汽车驱动力和行驶阻力
汽车正常行驶具备的基本条件
汽车正常行驶具备的基本条件
汽车正常行驶具备的基本条件是：发动机要有足够的驱动力，驱动车轮与路面间要有足够的附着力，足以克服行驶时的各种阻力，它们之间应满足以下关系：附着力≥驱动力≥行驶总阻力保证汽车正常行驶的条件包括汽车行驶的必要条件：牵引力大于或等于行驶阻力；
汽车行驶的充分条件：当驱动力F1=滚动阻力P1+空气阻力P2+上坡阻力P3+加速阻力P4时汽车等速行驶。
汽车行驶的必要条件：牵引力大于或等于行驶阻力；发动机输出的动力通过变速箱、传动系统到达驱动轮，驱动轮在路面滚动，形成推动汽车前进的动力，即牵引力。
牵引力大于阻力，汽车加速前进；牵引力小于阻力，汽车减速；牵引力等于阻力，汽车保持匀速状态。
阻力的构成包括路面对汽车的阻力，空气阻力（风阻）以及上坡等效而成的“坡道阻力”。
汽车行驶的充分条件：当驱动力F1=滚动阻力P1+空气阻力P2+上坡阻力P3+加速阻力P4时汽车等速行驶。
F1P1+P2+P3+P4时汽车加速行驶。
1-3 驱动力与行驶阻力平衡图
F f Fw Gf
2 C D Au a
21.15
湖北汽车工业学院汽车工程系
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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汽车动力学ppt课件
rr
S
2nw
一般可不计差别： rs≈ rr ≈ r
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。
由式（1）得各档位的 Ft值。
发动机转速n与汽车行
驶速度ua间的关系
ua
0.377
rn ig io
单位 ua: km/h n: r/min r: m
之间的函数关系。用试验曲线或拟合多项式表达。
▪发动机外特性曲线：发动机 节气门置于全开位置
▪发动机部分负荷特性曲线： 发动机节气门置于部分开启位 置
台架试验特性曲线：发动 机台架试验时所获得的曲线。
使用外特性曲线：带上全 部附件时的外特性。与台架试 验特性相差5~15%。
2）传动系机械效率
传动系各部件（变速器、万向节、主减速器）的摩擦导 致的功率损失。由试验测得。
Ft≤ FZ ·φ 对后轮驱动汽车：
FX2/ FZ2 = Cφ2 φ， 式中， Cφ2——后轮驱动汽车驱动轮的附着率
对前轮驱动汽车，前轮驱动的附着率也不能大于 地面附着系数。
将驱动条件和附着条件连起来，有：
Ff+Fw+Fi≤Ft≤FZ·φ
此即汽车行驶的必要与充分条件，称为汽车行驶 的驱动-附着条件。
一、驱动力
1.定义
发动机产生的转矩，经传动系至驱动轮，转矩Tt对地面 产生圆周力Fo，地面对驱动轮的反作用力Ft即为驱动力。
2.表达式
Ft =Tt /r r—车轮半径
驱动轮转矩Tt与发动机转矩 Ttq的关系为：
故：
Ft
Ttq ig iot
r
3.表达式涉及的几项具体内容
汽车的动力性与行驶阻力
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
P= e
Ttqn 9550
7
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
发动机转速特性曲线
8
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
带上全部附件设备时的 发动机特性曲线，称为使用 发动机特性曲线，称为使用 外特性曲线。一般，使用外 外特性曲线。一般， 特性与外特性相比： 特性与外特性相比： 汽油机的最大功率约小 汽油机的最大功率约小 15%； ； 货车柴油机的最大功率 约小5%； ； 轿车与轻型货车柴油机 的最大功率约小 的最大功率约小10%。 。
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
思考
传动系损失的功率P 主要与哪些因素有关？ 传动系损失的功率 T主要与哪些因素有关？ 转矩 机械损失
Ttq大 损失大 损失的比重小 ηT高
齿轮对数
齿轮对数少 损失小 ηT高 直接挡η 直接挡 T最高
PT
润滑油品质 温度 液力损失 油面高度
过低， 过低，热容量小 过高， 过高，搅油损失大
nmax
6200 143 5477 54.9
17
奥迪 A4 轿车驱动力图
8 00 0
7 00 0
6 00 0
Ft 1 Ft 2
5 00 0 Ft 3
F t/N
Ft 4 4 00 0 Ft 5 3 00 0 Ft 6
2 00 0
1 00 0
0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10 0 1 10 12 0 13 0 1 40 15 0 16 0 1 70 1 80 19 0 20 0 2 10 22 0 23 0 2 40 25 0 26 0 2 70 2 80 29 0 3 00 3 10 32 0
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(第一章)
Ft
Ttqig i0T r
u a r r 2nw n 1 1 r 2 3600 ig i0 60 1000 0.377 rn ig i0
第一章
汽车的动力性
第二节
载荷
汽车的驱动力和行驶阻力
迟滞损失
2.2行驶阻力
2.2.1滚动阻力(硬路面)
产生原因
平移惯性力
旋转质 量换算 系数
惯性力偶矩
mr
2 2 g 0 2
T
影响因素：与加速度、变 速器类型、结构尺寸及档位 有关。
参考数据：P16图1-21
第一章
汽车的动力性
第二节
汽车的驱动力和行驶阻力
2.3汽车的行驶方程式
Ft F
Ttqig i0T r
Ft Ff Fw Fi Fj
8000 7000
6000 Ft1 5000 Ft2 Ft3 4000 Ft4 Ft5 3000 Ft6 Ff+Fw 2000
F /N
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
第二节
汽车的驱动力和行驶阻力
滚动阻力系数
a Fp 物理意义：单位车重之推力； f , 影响因素：路面、轮胎结构,材料,气压,行驶车速； r W
确定方法：试验或经验公式。
常见路面的滚动阻力系数的值
路面类型 良好的沥青或混凝土路面 一般的沥青或混凝土路面 碎石路面 良好的卵石路面 坑洼的卵石路面 压紧土路：干燥的 雨后的 滚动阻力系数 0.010~0.018 0.018~0.020 0.020~0.025 0.025~0.030 0.035~0.050 0.025~0.035 0.050~0.150 路面类型 泥泞土路（雨季或解冻期）
汽车驱动力行驶阻力平衡图(教案)
第一章 汽车动力性第三节 汽车动力性分析一、驱动力—行驶阻力平衡图、动力特性图和功率平衡图作用于驱动轮上的驱动力t F 为s t g 0t dT i i F r h =（1-14）式中：s T —使用状态的发动机转矩；t h —传动系机械效率，见表1-6；0,g i i —变速器和主减速器的速比；d r—车轮滚动半径。
汽车速度与发动机转速及传动系参数的关系式为a r g 023.60.37760nrnv r i i p =ﾻ，km/h（1-15）式中：a v —汽车速度，km/h ；r r —车轮滚动半径，m ；n —发动机转速，r/min 。
车轮滚动半径＝滚动圆周长/2p 。
对子午线轮胎可取r r ＝0.97×自由半径，对斜交轮胎取r r ＝0.95×自由半径。
车轮滚动半径是指车轮承受铅垂载荷和转矩时的半径，在硬路面上近似与单纯承受铅垂载荷的静力半径相等，其经验计算式为()[]λ-+=12/0254.0d b d r ，m （1-16）式中：d r —车轮滚动半径，m ；d —轮辋直径，m ；b —轮胎宽度，m ；λ—轮胎径向变形系数，额定胎荷时可取为0.1~0.16。
由发动机使用外特性曲线，按不同挡位，可绘制各挡的驱动力—车速曲线图，如图1-47所示。
同时在图上还画出了常见行驶阻力曲线f w F F +，这样就构成了驱动力—行驶阻力平衡图。
图1-47 驱动力－行驶阻力平衡图图1-48 动力特性图在阻力曲线与驱动力曲线的交点即有t f w F F F =+，车辆可在该车速下匀速行驶。
动力特性图是指动力因数—车速关系曲线（图1-48）。
动力因数定义为t w F F D G-= （1-17）利用动力特性图可以比较不同车重和空气阻力的车辆的动力性能。
驱动轮发出的驱动功率：t t sP P h =式中：P s —发动机使用状态下的功率。
图1-49 功率平衡图由于不同挡位对应的车速范围不同，各挡的车轮驱动功率与车速的关系曲线亦不同（图1-49所示）。
汽车纵向动力学基础2.1汽车动力性及评价指标
2.2.1、汽车的驱动力
1.定义
发动机产生的转矩，经传动系至驱动轮，转矩Tt对地面 产生圆周力Fo，地面对驱动轮的反作用力Ft即为驱动力。
2.表达式
Ft =Tt /r r—车轮半径
驱动轮转矩Tt与发动机转矩 Ttq的关系为：
故：
Ft
Ttqigiot
r
2.2.2发动机的速度特性
发动机的功率Pe、转矩Tqt及燃油消耗率b与曲轴转速n 之间的函数关系。用试验曲线或拟合多项式表达。
▪ 超车加速时间： 用最高档或次高 档由某一较低车 速（30km/h或 40km/h）全力加 速至某一高速所 需时间（s）。
如：部分轿 车的原地起步加 速过程曲线
3.最大爬坡度imax
汽车的上坡能力。以1档满载时汽车在良好路 面上的最大爬坡度表示。是极限爬坡能力。
▪ 轿车：一般不强调
▪ 货车： imax =30%（约16.5°） ▪ 越野汽车：imax =60%
二、汽车动力性指标
从获取尽可能高的平均速度考虑，动力性指标有： ➢ 最高车速 ➢ 加速时间 ➢ 最大爬坡度
1.最高车速uamax
在水平良好的路面上汽车能达到的最高行驶速度（km/h）。
2.加速时间t
表示汽车的加速能力。常用： ▪ 原地起步加速时间：汽车以1档或2档起步，并以最大加速强度
换至最高档后达到某一距离（0 402.5m或0 400m）或车速 （0 96.6km/h或0 100km/h）所需要的时间（s）。
2.2.3 传动系机械效率
传动系各部件（变速器、万向节、主减速器）的摩擦导 致的功率损失。由试验测得。
T
Pe PT Pe
1PT Pe
汽车各部件的传动效率
机械变速器的轿车： ηT =0.9~0.92 货车、客车： ηT =0.82~0.85
汽车理论余志生第一章
传动效率与档位，齿 轮啮合情况轴承和油封松 紧等有关。 变速器挡位 越高，传动效率越高；走 合期后的效率最高。 同一挡位，转矩增加 时，润滑油损失所占比例 减少，传动效率较高。同 一挡位，转矩不变时，转 速低时搅油损失小，传动 效率比转速高时要高。 对汽车进行初步的动 力性分析时，可把传动效 率看作一个常数。
Vehicle Tractive Performace
授课章节：：
第1章 汽车的动力性 1.1汽车的动力性指标 1.2汽车的驱动力与行驶阻力
目的要求：
掌握汽车动力性的三方面评价指标、掌握沿汽 车行驶方向作用于汽车的各种外力、并在此基础上 掌握汽车行驶方程式的建立。
重点难点：
动力性的三方面评价指标、汽车驱动力。
1）原地起步加速时间
一般常用0→400m或0→100km／h的秒数表示汽车的原地起步加速 能力。如大中型轿车和小型轿车起步加速到100km／h所需时间约为10～ 17s和12～25s。
所需的时间。
2）超车加速时间
是指用最高挡或次高挡由某一中等车速全力加速至某一高速
对超车加速能力无统一规定，有时用加速过程曲线全面反映加 速能力。
式中， Ttq——发动机的有效转矩； ig——变速器的传动比； i0——主减速器的传动比； ——传动系的机械效率。 T
如有轮边减速器、分动器、液力传动装置等要计入相应的传 动比和机械效率。
2. 汽车的驱动力Ft
式中，r ——为车轮半径； Ft——汽车的驱动力；
第二次课 授课章节：：
第1章 汽车的动力性 1.2汽车的驱动力与行驶阻力
最高行驶速度。
1. 汽车的最高车速uamax
最高车速是指在水平的良好路面上汽车能达到的
此时汽车应为一定载荷，油门开度最大，变速器为最 高挡。