汽车理论一页开卷

第一章：汽车的动力性 汽车的动力性系指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平

均行驶速度。汽车的动力性主要由汽车的最高车速U amax 、汽车的加速时间t （原地起步加速时间和超车加速时间）、

汽车的最大爬坡度i max 三个指标来评价。最高车速是指在水平良好的路面（混凝土或沥青）上汽车所能达到的最高行驶

车速。低挡超车加速能力更强。汽车的上坡能力是用满载（或某一载质量）时汽车在良好路面上的最大爬坡度i max 表示的。地面对驱动轮的反作用力F t （方向与F 0相反）即是驱动汽车的外力，此力称为汽车的驱动力F t =Tt r T t =T tq i g i 0ηT 驱动力F t = T tq i g i 0ηT /r P e =T tq n/9550(转矩N ·m 功kw 转速r/min) 传动系的机械效率在等速行驶工况下P in =P e 故ηT =（P e - P T ）/P e =1-P T /P e 传动系功率损失分为。汽车行驶速度与转速之间的关系：U a =0.377rn/i g i 0 U a (km/h) n(r/min) r(m) 滚动阻力F f 空气阻力F w 坡机械损失和液力损失度阻力F i 加速阻力F j 汽车行驶总阻力∑F =F f +F w +F i +F j 滚动阻力系数是车轮在一定条件下滚动时所需之推力与车轮负荷之比，滚动阻力系数与路面的种类、行驶车速以及轮胎的构造、材料、气压等有关。f=F p1/W 滚动阻力F f =Wf 真正作用在驱动轮上驱动汽车的力为地面切向反作用力F X2，它的数值为驱动力F t 减去驱动轮上的滚动阻力。子午线轮胎的滚动阻力系数比斜胶轮胎的低。转弯行驶时，轮胎发生侧偏现象，滚动阻力大幅增加。空气阻力分为压力阻力和摩擦阻力。压力阻力又分为4部分：形状阻力、干扰阻力、内循环阻力和诱导阻力。形状阻力占压力阻力的大部分，

与车身主体形状有很大关系。空气阻力F w =C D AU a 2/21.15 降低C D 值应遵循以下要点：1 车身前部 发动机盖应向下倾斜 2 整车 整个车身应向前

倾斜1°到2°。水平投影应为腰鼓形，后端稍稍收缩，前端呈半圆形。3 汽车后部 最好采用舱背式或直背式。后应有扰流板 4 车身底部 所有零部件应在车身下平面内且较平整，最好有平滑的盖板盖住底部。盖板从车身中部或由后轮以后向上稍稍升高。5 发动机冷却进风系统 仔细选择进风口与出风口的位置，应有高效率的冷却水箱、精心设计的内部风道。汽车重力沿坡道的分力表现为汽车坡度阻力，F i =Gsin α。当车轮半径r 减小时，Ua=0.377rn/i g i 0 Ua 减小，滚动阻力系数f 减小，Ft= T tq i g i 0ηT /r Ft 增大，所以F i =F t -F f -F w -F j , 所以F i 增大。坡度阻力与滚动阻力合称道路阻力，以F Ψ表示，即F Ψ=F f +F i =Gf+Gi Ψ=f+i Ψ称为道路阻力系数F Ψ=G Ψ 汽车加速行驶时，需要克服其质量加速运动时的惯性力，就是加速阻力。汽车的质量分为平移质量和旋转质量两部分。汽车的加速阻力：F j =δm du dt δ为汽车旋转质量换算系数，δ>1,m （kg ）du dt (m/s 2) δ=1+1m ⁄+ΣIw/r 2+I f i g 2i 02ηT /mr 2 汽车行驶方程式：T tq i g i 0ηT /r=Gf+C D AU 2a /21.15+Gi+δm du dt F t =F f +F w +F i +F j 一般汽车所谓的爬坡能力，是指汽车在良好路面上克服F f +F w 后的余力全部用来（即等速）克服坡度阻力时能爬上的坡度。令(Ft-Fw)/G 为汽车的动力因数并以符号D 表示，D=Ψ+δdu/gdt 求最大爬坡度时du dt =0 所以D=Ψ=f+i tan αmax =i max 。汽车的动力性能不止受驱动力的制约，它还受到轮胎和地面附着条件的限制。地面对轮胎切向反作用力的极限值称为附着力F φ，在硬路面上它与驱动轮法向反作用力F z 成正比，常写成F Xmax =F φ=F z φ, φ称为附着系数，它是由路面与轮胎决定的。地面切向反作用力不能大于附着力，否则将发生驱动轮滑转现象，即对于后轮驱动的汽车：T t −T f2r =F X2≤F z2φ 这就是汽车行驶的附着条件。F X2F Z2≤φ,式中F X2F Z2称为后轮驱动汽车驱动轮的附着率C φ2，即C φ2≤φ 驱动轮的附着率是表明汽车附着性能的一个重要指标，是汽车驱动轮在不滑转工况下充分发挥驱动力作用所要求的最低地面附着系数。汽车的附着力决定于附着系数以及地面作用于驱动轮的法向反作用力。前后轮地面法向发作用力是由静态轴荷的法向发作用力、动态分量、空气升力、滚动阻力偶矩产生的部分。降低空气升力的方法：车身前部压低，尾部肥厚向上的楔形造型，合适的保险杠下面的阻风板与后行李箱盖上的后扰流板。等效坡度q : 后轮驱动 C φ2=q/(a/L+ℎg q/L) q=(a/L)/( 1/φ-ℎg /L)) 前轮驱动 C φ1=q/(b/L-ℎg q/L) q=(b/L)/( 1/φ+ℎg /L) 由汽车的附着率曲线图a 可知，一挡加速时的最大C φ2为0.64，在φ=0.7的良好路面上汽车可以全力加速行驶。但从b 图中看出，在φ=0.7的路面上，该车1挡（节气门全开时）的爬坡能力是基本无法实现的。不过2挡的最大C φ2为0.45，相应的爬坡度达23%，远大于四级公路在山岭重丘区的最大纵向坡度9%。所以该车在良好路面上的附着能力是令人

满意的。通过改善车身形状，或者增加一些辅助的空气动力装置，可以降低空气升力系数，达到减小附着率以改

善操纵稳定性与动力性的目的；也可以通过调整汽车的总体布置，变动前后轴的轴荷来减小驱动轮的附着率。P e -1ηT (P f +P w )称为汽车的后备功率，汽车的后备功率越大，汽车的动力性越好。通常用液力变矩器的无因次特性来表征液力变矩器的特性。无因次特性给出了变矩比K 、效率η及泵轮转矩系数λp 随速比i 变化的规律。在任何速

比下，泵轮转矩系数维持不变的液力变矩器称为“非透过性”的变矩器。“透过性”液力变矩器的优点：1对透

过性液力变矩器而言，汽车行驶阻力的变化或行驶速度的变化，在发动机节气门不变的条件下，也明显地影响到

发动机的转速，即泵轮转矩系数λp 不是常数值。2 透过性液力变矩器扩展了发动机运转的转速范围和相应的转矩范围，获得高的传动效率η。综合式液力变矩器或带有锁止离合器的液力变矩器，防止了高速区传动效率的降低而提高了汽车的动力性和燃油经济性。第二章：汽车的燃油经济性 在保证动力性的条件下，汽车以尽量少的燃油消耗量经济行驶的能力，称作汽车的燃油经济性。汽车的燃油经济性常用一定运行工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量或一定燃油量能使汽车行驶的里程来衡量。用等速百公里燃油消耗量曲线来评价汽车的燃油经济性，用一些典型的循环行驶试验工况来模拟汽车实际运行情况。等速百公里燃油消耗量(L/100km)：Q s =P e b/1.02U a ρg 加速度的大小对燃油消耗量有很大的影响。Q s =CFb/ηT C 为常数，F 为行驶阻力,F=F f +F w 影响燃油经济性的因素：发动机的燃油消耗率b 一方面取决于发动机的种类、设计制造水平；另一方面又与汽车行驶时发动机的负荷率有关，发动机的负荷率与燃油消耗率成反比。起步加速过程中，从经济性角度要尽早换入高挡，从动力性角度要用足抵挡。提高燃油经济性的途径：一、使用方面 1 汽车在接近于低速的中等车速时燃油消耗量Q s 最低，高速时随车速增加而迅速增加。2 挡位选择 同一道路条件与车速下，发动机发出的功率相同，但挡位越低，后备功率越大，发动机的负荷率越低，燃油消耗率越高，百公里燃油消耗量就越大；高挡的情况相反。3 挂车的应用 拖带挂车后节省燃油的原因有两个：1一是带挂车后阻力增加，发动机的负荷率增加，使燃油消耗率b 下降；另一个原因是汽车列车的质量利用系数（即装载质量与整车整备质量之比）较大。4 正确地保养与调整 二、汽车结构方面 1 缩减轿车总尺寸和减轻质量 2 发动机 发动机是对汽车燃油经济性最有影响的部件。提高发动机经济性的主要途径：1）提高现有汽油发动机的热效率和机械效率 2）扩大柴油发动机的应用范围 3）增压化 4）广泛采用电子计算机控制技术。3 传动系 适当增加传动系挡位4 汽车外形与轮胎 降低汽车的C D 值，使用子午线轮胎。第三章：汽车动力装置参数的选定 汽车动力装置参数系指发动机的功率、传动系的传动比。从保证汽车预期的最高车速来初步选择发动机应有的功率。汽车比功率是单位汽车总质量具有的发动机功率，比功率的常用单位为kW/t, 汽车比功率

=1000P e /m=fg U amax /3.6ηT +C D A U amax 3/76.14m ηT 货车主要考虑m ，汽车主要考虑U amax 。货车的比功率随其总质量的增大而逐步减少，最小传动

比的选择 i 0选择到汽车的最高车速相当于发动机最大功率点的车速时，最高车速是最大的. U amax / U P <1 动力性差，燃油经济性好。U amax / U P =1动力性和燃油经济性都比较好。U amax / U P >1动力性好，燃油经济性差。最小传动比过小，发动机在重负荷在工作，加速性不好，出现噪声与振动。最小传动比过大，燃油经济性差，发动机高速运转噪声大。最大传动比的选择 确定最大传动比主要

考虑：最大爬坡度、附着率及汽车最低稳定车速。 就动力性而言，挡位数越多，增加了发动机发挥最大功率附

近高功率的机会，提高了汽车的加速与爬坡能力。就燃油经济性而言，挡位数多，增加了发动机在低燃油消耗率

区工作的可能性，降低了油耗。所以增加挡位数会改善汽车的动力性和燃油经济性。挡位数间的比值不宜大于1.7

到1.8.按等比级数分配传动比的主要目的还在于充分利用发动机提供的功率，提高汽车的动力性，便与主变速器

与副变速器的接合。i g1/i g2≥i g2/i g3≥……≥i gn−1/i gn 以循环工况油耗Q （L/100km ）代表燃油经济性，以原地

起步加速时间代表动力性，做出不同参数匹配下的燃油经济性-加速时间曲线，该曲线大体上呈C 形，所以也叫C

曲线，C 曲线的包络线称为最佳燃油经济性-动力性曲线。第四章：汽车的制动性 汽车行驶时能在短距离内停

车且维持行驶方向稳定性和在下长坡时能维持一定车速的能力，称为汽车的制动性。制动性是汽车主动安全的重要评价指标。制动性的三个评价指标：1）制动效能，即制动距离s （路面条件、载荷条件、制动初速度决定）和制动减速度a b 2）制动效能的恒定性，即抗热衰退性能。3）制动时汽车的方向稳定性，即制动时汽车不发生跑偏、侧滑以及失去转向能力的性能。制动效能是指在水平良好路面上，汽车以一定初速度制动到停车的制动距离或制动时汽车的减速度（最基本评价指标）。汽车高速行驶或下长坡连续制动时制动效能保持的程度，称为抗热衰退性能。地面制动力越大，制动减速度越大，制动距离也越短，所以地面制动力对汽车制动性具有决定性影响。F Xb =T μ/r(T μ摩擦片与制动鼓或盘相对滑转时的摩擦力矩 N ·m)。地面制动力取决于两个摩擦副的摩擦力：一个是制动器内制动摩擦片与制动鼓或制动盘间的摩擦力，一个是轮胎与地面间的摩擦力—附着力。制动器的制动力仅由制动器结构参数决定，即取决于制动器的形式、结构尺寸、制动器摩擦副的摩擦因数以及车轮半径，并与制