汽车理论第一章汽车的动力性.ppt
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F Ff Fw Fi Fj
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。
二、汽车的行驶阻力
r
切记：Ft只是名义驱动力， 并不是真正的地面驱动力。
（一）发动机的转速特性
将发动机的功率Pe、转矩 Ttq 以 及 燃 油 消 耗 率 b 与 发 动 机 曲轴转速n之间的函数关系用 曲线表示，则此曲线称为发动 机的转速特性曲线，或简称发 动机特性曲线。
外特性：发动机节气门全 开，发动机扭矩、功率、燃油 消耗率随转速变化的特性。
第一章 汽车的动力性
定义：汽车的动力性是指汽车在良好路面上直线行 驶时由汽车所受的纵向外力决定的、所能达到的平均行 驶速度。
第一节 汽车的动力性评价指标
汽车的动力性主要可由三方面的指标来评定：
1）汽车的最高车速uamax 水平良好路面（混凝土或沥青）上汽车能达到的最 高行驶速度。
2）汽车的加速时间t
部分负荷特性： 发动机节气门开度一 定，发动机功率扭矩、 燃油消耗率随转速变 化的特性。
使用外特性：带上 全部附件设备时的发动 机特性。
Ⅰ——外特性 Ⅱ——使用外特性
（二）传动系的机械效率
输入传动系的功率Pin经传动系至驱动轮的过程中，为 克服传动系各部件中的摩擦，消耗了一部分功率。
传动系的功率损失由传动系中的部件——变速器、传 动轴万向节、主减速器等的功率损失组成。
誘导阻力
摩擦阻力
作用在汽车外形表面上的法向压力的合力在行驶方 向的分力称为压力阻力。
由于空气的粘性在车身表面产生的切向力的合力在 行驶方向的分力称为摩擦阻力。
形状阻力：与车身主体形状有关的阻力；
干扰阻力：车身表面突起物（如后视镜，门把手、 引水槽、悬架导向杆、驱动轴等）所引起的阻力；
内循环阻力：为了保证发动机冷却及车内通风，有 一部分气流由车身前部流入，经车体内部再排出，在这 个过程中对车辆所造成的阻力；
传动系的功率损失分为机械损失和液力损失两大类。
机械损失指齿轮传动副、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。
（三）车轮的半径
车轮处于无载时的半径作为自由半径。
汽车静止时，车轮中心至轮胎与道路接触面间的距 离静力半径，用rs表示。
用车轮转动圈数与实际车轮滚动距离之间的关系求 得的车轮半径称为滚动半径，用rr表示。
驶的力为地面切向反作用力FX2，它的数值为名义上的 驱动力Ft减去驱动轮上的滚动阻力。再次强调，滚动 阻力仅是一个说法而已，受力图上是画不出来的。受
力分析中仅存在滚动阻力偶，而没有滚动阻力。
滚动阻力的影响因素：
（1）行驶车速
低速时，滚动阻力随车速增加逐渐加大，但变化 不大；超过某一车速时，滚动阻力增长较快。车速达 到某一临界车速时，轮胎发生驻波现象，滚动阻力迅 速增长。
（2）轮胎的结构、帘线和橡胶的品种。
（3）轮胎的充气压力。
滚动阻力的估算公式：
货车 轿车
f 0.0076 0.000056ua
f
f0
f1
ua 100
f
4
ua 100
4
（二）空气阻力
汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的 分力称为空气阻力。
形状阻力
空气阻力 压力阻力 內干循扰环阻阻力力
常用原地起步加速与超车加速时间表示汽车的加速 能力。
3）汽车能爬上的最大坡度imax 满载（或某一载质量）时汽车在良好路面上的最大 爬坡度。
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
一、汽车的驱动力
汽车发动机产生的转矩经传动系传至车轮上。作 用于驱动轮上的转矩Tt产生一对地面的圆周作用力:
Ft
Tt r
Ttqigi0T
诱导阻力：空气升力在水平方向的投影。
Fw
1 2
CD Aur2
在无风条件下，ur＝ua，将ρ＝1.2588N·g2·m-4代入上 式，经过单位换算，得
Fw
CD Aua2 21.15
车身形状与风阻
这是一个汽车模型，可随意改变车头，车尾。结果： 1）完全圆形的车头形状和档风玻璃倾角为45度的形 状相比没有明显的改善。这个结论非常重要，因为一般的 轿车不可能采用前部为圆形的车身。 但挡风玻璃太陡时，空气阻力系数显著增加。
Fx1 Wf 或Ff 1 fW
式中，f 称为滚动阻力系 数。要注意的是：只存 在滚动阻力偶，滚动阻 力只是一个名义上的说 法。Fx1是地面切向力。
驱动轮在硬路面上滚动时 的受力情况
由平衡条件得
FX 2r Tt Tf
FX 2
Tt r
Tf r
Ft Ff
由此可以看出，真正作用在驱动轮上驱动汽车行
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。
二、汽车的行驶阻力
r
切记：Ft只是名义驱动力， 并不是真正的地面驱动力。
（一）发动机的转速特性
将发动机的功率Pe、转矩 Ttq 以 及 燃 油 消 耗 率 b 与 发 动 机 曲轴转速n之间的函数关系用 曲线表示，则此曲线称为发动 机的转速特性曲线，或简称发 动机特性曲线。
外特性：发动机节气门全 开，发动机扭矩、功率、燃油 消耗率随转速变化的特性。
第一章 汽车的动力性
定义：汽车的动力性是指汽车在良好路面上直线行 驶时由汽车所受的纵向外力决定的、所能达到的平均行 驶速度。
第一节 汽车的动力性评价指标
汽车的动力性主要可由三方面的指标来评定：
1）汽车的最高车速uamax 水平良好路面（混凝土或沥青）上汽车能达到的最 高行驶速度。
2）汽车的加速时间t
部分负荷特性： 发动机节气门开度一 定，发动机功率扭矩、 燃油消耗率随转速变 化的特性。
使用外特性：带上 全部附件设备时的发动 机特性。
Ⅰ——外特性 Ⅱ——使用外特性
（二）传动系的机械效率
输入传动系的功率Pin经传动系至驱动轮的过程中，为 克服传动系各部件中的摩擦，消耗了一部分功率。
传动系的功率损失由传动系中的部件——变速器、传 动轴万向节、主减速器等的功率损失组成。
誘导阻力
摩擦阻力
作用在汽车外形表面上的法向压力的合力在行驶方 向的分力称为压力阻力。
由于空气的粘性在车身表面产生的切向力的合力在 行驶方向的分力称为摩擦阻力。
形状阻力：与车身主体形状有关的阻力；
干扰阻力：车身表面突起物（如后视镜，门把手、 引水槽、悬架导向杆、驱动轴等）所引起的阻力；
内循环阻力：为了保证发动机冷却及车内通风，有 一部分气流由车身前部流入，经车体内部再排出，在这 个过程中对车辆所造成的阻力；
传动系的功率损失分为机械损失和液力损失两大类。
机械损失指齿轮传动副、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。
（三）车轮的半径
车轮处于无载时的半径作为自由半径。
汽车静止时，车轮中心至轮胎与道路接触面间的距 离静力半径，用rs表示。
用车轮转动圈数与实际车轮滚动距离之间的关系求 得的车轮半径称为滚动半径，用rr表示。
驶的力为地面切向反作用力FX2，它的数值为名义上的 驱动力Ft减去驱动轮上的滚动阻力。再次强调，滚动 阻力仅是一个说法而已，受力图上是画不出来的。受
力分析中仅存在滚动阻力偶，而没有滚动阻力。
滚动阻力的影响因素：
（1）行驶车速
低速时，滚动阻力随车速增加逐渐加大，但变化 不大；超过某一车速时，滚动阻力增长较快。车速达 到某一临界车速时，轮胎发生驻波现象，滚动阻力迅 速增长。
（2）轮胎的结构、帘线和橡胶的品种。
（3）轮胎的充气压力。
滚动阻力的估算公式：
货车 轿车
f 0.0076 0.000056ua
f
f0
f1
ua 100
f
4
ua 100
4
（二）空气阻力
汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的 分力称为空气阻力。
形状阻力
空气阻力 压力阻力 內干循扰环阻阻力力
常用原地起步加速与超车加速时间表示汽车的加速 能力。
3）汽车能爬上的最大坡度imax 满载（或某一载质量）时汽车在良好路面上的最大 爬坡度。
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
一、汽车的驱动力
汽车发动机产生的转矩经传动系传至车轮上。作 用于驱动轮上的转矩Tt产生一对地面的圆周作用力:
Ft
Tt r
Ttqigi0T
诱导阻力：空气升力在水平方向的投影。
Fw
1 2
CD Aur2
在无风条件下，ur＝ua，将ρ＝1.2588N·g2·m-4代入上 式，经过单位换算，得
Fw
CD Aua2 21.15
车身形状与风阻
这是一个汽车模型，可随意改变车头，车尾。结果： 1）完全圆形的车头形状和档风玻璃倾角为45度的形 状相比没有明显的改善。这个结论非常重要，因为一般的 轿车不可能采用前部为圆形的车身。 但挡风玻璃太陡时，空气阻力系数显著增加。
Fx1 Wf 或Ff 1 fW
式中，f 称为滚动阻力系 数。要注意的是：只存 在滚动阻力偶，滚动阻 力只是一个名义上的说 法。Fx1是地面切向力。
驱动轮在硬路面上滚动时 的受力情况
由平衡条件得
FX 2r Tt Tf
FX 2
Tt r
Tf r
Ft Ff
由此可以看出，真正作用在驱动轮上驱动汽车行