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
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• 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
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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。
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
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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
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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
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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？
1-4 汽车行驶的驱动-附着条件
湖北汽车工业学院汽车工程系
HBQY
1-4 汽车行驶的驱动－附着条件
一、汽车行驶的驱动条件二、汽车行驶的附着条件三、汽车行驶的驱动-附着条件四、汽车的附着力五、汽车的附着率
HBQY
湖北汽车工业学院汽车工程系
HBQY
ϕ
ϕF F F Z x ==max ϕ称为附着系数。
F ϕ称为附着力，即地面对轮胎切向反作用力的极限值。
二、汽车行驶的附着条件
湖北汽车工业学院汽车工程系
HBQY
ϕ的值受各种因素的影响，但动力性计算中一般取为常数，如：
良好、干燥路面：0.7~0.8良好、潮湿路面：0.5~0.6良好、湿滑路面：0.2~0.4
附着系数
HBQY
HBQY
湖北汽车工业学院汽车工程系
HBQY
四、汽车的附着力
HBQY
HBQY
HBQY
HBQY
HBQY
HBQY
HBQY
1. 加速、上坡行驶时的附着率
湖北汽车工业学院汽车工程系
HBQY
HBQY
HBQY
为提高汽车的爬坡能力：
1.采用后轮驱动；
2.适当布置重心位置，使驱动轮负荷占较大比例；
3.采用全轮驱动。
对于高速行驶的汽车：
1.通过改善车身形状或增加辅助装置，降低Cl，
以减小附着率；
2.可通过总布置，调整前、后轴轴荷来减小附着率。
湖北汽车工业学院汽车工程系。
汽车理论知识点
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：汽车在优异路面上直线行驶时，由汽车遇到的纵向外力决定的、所能达到的均匀行驶速度。
2）汽车动力性的三个指标：最高车速、加快时间、最大爬坡度。
3）常用原地起步加快时间与超车加快时间来表示汽车的加快能力。
4）汽车的上坡能力是用满载时汽车在优异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F tF fF wF iF jT tq i g i0 TC A2duGf cosDu aG sinmrdtT tq i g i0 TC D A 2durGfu aGimdt2）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。
转动半径 r r ：车轮几何中心到速度瞬心的距离。
5)汽车行驶阻力 : F F f F w F i F j6)转动阻力 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耗费的能量在卸载恢复时不可以完好回收，一部分能量消耗在轮胎内部摩擦损失上，产生热量，这类损失称为轮胎的迟滞损失。
8）转动阻力系数 f 指：车轮在必定条件下转动时所需的推力与车轮负荷之比。
故Ff=W*f 。
9）驻波现象：在高速行驶时，轮胎走开地面后因变形所产生的歪曲其实不马上恢复，其节余变形形成了一种波，这就是驻波。
此时轮胎周缘不再是圆形，而呈显然的波涛形。
轮胎刚走开地面时波的振幅最大，它按指数规律沿轮胎圆周衰减。
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FX 2
Tf 2 r
Tjw2 r
Ff 2
Fp 2
m2
du dt
Gw2
sin
Ff
2
忽略
车身受力分析
Fp 2
m2
du dt
Gw2
sin
Ff
2
✓在X方向
Fp1
Fp 2
Fw
WB
sin
mB
du dt
Fp1
Ff
2
Fw
(Gw2
WB
)
sin
(m2
mB
)
du dt
动态分量 空气升力
滚动阻力偶
FZs1
G(cos
b L
sin
hg L
)
FZs 2
G (cos
a L
sin
hg L
)
FZd1
(G g
hg L
I f igi0 rL
Iw ) du rL dt
FZd 2
(G g
hg L
I f igi0 rL
Iw ) du rL dt
第五节 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
驱动力大
动力性强
驱动力大
足够的附着力 （切向力）
动力性强
满足轮胎与地 面的附着条件
附着力 附着力大小的计算
地面对轮胎的作用力 切向的作用力 极限值
FX max F FZ
公式成立的条件是在 硬路面上。
对于驱动轮
驱动力
FZ1
G(cos
b L
sin
hg L
) (G g
hg L
I f igi0 rL
I rL
w
)
du dt
FZw1
G
cosf
r L
静态分 量
动态分量
滚动阻力 偶
对前轮与路面的接触中心取矩
FZ 2L
(Tf 1
Tf
2)
FZw 2 L
(m
du dt
hg
Tje
Tjw1
附着力
Tt
Tf 2 r
FX 2
FZ 2
C 2
FX 2 FZ 2
附着率
二、汽车的附着力与地面的反作用力
汽车的附着力
地面附着系数 法向反作用力
路面的种类和状况 行驶车速 车轮的运动状况
汽车的总体布置 车身的形状 行驶的状况 道路的坡度
汽车加速上坡时的受力图
ua du/dt
FZw1
Tje
Tf1 FZ1
mdu/dt Gsina Tjw1 hg
FZw2
FX1
FX2
a Gcosa b
Tjw2 Tαf2
L
FZ2
对后轮与路面的接触中心取矩
FZ1L
(Tf 1
Tf
2)
FZw1L
(m
du dt
hg
Tje
Tjw1
Tjw2 )
G
sin
hg
G cosb
0
整理后得
空气升 力
C 2
a
q hg
q
LL
a q L
1 hg
L
✓加速上坡行驶时的附着率（前轮驱动）
C1
b
q hg
qБайду номын сангаас
LL
C1
等效坡度
b q L
1 hg
L
✓高速行驶时的附着率
后驱动轮的附着率
C 2
FX 2 FZ 2
Ff 1 Fw Fi Fj'
FZs 2
FZw2
FZ1
FTXGjw1W1 1ms1indau/dt
FV2
Fp2 FTX2f2
Tjw2 m2du/dt GW2sina
FX1 FZ1
FZ2
FZ2 GW2cosa
Tf1
FX2
Tf2
α
从动轮受力分析 ✓在X方向
Fp 2
m2
du dt
Gw2
sin
FX 2
✓对中心取矩
FX 2r Tf 2 Tjw2
FX 2 Ff 1 Fw Fi Fj'
四、附着率
附着率
直线行驶 充分发挥驱动力 最低的附着系数
汽车的行驶工况
附着率的计算
附着率
地面切向反作用力 地面法向反作用力
✓加速上坡行驶时的附着率（后轮驱动）
后驱动轮的附着率
C 2
FX 2 FZ 2
Ff 1 Fw Fi Fj'
驱动轮受力分析
✓在X方向
FX 1
Fp1
Gw1
sin
m1
du dt
Fp1 Ff 2 Fw (Gw2 WB ) sin
(m2
mB
)
du dt
FX 1
Ff
2
Fw
G
sin
m
du dt
FX1 Ff 2 Fw Fi Fj'
与Fj区别
后轮驱动汽车 作用在驱动轮上的切向作用力
G g
hg L
du dt
忽略坡度阻力和加速阻力
C 2
Ff 1 Fw FZs 2 FZw2
0.99
通过改善车身形状，或者增加一 些辅助的空气动力装置，可以降低 空气升力系数，达到减小附着率改 善操纵稳定性与动力性的目的。也 可以通过调整汽车的整体布置，变 动前后轴的载荷来减小驱动轮的附 着率。
Tjw2 )
G sin
hg
G cosa
0
整理后得
空气升
力
FZ 2
G(cos
a L
sin
hg L
) (G g
hg L
I f igi0 rL
I rL
w
)
du dt
FZw2
G
cosf
r L
静态分 量
动态分量
滚动阻力 偶
前、后轮法向反力的构成 静态分量
法向反作用力
FZs 2
FZw2
G g
hg L
du dt
忽略滚动阻力和空气阻力
C 2
Fi Fj'
FZs 2
G g
hg L
du dt
a L
i 1 1 du
cos g dt
hg (i 1 1
L cos g
du ) dt
q i 1 1 du
cos g dt
等效坡度
C 2
L
hg ) G Lg
hg L
du dt
FZw2
三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力
汽车行驶工况的受力图 作用在驱动轮上的切向作用力
前轮驱动汽车加速
上坡时的受力图 FW
Fp1
mBdu/dt Tt’
WBsina
WBcosa
FV1 a’
Fp2
L b’
FV1
FV2
Fp1 Tt’ GW1cosa Tf1
FZw1＝
1 2
CLf
Aur2
FZw
＝
2
1 2
CLr
Aur2
G cosf r G cosf rL
L
典型轿车前、后升力系数的比较
简化的前、后轮的法向反力
FZ1
G(cos
b L
sin
hg ) G Lg
hg L
du dt
FZw1
FZ 2
G(cos
a sin