1-3 驱动力与行驶阻力平衡图
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 驱动力与行驶阻力平衡图
F f Fw Gf
2 C D Au a
21.15
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HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile
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3).确定加速能力
HBQY
D f i
du
g dt du g (D f ) dt
令i 0
根据动力特性图，可求出各档任何车速下的 D-f值，用上式计算出du/dt-ua关系，即可画 出各档的aj-ua曲线，再按照前面求加速度的 办法，作出加速时间曲线。
1).求最高车速
HBQY
则最高档 D与f曲线 交点对应 的车速即 为最高车 速uamax 。
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2).求各档的爬坡能力
HBQY
D f i
du
g dt
du 令 0 dt
1.动力因数D
HBQY
Ft F f Fw Fi F j du Ft Fw F f Fi F j Gf cos G sin m dt G du G du G(f i) G g dt g dt Ft Fw du 称为道路阻力系数 G g dt
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汽车的动力性
汽车的动力性汽车的动力性是指汽车直线行驶在良好路面上所能达到的平均行驶速度。
1 汽车动力性的评价指标汽车的最高车速Vamax（km／h）：是指在水平良好的路面（混凝土或沥青路）上汽车能达到的最高行驶车速。
加速能力：是指汽车在各种行驶条件下迅速提高行驶速度的能力。
评价指标：原地起步加速时间和超车加速时间。
汽车的最大爬坡度imax（％）：汽车的最大爬坡度是指满载时汽车在良好路面上能顺利通过的最大坡度。
爬坡能力是指车辆在一定坡长及坡度上匀速连续爬坡的能力。
2 汽车动力性的测定条件道路：水泥或沥青路面，干燥、清洁和平直路段，路面最大坡度i≤3％，测试路段长度大于3km。
温度为0~35℃，大气压99.33～101.99kPa，风速不大于3rn／s。
装载：满载、均匀；3 汽车的受力分析汽车的驱动力与行驶阻力的平衡关系式称为汽车的行驶方程式。
即Ft=∑F阻=Ff+Fw+Fi+Fj3.1 汽车的驱动力Ft发动机产生的有效转矩，经传动系传到驱动轮上，此时作用于驱动轮上的转矩Ｍt（N．m）产生一个对地面的圆周力Fo，地面对驱动轮的反作用力Ft，（方向与Fo相反）即是汽车的驱动力，单位为N。
其数值为Ft＝Ｍt/R Mt= Me .ig.io.η式中，R一车轮半径，m。
Me―发动机输出的有效转矩，N ·m ; ig―变速器的传动比；io―主减速器的传动比；η―传动系的传动效率。
3.1.1 发动机转矩发动机的功率Pe、转矩Me以及燃油消耗率ge与发动机曲轴转速n之间的函数关系。
常以曲线表示，则曲线称为发动机的速度特性曲线，如图1所示。
发动机外特性曲线：加速踏板位置最大即发动机节气门全开时的速度特性曲线；发动机特性曲线常是在试验台上未带空气滤清器、水泵、风扇、消声器、发电机等条件下测得的，带上全部附件时的发动机特性曲线称为使用特性曲线。
3.1.2 传动系的机械效率发动机所发出的功率Pe，经传动系传至驱动轮的过程中，为克服传动系各部件中的摩擦，会消耗掉一部分功率Pt，传动系的机械效率为η＝1一Pt／Pe传动系功率损失可分为机械损失和液力损失。
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
汽车的驱动力行驶阻力平衡图与动力特性图.ppt
驱动力Ft, N
Ft1
Ft 2 Ft3
Ft 4
Ff Fw
Ff
车速ua，km/h 汽车驱动力－行驶阻力平衡图
3. 最大爬坡度
驱动力Ft, N
Ft1
最高挡的最大爬坡度：减少通常坡度 下频繁换挡，避免汽车行驶速度下降
Ft 2 Ft 3
Ft4 Ff Fw
Ff
车速ua，km/h 汽车驱动力－行驶阻力平衡图
☆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均值 =0.2~0.4s)。
☆计算加速时间的用途：确定汽车加速能力；传 动系最佳匹配；合理选择发动机的排量。
3. 最大爬坡度
其前提条件是路面良好，克服 Fw+Ff 后的全部力都用于克服坡道阻力，即
du dt aj 0 Ft Ff Fw Fi Fi Ft (Ff Fw )
m g sin Ft (Ff Fw )
3. 最大爬坡度
Ff m g f cos m g f (假设cos 1)
Fw
CD Aua2 21.15
3. 最大爬坡度
g
(D
f)
§1.3 汽车的驱动力－行驶阻力平 衡图与动力特性图
行驶方程式反映了汽 车行驶时，驱动力和
外界“阻力”之间的
普遍关系。
便可分析汽车在附着条件良好路面上的行驶能力。 即在油门全开时，汽车可能达到最高车速、加速能 力和爬坡能力。
§1.3 汽车的驱动力－行驶阻力平 衡图与动力特性图
驱动力与行驶阻力平衡图定义
2. 加速能力
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
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
汽车理论课程设计
精心整理《汽车理论》设计报告汽车动力性、经济性的计算机模拟目录1汽车驱动力图 (1)1.1汽车驱动力图简介 (1)1.2汽车驱动力图 (2)2汽车驱动力-行驶阻力平衡图 (2)2.12.233.13.244.14.255.1汽车动力特性图简介 (6)5.2汽车动力特性图 (6)6汽车功率平衡图 (6)6.1汽车功率平衡图简介 (6)6.2汽车功率平衡图 (7)7汽车百公里油耗图 (7)7.1汽车百公里油耗图简介 (7)7.2汽车百公里油耗图 (8)参考文献 (8)附录 (8)汽车动力性、经济性的计算机模拟张少波（）摘要：通过MATLAB 计算机软件进行汽车动力性、经济性的计算机模拟，模拟得出汽车的各种特性曲线。
包括：驱动力图，驱动力-行驶阻力平衡图，爬坡度图，加速度图，动力特性图，功率平衡图，百公里油耗图。
同时对汽车特性曲线的计算公式加以统计汇总学习。
因此驱动力为（1.3）汽油发动机使用外特性的Tq-n 曲线的拟合公式为（1.4）一般用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F t -u a 来全面表示汽车的驱动力，称为汽车的驱动力图。
设计中的汽车有了发动机的外特性曲线、传动系的传动比、传动效率、车轮半径等参数后，即可用式（1.1）求rT 0t T g tq i i T η=出各个档位的F t 值，再根据发动机转速与汽车行驶速度之间转换关系求出u a ，即可求得各个档位的F t 于u a 曲线。
发动机转速与汽车行驶速度之间的关系式为（1.5） 式中，u a 为汽车行驶速度（km/h ）;n 为发动机转速（r/min ）;r 为车轮半径（m ）; i g 为变速器传动比；i 0为主减速器传动比。
另：实际行驶中，发动机常在节气门部分开启下工作，相应的驱动力要比它小。
1.2汽车驱动力图其车辆基本参数见附录1，其Matlab 程序见附录2。
轮胎的构造、材料、气压等有关。
这里选取滚动阻力系数为良好的沥青或混凝土路面滚动阻力系数。
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。
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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。
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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？
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
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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 u0u1、u0u2、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)
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。
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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
a) 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。
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1、确定汽车的最高车速
HBQY
最高挡时发动机最高转速对应的车速为汽车最高车 速uamax。
iD f
即各档D与f曲线之间的垂直线段。 在一档时能爬上的坡度较大，用上式计算欠 精确，应改为：
sin 1max D1max f cos 1max D1max f 1 D12max f 2 1max arcsin 1 f 2 imax tg max
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HBQY
4、确定汽车的爬坡能力
令：Q Ttq ig ioT rG C D Au 21.15G
2 2
2 a
max
Q 1 f Q arcsin 2 1 f
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
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HBQY
一、驱动力行驶阻力图
汽车行驶方程式：
Ft F f Fw Fi F j
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加速时间的计算
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（3）作出t-ua曲线。
注意：
1).换档时车速不变。 2).不计换档时间。
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(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 a
21.15
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各类汽车 D1max: 0.3左右 D0max: 中大型客、货 0.04~0.06 轿车 0.1左右
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2、动力特性图
HBQY
若将各档的动力因数与 车速的关系用曲线表 示，称为动力特性图。 仍将水平良好路面上的 滚动阻力曲线（f-ua） 画上去。 显然有几个档位就 有几条D曲线，且形状与 Ft曲线相似。
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3、确定汽车Байду номын сангаас加速能力
HBQY
b.加速时间的计算
du aj dt
un
t
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）
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1).求最高车速
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则最高档 D与f曲线 交点对应 的车速即 为最高车 速uamax 。
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2).求各档的爬坡能力
HBQY
D f i
du
g dt
du 令 0 dt
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1.动力因数D
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令
Ft Fw du du D f i G g dt g dt
D称为动力因数，表示扣去空气阻力后 单位车重得到的驱动力。 D越大，汽车的动力性就越好。
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3、确定汽车的加速能力
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a.加速度的计算
由
Ft Ff Fw Fi Fj
du 此时 i 0 Fj Ft (Ff Fw ) m dt du 1 Ft (Ff Fw ) aj dt m
二.驱动力-行驶阻力图的应用
HBQY
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
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1、确定汽车的最高车速
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3).确定加速能力
HBQY
D f i
du
g dt du g (D f ) dt
令i 0
根据动力特性图，可求出各档任何车速下的 D-f值，用上式计算出du/dt-ua关系，即可画 出各档的aj-ua曲线，再按照前面求加速度的 办法，作出加速时间曲线。
b) 若汽车最高挡驱动力Ft5 与Ff+Fw 曲线无交点，则
ua max
ne r 0.377 ig i0
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2、确定剩余驱动力
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各Ft曲线与(Ff+Fw)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。
利用驱动力—行驶阻力平衡图可算出aj-ua的关系。
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汽车的加速度曲线
HBQY
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i tg imax tg max
显然最大爬坡度为I档的最大爬坡度。
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汽车的爬坡度图
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iImax：
轿车 30~ 50 % 货车30%~ 40%
i0max：
1.动力因数D
HBQY
Ft F f Fw Fi F j du Ft Fw F f Fi F j Gf cos G sin m dt G du G du G(f i) G g dt g dt Ft Fw du 称为道路阻力系数 G g dt
轿车 7% ~ 20% 货车4% ~10%
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三、动力特性图
HBQY
1、动力因数 2、动力特性图 3、动力特性图的应用
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2 Ttq i g ioT C D Au a du 或： Gf cos G sin m 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。
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3、动力特性图的应用
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1) 求最高车速 2) 求各档的爬坡能力 3) 确定加速能力