第2讲 汽车行驶特性2-1

油污程度，汽车的行驶速度，以及汽车的构造，量测滚动阻 力系数 值的方法等都有关系。滚动阻力系数 的数值由实验确 定，在实际应用中可近似的按路面类型选用（表2.1.2）。
滚动阻力系数 f 路面类型 水泥混凝土及沥青混凝土路面 表面平整的黑色碎石路面 碎石路面 干燥平整的土路 潮湿不平整的土路
表 2.1.2 滚动阻力系数 f 0.01~0.02 0.02~0.025 0.03~0.05 0.04~0.05 0.07~0.15
1． 滚动阻力（ Rf ） 滚动阻力（ Rf ）是车轮在路面上滚动时，因路面与轮胎变形而 引起产生的阻力。它与路面种类、状态、车速、轮胎结构及充气 压力有关。滚动阻力 Pf 与轮胎负荷 G 成正比，即 Pf = fG 。全部车 轮上的滚动阻力即为：
Rf = fGa
其中 G —车轮负荷（N ） Ga —汽车总重量（N） f —滚动阻力系数。与路面状况、行驶速度、轮胎的性质 等多种因数有关。 滚动阻力系数 f 是车辆在一定条件下滚动时所需的推力与车轮 总重之比，即单位车重所需的推力。滚动阻力系数 f 是一个综合 性的阻力系数，其影响因数较多。它与轮胎的变形，轮胎与路面 间的摩擦，路面的平整度，路面的干燥潮湿程度，路面的清洁及
汽车传动系统： 汽车传动系统：
1．汽车发动机外特征曲线 ． 发动机输出的功率N与产生的扭矩 的关系 发动机输出的功率 与产生的扭矩M的关系： 与产生的扭矩 的关系：
M⋅n N= 9549 ( kW )
M n 2πr M⋅n N= ⋅ ⋅ = r 60 1000 9549
T r
M
发动机转速特性曲线： 发动机转速特性曲线： Ne-ne曲线、Me-ne曲线、耗油量 e-ne曲线 曲线、 曲线、耗油量q
第二节 1.动力因素和动力特性图
动力性能分析
汽车的动力性能是指汽车所具有的加速、上坡、最大速度等性能。改善汽车的动 力性能，可以提高运输生产率和降低运输成本，这是汽车设计者的任务；对于公路 设计者来讲，其任务是了解在公路上行驶的主要车型的动力性能，使所设计的公路 能很好地发挥汽车的动力性能。 将牵引平衡方程中的 Pw 移至等号前面，则得到
2．牵引力与曲轴扭矩的关系 ． 发动机曲轴上的扭矩M经过变速箱 （ 速比ik ） 和主 发动机曲轴上的扭矩 经过变速箱（ 速比 经过变速箱 传动器（速比i 传动器（速比 0）两次变速 两次变速的总变速比为：γ=i 两次变速的总变速比为： 0·ik； 传动系统的机械效率为η 传动系统的机械效率为 k<1.0； ； 传到驱动轮上的扭矩M 传到驱动轮上的扭矩 k为： Mk=Meγηk 驱动轮上的转速n 驱动轮上的转速nk为：
Gasi
坡道的坡度 （%） ，
nα
α
代表坡道的倾角（度） 则 ，
Gaco
Ga
i = h / s = tg α 。 如
α
图 2-7，汽车在坡上行驶时，坡度
Ri = ±Ga sin α
i
sα
阻力为 下坡为负）
图2-7 坡度阻力
（上坡为正，
o
因为道路纵坡坡度不会大于 10 ，可用 tan α 代替 sin α ，即有 tan α = sin α = i 故
三、.汽车的行驶条件 汽车的行驶条件
1.汽车行驶的必要条件 为使汽车运动，汽车的牵引力必须与运动时所遇到的各项阻力之和平衡，即
Ft = R f ± Ri + Rw ± R j
M e ik i0η M G dv KFV 2 = Ga f ± Ga i + ±δ a 或 r 13 g dt k
(2.1.29) (2.1.30)
3．汽车行驶对道路的基本要求： 汽车行驶对道路的基本要求： 安全：保证汽车的行驶稳定性 避免发生翻车、 保证汽车的行驶稳定性， 安全：保证汽车的行驶稳定性，避免发生翻车、倒 溜、侧滑等； 迅速：行驶速度——平均技术速度 行驶速度——平均技术速度。 迅速：行驶速度——平均技术速度。 经济：运输成本：低 经济：运输成本：低 运输生产率：高 评价汽车运输工作效率的指标有： 汽车运输生产率——周转率 汽车运输生产率——周转率 —— 运输成本——油料及轮胎消耗， ——油料及轮胎消耗 运输成本——油料及轮胎消耗，保养周期 舒适：视觉上：线形美观 赏心悦目， 视觉上：线形美观， 舒适： 视觉上：线形美观 ， 赏心悦目 ， 自然环境 与景观设计 生理上：平稳、不颠簸， 生理上：平稳、不颠簸，离心力小 心理上：轻松，有安全感，心情愉快。 心理上：轻松，有安全感，心情愉快。
Pt − Pw = G a ( f ± i ) ± Ga
t w
δ dv
g dt
（2.2.1）
等号左边的 P − P 称为汽车的有效牵引力 （或后备牵引力） 其值与汽车的构造和行 ， 驶速度有关；等号右边各项阻力与道路状况及行驶方式有关，一般不受行驶速度的 影响。对（2-18）式两侧除以汽车总重 G ，就得到汽车单位重量的无量纲牵引平衡方
第一节 汽车的动力、行驶阻力及行驶条件 一、汽车的牵引力 汽车的动力来源： 汽车的动力来源： 汽车行驶的动力来自它的内燃发动机。 汽车行驶的动力来自它的内燃发动机。 燃料在发动机里燃烧， 将热能转化成机械能， 燃料在发动机里燃烧 ， 将热能转化成机械能 ， 产 生有效功率N 生有效功率 e，使发动机的曲轴上具有扭矩Me， Me ， 通过传杆系统传到驱动轮，产生牵引力， 通过传杆系统传到驱动轮，产生牵引力，从而推动 汽车以一定的速度行驶。 汽车以一定的速度行驶。
Ri = ±Ga tan α = ±Ga i （N）
3.空气阻力 汽车在空气中运动，空气本身也有运动，两者综合形成的相对运动，造成对汽 车行驶的阻力。汽车在行驶中迎风面受空气阻碍所引起的阻力与汽车迎风面的压力、 形状、面积大小，汽车后面因空气稀薄产生的吸力及汽车表面与空气的摩阻等有关。 为了简化计算，采用集中作用的空气阻力 Rw 来等效各个影响因素的阻力作用，同时称 空气阻力 Rw 的作用点为汽车的风帆中心。 由空气动力学的研究和实验得知， 得 汽车在空气介质中运动时的阻力可用下式确 定
n n nk = = i 0i k γ
车速V与发电机转速关系： 车速V与发电机转速关系： n 60 nr V = 2πrr = 0.377 γ 1000 γ
(km / h)
3．汽车的牵引力力 ．
M k MγηT n N T= = = 0.377 MηT = 3600 ηT r r V V
( N)
二、汽车的行驶阻力
a
程，消去了汽车构造系数的影响。即
D=
Pt − Pw δ dv = f +i± Ga g dt
（2.2.2）
式中 Ri 前之“+”表示上坡， “—”表示下坡； Ri 前之“+”表示加速， “—”表 示减速， R f 与 Rw 恒为正值。 式（2.1.29）称为汽车的牵引平衡方程。即汽车的牵引力必须等于各项阻力之和。 这是汽车行驶的必要条件，亦称驱动条件，但必须明确，这还不是汽车行驶的充分 条件。
2.汽车行驶的充分条件 由上面分析可知，汽车行驶的第一个必要条件是：汽车的牵引力 可 必须大于等于汽车的行驶阻力。但牵引力的产生还必须靠路面对轮 胎提供足够的切向反力才能起作用。若轮胎与路面间摩擦力很小， 不能提供足够的附着力，则轮胎将在路面上打滑，甚至空转，汽车 仍不能前进。所以，汽车牵引力的发挥必须受到驱动轮与路面的附 着力限制，由此可得汽车行驶的第二个必要条件是：牵引力必须小 于或等于轮胎与路面间的最大摩擦力（即附着力） ，即 Ft ≤ G ϕ （2.1.30） 式中 ϕ —附着系数，随路面类别、潮湿程度等因素而异。 G —作用在所有驱动轮上的路面法向反作用力。 式 （2-.1.30） 称为汽车行驶的充分条件——附着条件。 （2.1.19） 式 和（2.1.30）结合起来即为汽车行驶的充分和必要条件，亦称为汽 车运动的驱动与附着条件。
N max M MN——最大功率所对应的扭矩， = 9549 n 最大功率所对应的扭矩， 最大功率所对应的扭矩 N N
nN——最大功率所对应的转速（r/min）； 最大功率所对应的转速（ 最大功率所对应的转速 ）
nM——最大扭矩所对应的转速 ／min)； 最大扭矩所对应的转速(r／ 最大扭矩所对应的转速 ；
发动机转速特性经验公式： 发动机转速特性经验公式：
功率 n n 2 n 3 + α2 ( ) −α3 ( ) N = N max α1 nN nN nN (kw)
式中：N 发动机的最大功率(kW)； 式中： max——发动机的最大功率 发动机的最大功率 ； nN——发动机的最大功率所对应的转速（r／min） 发动机的最大功率所对应的转速（ 发动机的最大功率所对应的转速 ／ ） M max − M N 扭距 M = M max − ( n M − n) 2 ( N ⋅ m) 2 (n N − nM ) 式中：M 最大扭矩（ 式中： max——最大扭矩（N·m）； 最大扭矩 ）
2.坡度阻力
在具有纵向坡度的公路上，当汽车上坡时，重力在平行路面方向的分力与 汽车行进的方向相反，阻碍汽车行驶，此称为坡度阻力或上坡阻力；下坡时， 其重力在平行路面方向的分力与汽车行进的方向相同，形成了坡度助力。坡 度阻力与车重力和公路的坡度角有关。 公路纵向斜坡的陡缓程度通常用坡度来表示，坡度是纵坡的垂直高度与其 水平长度之比的百分率。 若以 i 代表
式中： δ —汽车回转质量换算系数，与车速、变速比有关。
δ 1 —汽车车轮惯性影响系数； δ 2 —发动机飞轮惯性影响系数。
上述四种阻力，空气阻力和滚动阻力永为正，汽车行驶的任何情况下都存在； 坡度阻力汽车上坡为正，平坡为零，下坡为负；而惯性阻力则是加速为正，减速 为负，等速为零。按上式计算所得的各种国产车型的δ值，见表２.1.5。
第二章 汽车行驶特性
1．学习目的： ． 道路设计是以满足汽车行驶的要求为前提的。 道路设计是以满足汽车行驶的要求为前提的 。 汽车运动基本规律及对公路的要求， 汽车运动基本规律及对公路的要求 ， 指导公 路设计；保证公路的使用品质、 服务等级。 路设计；保证公路的使用品质 、 服务等级 。 汽 车行驶理论是公路线形设计的理论基础。 车行驶理论是公路线形设计的理论基础。 2．研究内容： ． 研究汽车的驱动力和行驶阻力； 分析汽车运动的基本规律； 研究汽车主要动力性能 分析影响汽车主要使用性能的因素。 分析影响汽车主要使用性能的因素。