汽车理论第一章 动力性
汽车理论
第一章 汽车的动力性汽车的动力性：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。
汽车的动力性指标：1.最高车速uamax 2.加速时间t 3.最大爬坡度imax 汽车的加速时间表示汽车的加速能力。
原地起步加速时间只汽车由1档或者2档起步，以最大的加速强度逐步换挡至最高档后到某一预定的距离或者车速所需要的时间。
驱动力Ft ：发动机产生的转矩经传动系传到驱动轮，产生驱动力矩Tt ，驱动轮在Tt 的作用下给地面作用一圆周力F0，地面对驱动轮的反作用力Ft 即为驱动力Tt —驱动力矩 Ft 与发动机转矩Ttq 、变速器传动比ig 、主减速器传动比 i0、传动系的机械效率ηT 和车轮半径 r 等因素有关。
传动系功率损失课分为机械损失和液力损失两大类 车轮的半径自由半径：车轮处于无载时的半径。
静力半径rs ：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rr ：车轮几何中心到速度瞬心的距离。
传动系的机械效率ηTPin —输入传动系的功率；PT －传动系损失的功率等速行驶时 汽车的驱动力图 依据下面两式以及发动机外特性曲线做出的Ft - ua 关系图，即驱动力图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 滚动阻力：车轮滚动时，轮胎与路面的接触区域产生法向、切向的相互作用力以及相应的轮胎和支撑面的变形。
轮胎的迟滞损失：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。
轮胎的两个最重要参数：极限速度和承载量驻波现象：在高速行驶时，轮胎离开地面后因变形所产生的扭曲并不立即恢复，其残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，而呈明显的波浪形。
轮胎刚离开地面时波的振幅最大，它按指数规律沿轮胎圆周衰减。
汽车理论第一章汽车的动力性.ppt
Ff 滾動阻力 Fw 空氣阻力 Fi 坡度阻力 Fj 加速阻力
（一）滚动阻力 由轮胎的迟滞变形和路面变形引起。 迟滞损失表现为阻碍车轮滚动的一种阻力偶。
由平衡条件得 Fx1r Tf
故
Fx1
Tf r
Fz
a r
令 f a ，且考虑到
r
FZ 与 W 的 大 小 相 等 ， 常 将Fx1写作
a)
b)
2）车尾越细长，空阻越小，当然要与车头的形状配 合好。但车尾过长，车内空间利用差。
曾设想过两种缩短车尾的方法：做成拟流线体（图a） 和在适当长处将流线体截断（图b）。结果表明：后者有 较低的空气阻力系数。
从降低CD的角度出发，轿车总的发展趋势是流线型， 实现的细节可见教材。
车身尺寸与风阻
除车身形状外，人们发现汽车基本设计尺寸与空气 阻力之间存在着一定的关系。当然，轿车的基本尺寸是 考虑人体尺寸模型及功能两方面因素而定的，不可能按 风阻－汽车尺寸来确定。但了解两者的关系可以使设计 者适当兼顾到这两方面的要求。
空气阻力的测量——风洞试验
S
rr 2 nw
对汽车作动力学分析时，应该用静力半径rs ；而作 运动学分析时，应该用滚动半径rr 。但一般情况下不计 它们之间的差别，统称车轮半径，即
rs rr r
（四）汽车的驱动力图
发动机外特性确定的驱动力与车速之间的函数关系 曲线Ft－ua称为汽车的驱动力图。发动机转速与来自车行驶速度之间的关系为ua
2 rn
igi0
60 1000
0.377
rn igi0
Ft
Te
n i0igt
r
n, i0 , ig
驱动力图中的驱动力是根据发动机外特性求得的， 它是使用各挡位时在一定车速下的汽车能发出的驱动力 的极值。实际行驶中，发动机常在节气门部分开启的情 况下工作，相应的驱动力要比它小些。
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S rr 2 n w
一般可不计差别： rs ≈ rr ≈ r
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4.汽车的驱动力图
发动机外特性确定的是发动机输出转矩和转速关系。 经传动系到达车轮后，可表示为驱动力与车速间的关系。
F t
T t tqigio r
Ttq
rn ua 0.377 igio
单位 ua: km/h
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部分国产汽车动力性指标
新东风标致307 最高车速 179 km/h 0-100km/h加速时间 10.7s 新赛欧SRV 1.6 SL
最高车速 180 km/h 0-100km/h加速时间 12.7s
蒙迪欧新装版 2.0自动挡 最高车速 190 km/h 0-100km/h加速时间 13.8s
第一章 汽车的动力性 汽车的动力性定义：
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。
基本概念：
动力性的评价指标 汽车的驱动力与各种行驶阻力 汽车行驶的驱动—附着条件
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第一章 汽车动力性
重点内容：
驱动力—行驶阻力平衡图 分析汽车动力性的方法 （图解法） 动力特性图
汽车各部件的传动效率
机械变速器的轿车： η T =0.9~0.92 货车、客车： η T =0.82~0.85
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3）车轮半径
三个半径 自由半径r0 车轮处于无载荷时的半径。 静力半径 rs 汽车静止时，车轮中心至轮胎与地面接触面间的距离。 用作动力学分析。 滚作运动学分析。
根据驱动轮转矩Tt与发动机转矩Ttq的关系
F t
T t tqigio r
汽车是匀速？加速运动？
汽车理论
第一章 汽车的动力性1、 汽车的动力性系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、汽车的动力性主要可由三方面的指标来评定，即：汽车的最高车速、汽车的加速时间、汽车能爬上的最大坡度。
最高车速是指在水平良好的路面上汽车能达到的最高行驶车速。
汽车的加速时间表示汽车的加速能力，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。
汽车的上坡能力是用满载（或某一载质量）时汽车在良好路面上的最大坡度表示的。
显然，最大爬坡度是指一档最大爬坡度。
3、汽车的驱动力：汽车发动机产生的转矩，经传动系传至驱动轮上。
此时作用于驱动轮上的转矩t T 产生一对地面的圆周力0F ,地面对驱动轮的反作用力t F 即是驱动汽车的外力，此外力称为汽车的驱动力。
4、发动机的功率、转矩以及燃油消耗率与发动机曲轴转速之间的函数关系以曲线表示，则此曲线为发动机特性曲线。
5、输入传动系的功率in P 经传动系传至驱动轮的过程中，为了克服传动系各部件中的摩擦，消耗了一部分功率T P ，传动系的机械效率为inT in T P P P -=η。
传动系功率损失可分为机械损失和液力损失两大类。
机械损失是指齿轮传动副、轴承、油封等处的摩擦损失，液力损失指消耗于润滑油的搅动、润滑油与旋转零件之间的表面摩擦等功率损失。
液力损失与润滑油的品种、温度、箱体内的油面高度以及齿轮等旋转零件的转速有关。
6、自由半径：车轮处于无载时的半径。
静力半径：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：以车轮转动圈数与实际车轮滚动距离之间的关系换算，则可求得车轮的滚动半径为：wr n S r π2=。
对汽车作动力学时，用静力半径，作运动学分析时，用滚动半径。
7、一般根据发动机外特性确定的驱动力与车速之间的函数关系曲线a t u F -来全面表示汽车的驱动力，称为汽车的驱动力图。
8、汽车在水平道路上等速行驶时，必须克服来自地面的滚动阻力和来自空气的空气阻力。
汽车理论第五版重点
用在汽车外形表面上的法向压力的合力在行驶方向上的分力）、摩擦阻力 FW=1/2CDAρur2(CD—空气阻
力系数；A—迎风面积； ur —相对速度；ρ—空气密度=1.2258) FW
CD AU a2 21.15
上式必须按指定的单位
计算，得到的空气阻力 FW 单位就是 N。
35. 压力阻力：作用在汽车外形表面上的法向压力的合力在行驶方向上的分力。
ｉ，
du dt
为使用参）
46. 驱动力-行驶阻力图：在驱动力图的基础上，画出 Ff+ FW =f( ua )就是驱动力行驶阻力平衡图。
确定最高车去 uamax : Fi 0, Fj 0, Ft Ff FW
du 1 47. 确定加速时间 t： Fi =0， dt = m (Ft-(Ff+ FW ))
10. 驱动力 Ft：发动机产生的转矩经传动系传到驱动轮，产生驱动力矩Tt ，驱动轮在Tt 的作用下给地面作
用一圆周力Ｆo，地面对驱动轮的反作用力
Ft
即为驱动力。地面驱动轮的反作用力 Ft
Tt r
Ttq ig i0T r
( Ttq
发动机转矩 ig 变速器传动比 i0 主减速器传动比T 传动系的机械效率）
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。
23. 滚动阻力 Ff 产生的原因：轮胎（主要）、路面变形产生迟滞损失
24. 轮胎的迟滞损失：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
Tf 2 r
FX 2
FZ 2
汽车理论各章知识点
第一章汽车的动力性1汽车动力性：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汽车动力性主要由三方面指标来评定：1）汽车的最高车速µamax：是指在水平良好的路面（混凝土或沥青）上汽车能达到的最高行驶车速2）汽车的加速时间t：表示汽车的加速能力。
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原地起步加速时间指汽车由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距离或车速所需的时间。
超车加速时间指用最高档或次高挡由某一较低车速权利加速至某一高速所需的时间3）汽车的最大爬坡度ⅰmax：是指Ⅰ挡最大爬坡度。
汽车的上坡能力实用满载（或某一载质量）时汽车在良好路面上的最大爬坡度ⅰmax表示的。
3汽车的驱动力：地面对驱动轮的反作用力Ft（方向与Fo相反）即是驱动汽车的外力，此外力称为汽车的驱动力。
4汽车驱动力公式Ft=5汽车驱动力图6汽车的行驶阻力的分类1）滚动阻力Ff2）空气阻力Fw（汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力）空气阻力分为压力阻力与摩擦阻力两部分压力阻力又分为四部分：形状阻力、干扰阻力、内循环阻力、诱导阻力3）坡度阻力Fi（汽车重力沿坡道的分力表现为汽车的坡度阻力）道路阻力：由于坡度阻力和滚动阻力均属于与道路有关的阻力，而且均与汽车重力成正比，故可以把这两种阻力合在一起称作道路阻力4）加速阻力Fj（汽车加速行驶时，需要克服其质量加速运动时的惯性力）7汽车行驶方程式Ft=Ff+Fw+Fi+Fj (N)Ff=Wf f-滚动阻力系数 W-车轮负荷Fw=C D Au a²/21.15 C D-空气阻力系数A-迎风面积m²u a-汽车行驶速度km/hFi=Gsinα G-汽车重力Fj=δm d u/d t δ-汽车旋转质量换算系数 m-汽车质量kg d u/d t 行驶加速度m/s²第二章汽车的燃油经济性1汽车的燃油经济性：在保证动力性的条件下，汽车以尽量少的油消耗量经济行驶的能力2汽车燃油经济性的评价指标：汽车的燃油经济性常用一定运行工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量或一定燃油量能使汽车行驶的里程来衡量。
汽车理论重点
汽车理论第一章汽车的动力性汽车的动力性是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。
1.1 汽车的动力性指标汽车动力性主要由汽车的最高车速、加速时间和最大的爬坡度三个指标来评定.一．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（混凝土或沥青）上所能达到的最高行驶速度.以符号uamax表示，单位为km/h。
二．汽车的加速时间汽车的加速时间t反映汽车的加速能力。
常用汽车原地起步加速时间与超车加速时间来表明。
原地起步加速时间:在无风的条件下，由停车状态起步后以最大加速强度连续换到最高档后，到某一预定的距离或车速所需的时间。
预定距离常用400m 或1000m,预定车速常用100km/h或80km/h。
超车加速时间：在无风的条件下，用最高档或次高档，由一预定车速全力加速到某一高速所需的时间。
没有一致的规定,多用由30km/h或40km/h加速到某一高速。
三．最大爬坡度汽车的最大爬坡度imax反映汽车的爬坡能力.是指汽车在满载（或某一载质量)无风的条件下，在良好的路面上以最低前进档所能爬的最大坡度。
一般越野车imax可达60％即31°左右.一些国家还规定汽车在常遇的坡道上能以一定的速度行驶来表明汽车的爬坡能力。
如要求单车在3％的坡度上能以60km/h的车速行驶.汽车的驱动力与行驶阻力确定汽车的动力性,首先要分析沿行驶方向作用于汽车的各种外力，即驱动力与行驶阻力.根据这些力的关系，建立汽车行使方程式,就可以估算汽车的最高车速,加速度和最大爬坡度.汽车的行驶方程式为:汽车的驱动力如图1－2。
作用在驱动轮上的转矩Tt，对地面作用一圆周力F0,此时地面对驱动轮的反作用力Ft,即是驱动汽车行驶的外力，定义为汽车的驱动力.Ft = Tt / r驱动力公式若以Ttq表示发动机的输出扭矩，ig表示变速器的传动比，i0表示主减速器的传动比，ηT表示传动系的机械效率，则作用在驱动轮上的转矩Tt为Tt＝Ttqigi0ηT （Nm)Ft＝Ttqigi0ηT /r （N)由上式可知，汽车的驱动力Ft与发动机转矩、传动系机械效率和传动比及车轮半径有关。
汽车理论
2）由比功率确定发动机功率
汽车比功率
1000Pe CD A fg ua m a u3 x m 3.6ηT 76.14mηT
a max
4、最小传动比的选择：原则：兼顾动力性和经济性 考虑方面：最高车速和汽车后备功率
uamax / u P =1，动力性和燃油经济性都比较好；
< 1，动力性差，燃油经济性好； >1，动力性好，燃油经济性差。 5、驾驶性能：指加速性、动力装置的转矩响应、噪声和振动。 最小传动比过小，汽车在重负荷下工作，加速性不好，出现噪声和振动。 最小传动比过大，燃油经济性差，发动机高速运转的噪声大。 6、最大传动比的选择：1）满足汽车的最大爬坡度：
16、汽车的功率平衡：汽车行驶的每一瞬间，发动机发出的功率始终等于机械传动损失功率 与全部运动阻力所消耗的功率。
Pe
T
ua
F F
f
w
Fi Fj
Pe
3 Giua mua du 1 Gfua CD Au a T 3600 76140 3600 3600 dt
rr0w
rr0w
rr0w 完全拖滑时w 0
8、滑动率：车轮接地处的滑动速度与车轮中心运动速度的比 值。滑动率的数值说明了车轮运动中滑动成分所占的比例。
s
uw rr0w 100% uw
FZ
9、 制动力系数 FX b ： 地面制动力与作用在车轮上的垂直载 b 荷的比值。 10、峰值附着系数 p ：制动力系数的最大值，一般出现在 s =15%～20% 11、滑动附着系数 s ：s =100%时的制动力系数 12、侧向力系数 FY ：地面作用于车轮的侧向力与车轮垂直 l
FZ
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汽车理论复习题
汽车动力性
1．什么是汽车的动力性,其评价指标是什么?
2．什么是汽车的驱动力，它与汽车的结构参数及发动机的性能有何关系？
3．汽车的车速如何计算？它与发动机转速及传动系参数的关系？
4．何为发动机的外特性与使用外特性？两者有何差别？计算汽车动力性时应使用何种发动机特性？
5．车轮的自由半径、滚动半径、静力半径及动力半径的含义及使用场合？
6．何为汽车的驱动力图？当已知发动机使用外特性及汽车响应结构参数时，如何做汽车的驱动力图？
7．汽车的滚动阻力有哪几项构成？
8．试解释轮胎滚动阻力产生的机理、作用的形式及计算。
9．简述滚动阻力系数的影响因素。
10．简述空气阻力的定义、计算方法以及减少空气阻力系数的措施。
11．分别说明传动系两种功率损失（机械损失和液力损失）的具体表现形式。
12．试述弹性物质的迟滞现象。
13．何为汽车的加速阻力？说明汽车旋转质量换算系数的含义。
14．汽车行驶方程式及其物理含义？
15．汽车行驶的附着条件、驱动条件指什么？改变何种因素可以提高汽车的附着力？16．何为汽车的附着力和附着系数？
17．如何作汽车的驱动力---行驶阻力平衡图？利用驱动力---行驶阻力平衡图分析汽车的动力性？
18．何为汽车的动力因数及其表达式？如何求作汽车的动力特性图并利用其分析汽车的动力性？
19．何为汽车的功率平衡方程式和功率平衡图？
20．简述后备功率的概念及其意义。
利用后备功率分析汽车动力性。
后备功率对汽车燃油经济性的影响原因？
21.一轿车P
emax = 90KW，n P= 5600 r/min, T
tqmax
= 167 Nm, n
tq
= 4000r/min, i
=3.9,
C D A=1.2m2，m =3500Kg，η
T
=0.90，r = 0.30m , f = 0.01，试确定该车以直接档行驶
时，发动机发出最大功率的情况下能达到的车速是多少？该档的最大动力因数D
max 是多少？
22.已知某汽车的总质量m=5000kg,C
D
=0.85,A=4.2m2,旋转质量换算系数δ=1.04,坡度角α=3°,f=0.012, 车轮半径r r=0.367m,传动系机械效率ηT=0.90,加速度
dV/dt=0.25m/s2, u
a
=25km/h,此时克服各种阻力功率需要的发动机输出功率是多少？23.一货车为后轴驱动，其总质量为2800kg，前轴负荷为65%，后轴负荷为35%，四挡变
速器的传动比分别为：6.09, 3.09, 1.71, 1.00，旋转质量换算系数均计为1.13，且主
传动比为6.01，传动效率为0.85，滚动阻力系数为0.02，质心高度为0.68m，C
D
A为2.3m2，轴距为2.8m，车轮半径为0.38m，发动机最大扭矩为80Nm。
空气升力不计。
试计算：
a) 当在平直的路面上以匀速180km/h行驶时所需要的路面附着系数。
b) 在ϕ=0.35的路面上能否达到最大的爬坡度，如不能该怎样改变汽车的结构参数使其达到最佳的爬坡能力。
24.某型汽车为前轴驱动，其总质量为2200kg，前轴负荷为62%，后轴负荷为38%，四挡变速器的传动比分别为：6.09, 3.09, 1.71, 1.00，旋转质量换算系数均计为1.23，且
主传动比为5.8，传动效率为0.88，滚动阻力系数为0.02，质心高度为0.63m，C
D
A为1.9m2，轴距为2.6m，车轮半径为0.38m，发动机最大扭矩为140Nm。
空气升力不计。
试计算
a) 在ϕ=0.6的路面上，在直接挡时此车的最大动力因数。
b) 在ϕ=0.5的路面上，此车的最大爬坡度。
25．为什么要使用无级变速器？。