1.2 汽车的驱动力与行驶力

1.2汽车的驱动力与行驶阻力

确定汽车的动力性，就是确定汽车沿行驶方向的运动状况。为此需要掌握沿汽车行驶方向作用于汽车的各种外力，即驱动力与行驶阻力。根据这些力的平衡关系，建立汽车行驶方程式，就可以估算汽车的各项动力性能指标。

汽车的行驶方程式为

=t F ∑F

式中 ——汽车驱动力；

t F ∑F ——行驶阻力之和。

驱动力是由发动机的转矩经传动系传至驱动轮上得到的。行驶阻力有滚动阻力、空气阻 力、加速阻力和坡度阻力。现在分别研究驱动力和这些行驶阻力，并最后把∑=t F F 这一行驶方程式加以具体化，以便研究汽车的动力性。

1.2.1 汽车的驱动力

在汽车行驶中，发动机发出的有效转矩，经变速器、传动轴、主减速器等后，由半轴传给驱动车轮。如果变速器传动比为、主减速比为、传动

系的机械效率为tq T g i 0i T η，则传到驱动轮上的转矩，即驱动力矩为

t

T T g tq t i i T T η0=

如图1-1所示，此时作用于驱动轮上的转矩，产生对地面

的圆周力，则地面对驱动轮的反作用力，即为汽车驱动力。

如果驱动车轮的滚动半径为t T 0F t F r ，就有r T F t t /=，因而，汽车驱动

力为

r F T

g tq t i i T η0= (1-1)

下面将对式(1-1)中发动机转矩T 、传动系机

械效率tq T η及车轮半径r 等作进一步讨论，并作出

汽车的驱动力图。

1.2.1.1 发动机的外特性

发动机的功率、转矩及燃油消耗率与发动机

曲轴转速的变化关系，即为发动机的速度特性。

当发动机节气门全开（或高压油泵处于最大供油

量位置），此特性称为发动机的外特性，对应的关

系曲线称为外特性曲线；如果节气门部分开启，则称为发动机部分负荷特性曲线。

图1-2为某发动机的外特性曲线。为发动机最低稳定工作转速，随着发动机转速的增加，发动机发出的功率和转矩都在增加，最大转矩时的发动机转速为，再增大发动机转速时， 有所下降，但功率继续增加，一直达到最大功率，此时发动机转速为；继续提高发动机转速，其功率反而下降。允许的最高转速，一般取(1.1～

1.2) 。

min n max tq T tq n tq T e P max e P P n max n P n 如转矩单位用N ·m 表示，功率单位用kW 表示，转速用r/min 表示,它们之间有如下关系：

tq T e P e n 9549e tq e n T P =

(1-2)

发动机制造厂提供的发动机特性曲线，一般是在试验台架上不带空气滤清器、水泵、风扇、消声器、发电机等附属设备条件下测试得到的。如果带上上述附属设备，测得的发动机外特性的最大功率约小15%；转速为时，功率约小2%～6%；转速再低时，两者相差更小。此外，由于在试验台架上所测的发动机工况相对稳定，而在实际使用中，发动机的工况通常是不稳定的，但由于两者差别不显著，所以在进行动力估算时，仍可用稳态工况时发动机的试验数据。

max 5.0n 1.2.1.2 传动系的机械效率

发动机发出的功率，经传动系传到驱动车轮的过程中，要克服传动系各部件的摩擦而有一定的损失。若损失的功率为，则传到驱动轮的功率为-，传动系的机械效率e P T P e P T P T η为 e

T e T e T P P P P P −=−=1η 传动系的功率损失由传动系中各部件——变速器、万向节、主减速器等的功率损失所组成。其中变速器和主减速器的功率损失所占比重最大，其余部件功率损失较小。

损耗的功率含机械损失功率和液力损失功率。机械损失功率是指齿轮传动副、轴承、油封等处的摩擦损失的功率，其大小决定于啮合齿轮的对数，传递的转矩等因素。液力损失功率是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功率。其大小决定于润滑油的品质、温度、箱体内的油面高度，以及齿轮等旋转零件的转速。液力损失随传动零件转速提高、润滑油面高度及粘度增加而增大。

传动系的机械效率是在专门的实验装置上测试得到的。在动力性计算时，-机械效率取

为常数。采用有级机械变速传动系的轿车取0.9～0.92，货车、客车可取0.82～0.85。

1.2.1.3 车轮半径

轮胎的尺寸及结构直接影响汽车的动力性。车轮按规定气压充好气后，处于无载时的半径，称为自由半径。

汽车静止时，车轮中心与轮胎接地面的距离称为静力半径。由于径向载荷的作用，轮胎发生显著变形，所以静力半径小于其自由半径。

s r 以车轮转动圈数与车轮实际滚动距离之间关系换算得出的车轮半径，称为车轮的运动半径(滚动半径)，即

w n S r r w

r n S r π2= 显然，对汽车作动力学分析时，应该用静力半径；而作运动学分析时应该用滚动半径。但在一般的分析中常不计它们的差别，统称为车轮半径s r r r r ，即认为

s r r r r ≈≈

1.2.1.4 汽车的驱动力图

一般用根据发动机外特性确定的驱动力与车速u 之间的函数关系曲线来全面表示汽车驱动力，称为汽车驱动力图。它直观地显示变速器处于各挡位时，驱动力随车速变化的规律。

t F a 当已知发动机外特性曲线、传动系的传动比、机械效率、车轮半径等参数时，即可作出汽车驱动力图。具体方法如下：

（1）从发动机外特性曲线上取若干(n 、T )。

e tq （2）根据选定的不同挡位传动比，按式(1)算出

驱动力值。

（3）根据转速、变速器传动比及主减速比

，由下式计算与所求对应的速度：

e n g i 0i t F 0

377.0i i rn u g e a =