1.3汽车的驱动力-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 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。
1-3汽车的驱动力与行驶阻力平衡图
1-3汽车的驱动力与行驶阻力平衡图1-3 汽车的驱动力-行驶阻力平衡图HBQY一、驱动力—行驶阻力图二、驱动力—行驶阻力图的应用三、动力特性图湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile一、驱动力?行驶阻力图HBQY汽车行驶方程式：Ft = F f + Fw + Fi + F j2 Ttq i g ioηT C D Au a du 或：= Gf cosα + G sin α + + δm r dt 21.15上式表明了驱动力在各行驶阻力上的分配情况，将这种分配关系用图来表示，即为驱动力?行驶阻力平衡图。
湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile驱动力-行驶阻力平衡图HBQY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。
湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile驱动力-行驶阻力平衡图HBQY作图方法分两步： 1. 作出Ft-ua曲线 2. 作出(Ff+Fw)-ua曲线(Ff+Fw)-ua的作法: 若已知G、f、CD、A，假定汽车以不同车速等速行驶按下式算出等速行驶时的总阻力值，将结果在图上描点连线即得。
F f + Fw = Gf +2 C D Au a21.15湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile二.驱动力-行驶阻力图的应用HBQY1、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HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile1、确定汽车的最高车速HBQYa) 若汽车最高挡驱动力Ft5 与Ff+Fw 曲线有交点，则交点处的车速即为汽车最高车速uamax。
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》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。
汽车的驱动力与行驶阻力解析(共50张PPT)
Ft
ua
5
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
1.发动机的转速特性
发动机的转速特性，即Pe、Ttq和b与n的关系曲线。
节气门开启程度的不同
外特性曲线 部分负荷特性曲线
思考
计算汽车动力性指标时，需要用什么特性曲线？
6
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
外特性：节气门全开时,发
动机转矩Ttq和功率Pe与转 速n的关系。
Ft 5
15
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
二、汽车的行驶阻力
思考
汽车在行驶过程中将会遇到哪些行驶阻力？如 何保证汽车可以加速或爬坡？
滚动阻力Ff
空气阻力Fw 坡度阻力Fi
加速阻力Fj
汽车行驶总阻力
FF fF wF iF j
需要注意的是，这四种阻力并不一定同时存在。比如， 汽车在水平路面上匀速行驶时，就没有坡度阻力和加速 阻力，即，上式中的Fi和Fj都等于0。
子午线轮胎比斜交轮胎的滚动阻力小20%～30％；
f
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
G—整车重力；
f—滚动阻力系数。 做出的Ft - ua关系图，即驱动力图。
在现代汽车设计中，通过降低空气阻力系数来提高车辆的动力性（和燃油经济性）是非常重要的。
其基本思想是“加速度变小了”。
对于汽车性能分析而言，我们无需细究驱动轮和从动轮的不同受力状况，而只需要知道整车受到的总的滚动阻力：
即，对于从动轮而言，滚动阻力就是地面给车轮的
阻力。
20
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
2）驱动轮受力分析
FX2rTt FZa
Tt Tf
FX2
Tt r
Tf r
Ft Ff
第2讲 1-3汽车驱动力-行驶阻力平衡图与动力特性图 1-4汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
第2讲 2学时教学目的及要求：掌握汽车的驱动力－行驶阻力平衡图的绘制，汽车加速度曲线的绘制，汽车的加速度倒数曲线的绘制，汽车的加速时间曲线的绘制，汽车爬坡度曲线的绘制，汽车动力特性图的绘制。
主要内容：§1-3汽车驱动力-行驶阻力平衡图与动力特性图§1-4汽车行驶的附着条件与汽车的附着率教学重点：驱动力－行驶阻力平衡图及利用驱动力－行驶阻力平衡图分析汽车的动力性，汽车的动力因数，动力特性图及利用动力特性图分析汽车的动力性 教学难点：动力特性图及利用动力特性图分析汽车的动力性教学过程:§1—3 汽车行驶的驱动与附着条件一、汽车行驶的驱动与附着条件：1、驱动条件—首先得有劲δm du dt = F t – (F f + F W + F i ) ≥ 0F t ≥F f +F W +F i2、附着条件—有劲还得使得上用F φ表示轮胎切向反力的极限，在硬路面上它与驱动轮所受的法向反力成正比：（φ为附着系数）（1）驱动轮的附着力：前轮驱动汽车： F φ1 = F Z1φ后轮驱动汽车： F φ2 = F Z2φ全轮驱动汽车： F φ1 = F Z1φ F φ2 = F Z2φ（2）汽车的附着力：前轮驱动汽车： F φ = F Z1φ后轮驱动汽车： F φ = F Z2φ全轮驱动汽车： F φ = F Z φ = F Z1φ+F Z1φ对前驱动轮 F x1 ≤ F Z1φ前驱动轮的附着率： C φ1 = F X1F Z1则要求 C φ1 ≤φ对后驱动轮Fx2 ≤ FZ2φ后驱动轮的附着率： Cφ2 =F X2 F Z2则要求Cφ2 ≤φ∴F t≤F Z2（f+φ）∵f<<φ∴F t≤F Z2φ一般形式F t ≤F Zφφ3、驱动与附着条件：F f+F W+F i≤F t≤F Zφφ二、汽车的附着力：Fφ1、汽车附着力——在车轮与路面没有相对滑动的情况下，路面对车轮提供的切向反力的极限值。
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
汽车理论思考题及其部分答案
汽车理论思考题 20131. 汽车动力性的评价指标及定义【定义：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。
评价指标：最高车速 加速时间 最大爬坡度】2. 应用汽车的行驶方程求取动力性指标的方法。
3. 比较三种不同形式的汽车行驶方程的异同。
4. 汽车的驱动力图，驱动力—行驶阻力平衡图，动力特性图及功率平衡图的绘制方法。
5. 发动机特性曲线有哪几种？[部分负荷特性曲线 速度特性曲线]6. 汽车的驱动附着条件。
[作用在驱动轮上的转矩产生的地面切向反作用不能大于附着力]7. 滚动阻力产生的原因。
【轮胎与路面接触区域产生的法向、切向相互作用力】8. 空气阻力由哪几部分组成？【压力阻力：形状阻力、干扰阻力、内循环阻力、诱导阻力 摩擦阻力】9. 不同驱动形式汽车由地面决定的最大等效坡度。
[后驱L h La q g -=ϕ 前驱 L h Lb q g +=ϕ ]10. 在加速上坡时，四轮驱动汽车前、后轮的转矩如何分配，才能充分利用地面附着条件？【后轴转矩分配系数t2 t1t2T T T +=ψ】11. 画出驱动轮在匀速和加速运动工况下的受力图，并推导地面切向力的表达式。
12. 汽车燃油经济性的评价指标。
【汽车行驶百公里的燃油消耗量、一定燃油量能使汽车行驶的里程。
】13. 汽车等速百公里油耗的计算方法。
【Qs= P e b/1.02 U a ρg 】14. 发动机负荷率与汽车燃油经济性的关系。
【负荷率越高，燃油经济性越高】15. 我国规定商用车、城市客车以及轻型汽车测定燃油经济性分别采用哪种循环行驶工况？16. 要节省燃油消耗，应如何选择行驶车速和挡位，为什么？【接近低俗的中等车速 高档位】17. 什么是发动机的负荷特性曲线？万有特性曲线？【发动机的转速不变时，其性能指标随负荷的变化关系18. 利用发动机最小燃油消耗特性分析无级变速器省油的原因。
【（1）把各功率下最经济工况运转的转速与负荷率标明在外特性曲线图上便得到最小燃油消耗特性 （2）无级变速器应有的传动比i 与发动机转速n 及汽车行驶车速关系如下i=0.377nr/iua=An/ua 其中A 为常数，A=0.377r/i0根据Pe=（Pf+Pw ）/T 由最小燃油消耗曲线可以求出发动机经济的工作转速ne ，将ua 、ne 带入上式，就得到无级变速器应有的传动比i 在同一值的路面上，不同车速时无级变速器应有的i 连成曲线就得到无级变速器的调节特性】19.混合动力电动汽车节油的主要原因?【①为了满足急加速、以很高车速行驶行驶与快速上坡对驱动功率的要求，传统的内燃机汽车所配备的发动机功率往往相当很大②在汽车停车等候或低速滑行的等工况下关闭内燃机，几月燃油③利用发电机回收部分制动能量】20.确定传动系最大传动比主要考虑哪些因素?【最大爬坡度，附着率及汽车最低稳定车速】21.确定货车的功率与轿车的功率的方法有什么不同？22.为什么减小最小传动比可以提高汽车的燃油经济性？23.传动系各挡传动比理论上应怎样分配？实际上又是按什么原则分配的，为什么？【按等比级数分配传动比1）保证换挡平顺，无冲击2）充分发挥发动机功率，功率利用区域大3）有利于提高汽车的动力性。
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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
么时候换挡可以使加速
时间最短？
7
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
1 dt du a
t dt
0
t
u2
u1
1 1 ua 2 1 du du A a 3.6 ua1 a
由加速度曲线 做加速度倒数曲线， 再积分，即可求出 加速时间。
思考：从图中看，在什
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ12
简要总结
汽车行驶方程式
Ft Ff Fw Fi Fj
只要车辆运动，就会有驱动力Ft、滚动阻力Ff和空气阻 力Fw。驱动力-行驶阻力平衡图表达的就是这个关系。 以最高车速行驶时，没有Fi和Fj，Ft与（Ff+Fw）平衡； 全力加速时，没有Fi， Ft与（Ff+Fw）之差反应加速度； 全力爬坡时，没有Fj， Ft与（Ff+Fw）之差反应爬坡度。
当加速时间不易定量计算时，有时可以用加速度来代替。在给 定起始和终止速度的条件下，加速度越大，加速时间就越短。
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
1 dt du a
t dt
0
t
u2
u1
1 1 ua2 1 du du A a 3.6 ua1 a
由加速度曲线 做加速度倒数曲线， 再积分，即可求出 加速时间。
16
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
3）计算加速时间
i0
du g (D f ) dt
做出加速度曲线
计算加速度的倒数，并做出加速度倒数曲线，图解 积分即可计算加速时间。
17
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指标总结
Ft Fw 已知动力因数 D ，且 G
可见 D
Ft Ff Fi Fw Fj
du
gdt
Ff Fi Fj G
，即 D f i
和“驱动力-行驶阻力平衡图”的思想一样：
以最高车速行驶时，没有坡度和加速度，D与f平衡； 全力加速时，没有坡度， D与f之差反应加速度； 全力爬坡时，没有加速度， D与f之差反应爬坡度。
Ft=Ff+Fw
思考
当Ff+FW与Ft5没有 交点时，如何确定最高 车速？此时对应的发动 机工况如何？
' ua
Ff
uamax
3
奥迪A4 轿车驱动力—行驶阻力平衡图
8000 7000
6000
5000
4000
3000
Ft1 Ft2 Ft3 Ft4 Ft5 Ft6 Ff+Fw
F/N
2000
1000
0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310
由动力特性图确定动力性评价指标 du du f i D gdt gdt
各挡下的动力因数与车速的关系
1）计算最高车速
曲线就是动力特性图。由上述定
义可以看出，动力因数中已经扣 除空气阻力，所以图中只需再画 出滚动阻力系数线。
du 0 dt
i0
D f
f
uamax
15
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
10
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
3.确定最大爬坡度imax
du 0 dt
G sin
Fi Ft ( Ff Fw )
r CD Au a2 Gf cos 21.15
Ttqig i 0 T
Ft ( Ff Fw ) arcsin G
图。
这里的“行驶阻力”指的就是Ff+FW。
Ff
2
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
1.确定uamax
一般情况下，并不需要以最高车速行驶。此时， 驾驶者可以减小节气门开度，使发动机工作在部 分负荷状态下，驱动力与行驶阻力仍然平衡。
最高车速行驶时 Fi=0 Fj=0 发动机以部分 负荷工作即可
么时候换挡可以使加速
时间最短？
“原地起步”的讨论
8
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
积分时可 以将积分区域 划分成若干个 小区间，采用 图解积分的方 法求面积和。
9
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
计算得到的加速度曲线
直接挡加速 所用时间较短
Ⅱ挡原地起步换挡加速
5
第一节 汽车的动力性指标
2.加速时间t
汽车的加速时间有两个含义，单位均为s。 （1）原地起步加速时间：汽车由Ⅰ挡或Ⅱ挡起步，并 以最大的加速强度（包括选择恰当的换挡时机）逐步换 至最高挡后到某一预定的车速或距离所需的时间。 （2）超车加速时间：用最高档或次高挡由某一较低车 速全力加速至某一高速所需的时间。
第三节 汽车的驱动力—行驶阻力平衡 图与动力特性图
本节内容结束
下一节
19
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
Ft Ff Fi Fw Fj
Ft Fw du G gdt
D Ft Fw D—动力因数。 G
思考：动力因数能否反映汽 车动力性的好坏？已知哪些 参数可做出动力特性图？
14
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图