反作用力之随堂测验
•1.汽车在向前加速的过程中，相对于汽车静止时，其前轴地
面法向反作用力变（），后轴地面法向反作用力变（）
4.1 制动性的评价指标
制动性的评价指标之随堂测验
•单选题 •以下哪一项是制动性能中最为基本的评价指标？
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
du dt
du dt
FZw1
G
rf L
FZw 2
G
rf L
cos
cos
15
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
（1）静态轴荷的法向反作用力
FZs1
G
b L
cos
hg L
sin
FZs2
G
a L
cos
hg L
sin
➢主要与质心位置 及坡度角有关。
第一章 汽车动力性
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
➢本节将介绍附着力、附着条件、附着率等基本概 念，分析汽车在纵向坡道上加速上坡时的受力 ，确 定汽车在不同行驶条件下的附着率。
返回目录 1
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
一、汽车行驶的附着条件
1.附着力 F
地面对轮胎切向反作 用力的极限值（最大值） 即为附着力。
同理可得，当汽车由前轮驱动时
C1
b
q hg
q
LL
q b L 1 hg
L
思考：如果a=b， 哪种驱动方式的 等效坡度更大？
32
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
3）四轮驱动汽车
令后轴的转矩分配系数为
Tt2
Tt1 Tt2
驱动方式或
车型
Ψ
前轮驱动
0
后轮驱动
1
Audi
0.5
g dt
即 q
35
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
思考：如果路面附着系数 0.7 ，两种轿车1挡的动
力性可否得到充分发挥？
36
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
2. 高速行驶时的附着率
C2
FX 2 FZ 2
Ff1 Fw Fi Fj
FZs 2
FZw2
➢胎面的四道沟槽减小了车轮和地面间的有效接地面积， 使车轮的附着力下降，汽车的车速得以控制。
6
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
2.附着条件
后轮驱动时，附着条件是 FX 2 FZ 2
Tt
Tf 2 r
FX 2
FZ 2
附着条件：地面作用在驱动轮上的切向反力小于驱动
轮的附着力。
BMW325i
0.63
M.B.4Matic
0.65
33
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
FX 1
(1
)G(sin
1 g
du ) dt
C1
(1 )q
b hg q
LL
FX 2
G(sin
1 g
du ) dt
C 2
a
q
hg
q
LL
➢等效坡度一定时，如果前轮附着率较大，前驱动轮的驱动力将先达 到地面附着力而滑转，后驱动轮驱动力也保持在前轮刚开始滑转时的数 值不再增加。
14
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
FZ1
G
b L
cos
hg L
sin
G g
hg L
FZ 2
G
a L
cos
hg L
sin
G g
hg L
Iw Lr
Iw Lr
If igi0 Lr If igi0 Lr
➢通常前、后驱动轮的附着率不相等，汽车的等效坡度受附着率较大 驱动轮的限制。
若C1 C 2
q b L
1 hg L
若C1 C 2
aL q
hg L
34
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
如果前、后轮驱动力可以通过自动调节同时达到附着力极限
G cos G sin G du
G g
hg L
du dt
令i 0
du 0 dt
C2
Ff1 Fw FZs2 FZw 2
37
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
➢随着车速的增加，后轮的法向反作用力下降，而切向反作用力则
按车速的平方关系增大。因此，附着率 C2 随车速的提高而急剧增大，
附着条件不易满足。
思考：高速轿车该如何解决附着率过大的问题？
踏板起步较好。
什 么
？
汽车在什么工况下工作，
起步急加速。
附着条件会不易满足？
10
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
➢起步过程中，驱动轮的严重滑转会加剧轮胎的磨损。
解决方案
➢装用TCS（ASR）驱动力控制系统，通过对驱 动轮作用制动力矩控制起步过程的FX2。
FX 2 Tt Tr2 Tf 2 / r FZ 2
C2
a
q hg
q
LL
➢ C2为加速上坡行驶时要求的地面附
着系数。当在一定附着系数的路面上行驶 时，汽车能通过的最大等效坡度为q。
aL q
1 hg
L
31
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
2）前轮驱动汽车
当汽车由后轮驱动时
C2
a
q hg
q
LL
q a L 1 hg
L
思考
驱动轮上的切向反力主要与哪些因素有关？其 大小可否通过驾驶员合理控制？
7
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
3.附着率
由附着条件可得
FX 2
FZ 2
令
C 2
FX 2 FZ 2
C 2—后轮驱动汽车驱动
轮的附着率；
后轮驱动汽车的附着条件
也可以表达为 C2
前轮驱动时，附着条件是
三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力
➢切向反作用力最大值出现在汽车加速爬坡的工况， 以下将在此工况下进行分析。
25
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率 ➢将整车分解为车身、驱动轮（前轮）、从动轮（后轮）三部分，分别分析其受力。
26
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
Fp2
m2
du dt
四、附着率
汽车直线行驶状况下，充分发挥驱动力作用时要求的 最低附着系数。
1. 加速、上坡行驶时的附着率
1）后轮驱动汽车
C2
FX 2 FZ 2
Ff1 Fw Fi Fj
FZs2
FZw2
G g
hg L
du dt
30
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
忽略空气阻力和滚动阻力
Gw2
sin
FX 2
FX 2r Tf 2 Tjw2
FX 2
Tf 2 r
Tjw2 r
Tjw2很小，忽略不计
FX 2 Ff 2
Fp2
Ff 2
Gw2
sin
m2
du dt
27
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
Fp1
Fp2
Fw
WB
sin
mB
du dt
将
Fp2
（3）空气升力
FZw1
1 2
CLf
Aur2
FZw 2
1 2
CLr Aur2
CLf－前空气升力系数；CLr－后空气升力系数。
20
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
21
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
22
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
23
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
➢前轮驱动时， 如果FX1小、FZ1大、C1 小，附着条件
容易得到满足。
➢路面条件好，车速低，Ff 小；行驶车速低， Fw 小；路面平坦，Fi 小；不急加速，Fj 小。
FX1小
什么路面条件下，附着条
湿滑路面、冰雪
件不易满足？
路面、沙地等。
解
当路面有积雪时，起步用
用高挡轻踩加速
释 为
高挡好还是用低挡好？
2
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
思考
胎面与 的关系？
➢光面胎和带花纹的轮胎在 干燥硬路面上的附着系数有何 不同？
➢轮胎花纹起什么作用？
3ห้องสมุดไป่ตู้
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
4
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
F1方程式赛车在不同天气条件下 使用的不同胎面花纹的轮胎
5
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
常见路面的平均附着系数
路面条件 干沥青路面 湿沥青路面
附着系数 0.7～0.8 0.5～0.6
FX max F FZ
FZ—地面作用在车轮上
干燥的碎石路 干土路 湿土路
0.6～0.7 0.5～0.6 0.2～0.4
的法向反力；
滚压后的雪路
0.2～0.3
—附着系数，与路面
和轮胎都有关。
思考：为什么汽车在湿土路上容 易出现打滑现象？
)
du dt
代入得
FX 1
Ff
2
Fw
G
sin
m