汽车的驱动力与行驶阻力
1.3 汽车驱动力—行驶阻力平衡图与动力特性图
1.3 汽车驱动力—行驶阻力平衡图与动力特性图1.3.1 驱动力—行驶阻力平衡图前面得到汽车的行驶方程式为t f i W F F F F F j =+++或 2021.15tq g TD a T i i C Au du Gf Gi m r dtηδ=+++ 此方程表明了汽车行驶时，驱动力和各行驶阻力之间的平衡关系。
当发动机转速特性、变速器传动比、主减速比、机械效率、车轮半径、空气阻力系数、汽车迎风面积及汽车总质量等初步确定后，便可利用此式分析汽车在良好路面（沥青、混凝土路面）上的行驶能力，即确定节流阀全开时，汽车能达到的最高车速、加速能力和爬坡能力。
为了清晰而形象地表明汽车行驶时的受力情况及其平衡关系，一般是采用汽车行驶方程式用图解法来进行分析的。
汽车的驱动力-行驶阻力平衡图就是最基本的一种，将汽车行驶中经常遇到的滚动阻力和空气阻力叠加后画在驱动力图上，并表明该叠加量随车速的变化关系曲线。
图1-9即为一具有五挡变速器汽车的驱动力-行驶阻力平衡图。
1.3.2 利用驱动力—行驶阻力平衡图图解汽车动力性指标1.3.2.1 最高车速汽车的最高车速是指汽车在无风的条件下，在水平、良好的路面上，节流阀全开，变速器置于最高挡所能达到的车速。
根据汽车行驶方程j i W f t F F F F F +++=此时，，，0=i F 0=j F W f t F F F +=，即驱动力-行驶阻力平衡图上曲线（此时为最高挡驱动力曲线）与t F 5t F W f F F +曲线的交点对应的车速，就是最高车速（图中为175km/h ）。
从图中还可以看出，当车速低于最高车速时，驱动力大于行驶阻力，这样，汽车就可以利用剩下来的驱动力加速或爬坡，或牵引挂车。
当需要在119km/h 等速行驶时，驾驶员可以关小节流阀开度(图中虚线)，此时发动机只用部分负荷特性工作，相应地得到虚线所示驱动力曲线，以使汽车达到新的平衡。
1.3.2.2 汽车的加速能力汽车的加速能力可用它在水平良好路面上行驶时，能产生的加速度来评价。
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
汽车理论汽车的驱动力和行驶阻力
Ttqigi0 T
r
可知
➢Ft 与发动机转矩Ttq、变速器传动比 ig、主减 速器传动比 i0、传动系旳机械效率ηT 和车轮半径 r 等原因有关。
思索
能否解释为何汽车低挡旳加速能力好于高挡？
4
第二节 汽车旳驱动力与行驶阻力
➢计算驱动力是为了拟定汽车旳动力性指标，也即要找出 驱动力和车速旳关系。
➢驱动力和车速都与发动机特征有直接关系，能够经过发 动机特征曲线找出驱动力与车速之间旳关系。
4.汽车旳驱动力图
根据下面两式
Ft
Ttqigi 0 T
r
ua
0.377 nr ig i 0
以及发动机外特征曲线
做出旳Ft - ua关系图，即驱动力图。
16
第二节 汽车旳驱动力与行驶阻力
例：已知奥迪A4轿车发动机旳数据（如下表所示），
ig1=2.13，i0=6.333，r=0.317m，ηT=0.90，由
第一章 汽车动力性
第二节 汽车旳驱动力与行驶阻力
➢本节要点计算并分析汽车行驶过程中旳 驱动力和行驶阻力。
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第二节 汽车旳驱动力与行驶阻力
一、驱动力Ft
ua
驱动力Ft：发动机产 生旳转矩经传动系传到
驱动轮，产生驱动力矩
Tt
Tt，驱动轮在Tt旳作用
下给地面作用一圆周力
r
F0，地面对驱动轮旳反
（4）驱动力
32
第二节 汽车旳驱动力与行驶阻力
思索
为何驱动力系数很大时，气压越低 f 越小？
Ft胎面滑移Ff
pa接地面积胎面滑移滑移引起旳Ff
33
第二节 汽车旳驱动力与行驶阻力
思索 上高速公路前要检验胎压，在给定旳胎压范围内，胎
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
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
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。
1.3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
du 0 dt
i D f
由动力特性曲线，即可做出各挡的爬坡度图。 Ⅰ挡工作时，爬坡度较大，此时以 imax＝D1max－f 计算的误差也较大，可以用下式计算
D1max fcosmax sinmax
cos max 1 sin 2 max
D1max f 1 D12max f 2 max arcsin 1 f 2
ua/(km/h)
ua /(km h1 )
uamax=205km/h
4
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
2.确定加速时间t Fi=0
du 1 Ft ( Ff Fw ) dt m
由驱动力—行 驶阻力平衡图可以 做出加速度曲线。
回顾：两个加速时间，都是 从低速提升到高速 … …
第一章
汽车动力性
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。
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1
第三节 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
Ft Ff Fw Fi Fj
在驱动力图的
基础上，画出
Ff+F =f (ua) 就是驱
W
动力行驶阻力平衡
Ttq ig i 0T r CD A 2 du Gf cos ua G sin m 21.15 dt
11
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
由驱动力—行驶
阻力平衡图和
arcsin
Ft ( Ff Fw ) G
i=tanα
可以做出爬坡度图。
思考：从图中看，在什
汽车驱动力与行驶阻力
3.动力半径rd
在车重和转矩作用下，车轮中心至轮胎与道 路接触面间的距离。
4.滚动半径rr
满载行驶中，以驶过的距离与车轮转过的圈 数按下式计算得出的半径： S
（rr为假想半径）
rr
2n
( m)
一般认为：
rs rd rr r (r称为车轮半径）
湖北汽车工业学院汽车工程系
2）驱动力图的作法
HBQY
若已知ig、i0、T、r，即可按以下步骤作驱动力图：
（1）计算驱动力
从使用外特性的Ttq-n 曲线上取至少6个点 的n、Ttq值（包括 nmin，nmax），计算各 档位下对应于n的Ft。
Ft
Ttq i g ioT r
湖北汽车工业学院汽车工程系
HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile
（3）描点连线
建立Ft-ua坐 标系，将计算出 的每个档位的 （Ft，ua)描点并 连成曲线即得到 驱动力图。
ig1
T Ft ua Ft ua Ft ig3 Ua Ft ig4 ua
ig2
湖北汽车工业学院汽车工程系
HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile
湖北汽车工业学院汽车工程系
HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile
（1）转速特性的含义
HBQY
将Ttq 、Pe 、b与n之间的关 系用曲线表示，称发动 机转速特性曲线。
节气门全开（最大供油量） 时，称外特性。 节气门部分开启（部分供 油量）时，称部分负荷 特性。
汽车的驱动力-行驶阻力平衡图
1
加速时间曲线 1
aj4
1
a j3
1
aj2
a j1
加速度倒数曲线
ua
BJ130汽车的加速时间曲线
☆手工计算时,一般忽略原地起步过程的
离合器打滑过程.即假设在最初时刻，汽 车已具备起步换档所需的最低车速。
☆换档时刻的确定：若I-II加速度曲线 相交，则规定在交点处换档；若I-II的加 速度曲线不相交，则规定在发动机最高转 速处换档；换档时间一般忽略不计（正态 分布t=0.2~0.4s)。
节气门全开
后备功率
☆档位不同时车速的范围不同，但是功率
的大小不变，只是各档的功率曲线对应的车 速位置不同。低档时车速低，速度变化区域 窄；高档时车速高，所占速度变化区域大。
☆滚动阻力功率在低速时近似为直线，而 在高速时是二次曲线（低速、货车！）
☆空气阻力功率曲线为三次函数
☆在低速时以滚动阻力功率为主，而在高 速时以空气阻力功率为主。
1
T
( Gfua 3600
CD A 76140
ua3
Giua 3600
mua
3600
du ) dt
f随车速ua的增大，Pf 的增加更快
Pw是车速ua的三次函 数
f
f0
f1
( ua 100
)
f
4
( ua 100
)4
发动机功率 Pe 阻力功率 (Pf+Pw)/ηT
车速ua
发动机外特性曲线 （Pe ~ n）
G
i
u
轿车爬坡度图
二、汽车的动力特性图
Ft Ff Fw Fi Fj
Ft Fw du
G
gdt
动力因
1-3 汽车的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3、确定汽车的加速能力HBQYb.加速时间的计算du aj = dtunt=u0∫1 du aj图解法近似计算步骤： （1）由aj-ua → 1/aj-ua（加速度倒数曲线）湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile加速时间的计算HBQY（2） 分段求面积，即 速度区间的加速时间 ∆1 、∆2 、∆3 、… ，然 后计算∆1、∆1+∆2 、 ∆ 1+∆2+∆3 、 … ，即得从 u0→u1、u0→u2、…的加 速时间。
注意：若选择横坐标amm=1km/h，纵坐标bmm=1s2/m作为比例尺， 则 ∆t＝∆/(3.6ab)湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile加速时间的计算HBQY（3）作出t-ua曲线。
注意：1).换档时车速不变。