汽车理论PPT第二章
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汽车理论：第二章 汽车的动力性
▪
2)以任一条
1 j
曲线为例，例如直接档，将加速过程
速度区间分为若干间隔，常取 5km/ h为一段。定出各
间隔的微元面积 1、2、3 ，…,如图。
▪ 3)计算出从初速度 分别加速到 u1、u2、u3 、…，的
加速时间：u0
t1
1
3.6ab
s
t2
1 2
3.6ab
s
t3
1
2
3.6ab
3
s
…………………
定动力性的方法； ▪ （3）分析▪ 一、汽车的动力性指标 ▪ 从获得尽可能高的平均行驶速度的观点出
发，汽车的动力性主要可由三方面的指标来 评定，即： ▪ 1)汽车的最高车速 ua max；
▪ 2)汽车的加速时间 t ；
▪ 3)汽车能爬上的最大坡度 imax。
以直接档行驶，若 i0max 过小， 则汽车行驶中遇到 较小的坡度就被迫换档，因而影响汽车的平均行驶 速度和燃料消耗量。
▪ 因为汽车以全部剩余驱动力克服最大坡度
时，du 0 。 所以，根据驱动力平衡方程得 dt Fi Ft Ff Fw
▪ 式中 Fi G sin , Ff Gf cos
计算出 Fw 对
具有四档变速器的某汽车的驱动力—行驶阻力平衡图
由于是的二次方函数， Fw ua曲线应为抛物线。 在驱动力图上，先画出 Ff ua 曲线，再将 Fw ua叠加画在 Ff ua曲线的上 方，就得到汽车的等速行驶阻力曲线 (Ff Fw) ua 。 其曲线较二次抛物线上升略陡，因为车速较高时略有增加。
▪ 由于加速过程中发动机非稳定工况的影响，道路试验所得的 加速时间往往要低于计算结果，大约等于按发动机扭矩降低 10～15％的计算值。
汽车理论 全套课件
dt
和力矩总效应的一个数值而已。
汽车理论讲义（第1版）
赵又群编著
45
第二节结束！
汽车理论讲义（第1版）
赵又群编著
46
第三节 汽车行驶的驱动-附着条件、汽 车的附着力
一、汽车行驶的驱动-附着条件
1．由行驶方程式知： md du tFt Ff FwFi
驱动条件： Ft Ff FwFi
（必要条件），否则——（1）无法开动，（2） 减速直至停车。 2．轮胎与地面的附着条件
二、汽车的安全性（广义） （1）主动安全性 （2）被动安全性
汽车理论讲义（第1版）
赵又群编著
3
绪论结束！
汽车理论讲义（第1版）
赵又群编著
4
第二章 汽车的动力性
1-1 汽车动力性指标 1-2 汽车的驱动力和行驶阻力 1-3 汽车行驶的驱动-附着条件、汽车的附着力 1-4 汽车驱动力-行驶阻力平衡图与动力特性图 1-5 汽车的功率平衡
（3）用车速—时间曲线全面反应加速能力。
汽车理论讲义（第1版）
赵又群编著
9
第一节 汽车的动力性指标
汽车理论讲义（第1版）
赵又群编著
10
第一节 汽车的动力性指标
上坡能力——最大坡度，良好路面，满载行驶。
（1）显然，是指一档最大爬坡度。 （2）轿车的最大坡度基本满足使用要求，货车、 越野车的爬坡能力是个很重要的指标。 （3）军用车辆的战术技术要求中，常规定在一 定坡道上车辆应达到一定的速度。
加速阻力
（1）克服其质量加速运行时的惯性力，F j 。
（2）平移质量惯性力与旋转质量惯性力偶矩，以
计入。
Fj
m du
dt
——汽车质量换算系数 ，主要与飞轮转动
和力矩总效应的一个数值而已。
汽车理论讲义（第1版）
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第二节结束！
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46
第三节 汽车行驶的驱动-附着条件、汽 车的附着力
一、汽车行驶的驱动-附着条件
1．由行驶方程式知： md du tFt Ff FwFi
驱动条件： Ft Ff FwFi
（必要条件），否则——（1）无法开动，（2） 减速直至停车。 2．轮胎与地面的附着条件
二、汽车的安全性（广义） （1）主动安全性 （2）被动安全性
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绪论结束！
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4
第二章 汽车的动力性
1-1 汽车动力性指标 1-2 汽车的驱动力和行驶阻力 1-3 汽车行驶的驱动-附着条件、汽车的附着力 1-4 汽车驱动力-行驶阻力平衡图与动力特性图 1-5 汽车的功率平衡
（3）用车速—时间曲线全面反应加速能力。
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第一节 汽车的动力性指标
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10
第一节 汽车的动力性指标
上坡能力——最大坡度，良好路面，满载行驶。
（1）显然，是指一档最大爬坡度。 （2）轿车的最大坡度基本满足使用要求，货车、 越野车的爬坡能力是个很重要的指标。 （3）军用车辆的战术技术要求中，常规定在一 定坡道上车辆应达到一定的速度。
加速阻力
（1）克服其质量加速运行时的惯性力，F j 。
（2）平移质量惯性力与旋转质量惯性力偶矩，以
计入。
Fj
m du
dt
——汽车质量换算系数 ，主要与飞轮转动
汽车理论课件 第二章 汽车的燃油经济性
武汉科技大学车辆工程教研室
第三节 影响汽车燃油经济性的因素
汽车等速百公里燃油消耗量可表示为
Pb b 1 F f u a Fwua Qs ( ) 1.02u a g 1.02u a g T 3600 3600 CFb
T
其中，C—常数；F—行驶阻力
发动机的燃油消耗率， 既取决于发动机的 种类、设计制造水平；也与汽车行驶时发动机的 负荷率有关。还与工况及附件使用有关。
4
1293
9.5
7.80
武汉科技大学车辆工程教研室
四、燃油经济性标准
武汉科技大学车辆工程教研室
四、燃油经济性标准
武汉科技大学车辆工程教研室
第二节
汽车燃油经济性的计算
1、等速行驶工况燃油消耗量的计算
根据等速行驶车速ua及阻力功率P，在万有 特性图上（利用插值法）可确定相应的燃油消 耗率b。
P
1
Pe
1 Q1 (Qt 0 Qt 1 ) t 2
同理，每个区间的燃油消耗量为
（mL）
1 Qn (Qt ( n 1) Qtn )t 2
整个加速过程的燃油消耗量为
（mL）
Qa
i 1
Qi
n
加速区段内汽车行驶的距离sa （m）为 2 2
u a 2 u a1 sa du 25.92 dt
nr n i 0.377 A i0ua ua
武汉科技大学车辆工程教研室
二、汽车结构方面 （四）汽车外形与轮胎
（1）降低CD值是节油的有效途经
（2）轮胎
滚动阻力系数f减小10%，节油0.6-1.2%。 汽车对轮胎提出各种要求，如耐磨性，耐久性 及要求它保证动力，经济性等各种使用性能。 现在公认子午线轮胎的综合性能最好。
第三节 影响汽车燃油经济性的因素
汽车等速百公里燃油消耗量可表示为
Pb b 1 F f u a Fwua Qs ( ) 1.02u a g 1.02u a g T 3600 3600 CFb
T
其中，C—常数；F—行驶阻力
发动机的燃油消耗率， 既取决于发动机的 种类、设计制造水平；也与汽车行驶时发动机的 负荷率有关。还与工况及附件使用有关。
4
1293
9.5
7.80
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四、燃油经济性标准
武汉科技大学车辆工程教研室
四、燃油经济性标准
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第二节
汽车燃油经济性的计算
1、等速行驶工况燃油消耗量的计算
根据等速行驶车速ua及阻力功率P，在万有 特性图上（利用插值法）可确定相应的燃油消 耗率b。
P
1
Pe
1 Q1 (Qt 0 Qt 1 ) t 2
同理，每个区间的燃油消耗量为
（mL）
1 Qn (Qt ( n 1) Qtn )t 2
整个加速过程的燃油消耗量为
（mL）
Qa
i 1
Qi
n
加速区段内汽车行驶的距离sa （m）为 2 2
u a 2 u a1 sa du 25.92 dt
nr n i 0.377 A i0ua ua
武汉科技大学车辆工程教研室
二、汽车结构方面 （四）汽车外形与轮胎
（1）降低CD值是节油的有效途经
（2）轮胎
滚动阻力系数f减小10%，节油0.6-1.2%。 汽车对轮胎提出各种要求，如耐磨性，耐久性 及要求它保证动力，经济性等各种使用性能。 现在公认子午线轮胎的综合性能最好。
汽车理论第二章汽车的燃油经济性
个很小的发动机转速区域内， 而在此区域内燃油经济性最 佳的负荷率大致为80~90%
可见，部分负荷，尤
其是低速时负荷率很低， 负荷率远离比耗油率的最 佳经济区！
Pe
1
T
( Gfua 3600
CD A 76140
ua3
)
Pe1
Pe2
发动机实际负荷
Pe3
be
k3
it m
坐标换算ua
0.377
rn i0ig
依据发动机小时燃油消耗量 Qt f (n, ) 求出
5、新一代高效率节能汽车的研究（电动汽车的研究）
共5节内容
§1汽车燃油经济性评价指标 §2汽车燃油经济性计算 §3影响汽车燃油经济性的因素 §4装有液力变矩器汽车的燃油
经济性计算
§5电动汽车的研究（PRIUS简介）
研究有何意义 ？
燃油经济性
一定的动力性条件下 尽量少的燃油消耗
sa
ua1 (ua 2
ua1)
1 du /
dt
1 2
du dt
((ua2
ua1)
1 du /
)2 dt
ua22 ua21 du / dt
✓等减速行驶工况燃油消耗量的计算
等减速行驶
等减速行驶 燃油消耗量
发动机怠速状态 怠速燃油消耗率 等减速行驶时间
减速时间 t (s)
ua2 ua3
t ua2 ua3 3.6du / dt
3600
du ) dt
Pua1＋1
1
T
(G（f ua1＋1） 3600
7C61D4A0（ua1＋1）3
m(ua1 1) 3600
du ) dt
将ua2-ua1分成 若干个小区间
可见，部分负荷，尤
其是低速时负荷率很低， 负荷率远离比耗油率的最 佳经济区！
Pe
1
T
( Gfua 3600
CD A 76140
ua3
)
Pe1
Pe2
发动机实际负荷
Pe3
be
k3
it m
坐标换算ua
0.377
rn i0ig
依据发动机小时燃油消耗量 Qt f (n, ) 求出
5、新一代高效率节能汽车的研究（电动汽车的研究）
共5节内容
§1汽车燃油经济性评价指标 §2汽车燃油经济性计算 §3影响汽车燃油经济性的因素 §4装有液力变矩器汽车的燃油
经济性计算
§5电动汽车的研究（PRIUS简介）
研究有何意义 ？
燃油经济性
一定的动力性条件下 尽量少的燃油消耗
sa
ua1 (ua 2
ua1)
1 du /
dt
1 2
du dt
((ua2
ua1)
1 du /
)2 dt
ua22 ua21 du / dt
✓等减速行驶工况燃油消耗量的计算
等减速行驶
等减速行驶 燃油消耗量
发动机怠速状态 怠速燃油消耗率 等减速行驶时间
减速时间 t (s)
ua2 ua3
t ua2 ua3 3.6du / dt
3600
du ) dt
Pua1＋1
1
T
(G（f ua1＋1） 3600
7C61D4A0（ua1＋1）3
m(ua1 1) 3600
du ) dt
将ua2-ua1分成 若干个小区间
汽车理论汽车的驱动力与行驶阻力
Tt
r
Ft F0
2
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
一、驱动力Ft
Tt Ft r
Tt—驱动力矩；
Tt Ttq ig i 0T
ua
Ttq —发动机转矩； ig—变速器传动比； i0—主减速器传动比；
Tt
r
Ft F0
3
ηT—传动系的机械效率。
Ft Ttq ig i 0T r
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
nmin
n/(r· min-1) Ttq/(N· m) ig1=2.13 Ft1/N 800 142 5438
ntq
3300 195 7468
np
5700 159 6089
nmax
6200 143 5477
ua1/(km· h-1 )
7.1
29.2
50.5
54.9
17
奥迪 A4 轿车驱动力图
8000
ua/(km/h) ua /(km h1 )
18
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
F t1
Ft 2
Ft 3
Ft 4
Ft 5
19
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
二、汽车的行驶阻力
思考 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 坡度阻力Fi 空气阻力Fw 加速阻力Fj
Ttq大 损失大 损失的比重小
ηT高
机械损失
齿轮对数
齿轮对数少 损失小 ηT高 直接挡ηT最高
PT
润滑油品质 温度 液力损失 油面高度
过低，热容量小 过高，搅油损失大
转速
12
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
相关主题
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F Ff Fw Fi Fj
20
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
1.滚动阻力Ff
轮胎变形
硬路面上
产生滚动阻力的主要原因 软路面上
思考
轮胎变形和路面变形
轮胎变形为什么会产生滚动阻力？
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。
驱动力和车速都与发动机特性有直接关系，可以通过发 动机特性曲线找出驱动力与车速之间的关系。
发动机
Ft
ua
5
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
1.发动机的转速特性
发动机的转速特性，即Pe、Ttq、b=f（n）关系曲线。
节气门开启程度的不同
外特性曲线 部分负荷特性曲线
思 考
计算汽车动力性指标时，需要用什么特性曲线？
12
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
传动系效率曲线
挡 挡
1—1200r/min 2—1600r/min 3—1900r/min 4—2000r/min
13
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
表1-1 传动系各部件的传动效率
部件名称 4～6 挡变速器 辅助变速器（副变速器或分动器） 8 挡以上变速器 单级减速主减速器
ua/(km/h) ua /(km h1)
18
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
Ft1
Ft 2
Ft3
Ft 4
Ft5
19
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
二、汽车的行驶阻力
思考
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 坡度阻力Fi
空气阻力Fw 加速阻力Fj
汽车行驶总阻力
21
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
ua
n
加载变形区 n' 卸载变形区
思
由轮胎的迟滞损失图看，在轮胎径向变形相同的情况下，
考
地面作用在加载变形区与卸载变形区的法向反力是否相等？
22
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
宝来轿车发动机的转矩输出特性是否理想？为什么？ 汽车起步加速时，过早换入高挡（即发动机转速较低时即换入 高挡) 是否有利于其加速性？ 发动机最大转矩对应的转速较低好还是较高好？
10
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
2.传动系的机械效率ηT
T
Pin PT Pin
Pin—输入传动系的功率； PT－传动系损失的功率。
6
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
Pe
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 外特性曲线。一般，使用外 特性与外特性相比：
汽油机的最大功率约小 15%；
货车柴油机的最大功率 约小5%；
由
Ft
Ttqigi 0 T
r
可知
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。
思考
能否解释为什么汽车低挡的加速能力好于高挡？
4
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
计算驱动力是为了确定汽车的动力性指标，也即要找出 驱动力和车速的关系。
Ft
Ttqigi 0 T
r
和
nr ua 0.377 igi0
可以对应计算出 1 挡的Ft1和ua1。
n/(r·min-1)
nmin
ntq
800 3300
np
5700
nmax
6200
Ttq/(N·m )
ig1=2.13
Ft1/N
ua1/(km·h-1 )
142 5438 7.1
195 7468 29.2
4.汽车的驱动力图
依据下面两式
Ft
Ttqigi 0 T
r
以及发动机外特性曲线
ua
0.377
nr ig i 0
做出的Ft - ua关系图，即驱动力图。
16
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
例：已知奥迪A4轿车发动机的数据（如下表所示），
ig1=2.13，i0=6.333，r=0.317m，ηT=0.90，由
等速行驶时 Pin Pe
T
Pe PT Pe
1
PT Pe
11
第二节 汽车的驱动ຫໍສະໝຸດ 与行驶阻力思考传动系损失的功率PT主要与哪些因素有关？
机械损失
转矩
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ηT最高
PT
润滑油品质
液力损失
温度 油面高度 转速
过高，搅油损失大 过低，热容量小
轿车与轻型货车柴油机 的最大功率约小10%。
9
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
宝来轿车发动机的基本参数如下 ： 水冷，直列四缸，每缸五气门 最大功率 110kW/5700 r/min 最大转矩 210N·m/1750～4600 r/min 缸径×行程 81mm×86.4mm 压缩比 9.3:1
思考
作用力Ft即为驱动力。
Ft
F0
2
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
一、驱动力Ft
Ft
Tt r
ua
Tt—驱动力矩；
Tt Ttqigi 0T
Ttq —发动机转矩；
Tt
ig—变速器传动比；
i0—主减速器传动比；
r
ηT—传动系的机械效率。
Ft
Ttqigi 0T
r
Ft
F0
3
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
159 6089 50.5
143 5477 54.9
17
F t/N
奥迪 A4 轿车驱动力图
8000
7000
6000
Ft1
Ft2
5000 Ft3
4000
Ft4
Ft5
3000
Ft6
2000
1000
0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320
双级减速主减速器
传动轴的万向节
ηT 95% 95% 90% 96% 92%
98%
14
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
3.车轮半径
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。
15
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
第一章 汽车动力性
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
本节重点计算并分析汽车行驶过程中的 驱动力和行驶阻力。
返回目录 1
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
一、驱动力Ft
ua
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
Tt，驱动轮在Tt的作用
下给地面作用一圆周力
r
F0，地面对驱动轮的反