汽车理论课件第一章

成的阻力。
诱导阻力：伴随着形状阻力而产生的附加阻力。
（2）摩擦阻力—源于空气与车身的切向作用力。
➢
空气阻力的基本计算
Fw
CD Au2 [N] 21.15
其中，迎风面积A(m2)；车速u(m/s)。 其余讨论P23~24，有兴趣自阅。
2.坡度阻力 Fi Gsin G tan Gi 其中，α为坡道角；i为坡度。
这是一般驱动行驶工况（兼具速
度、加速度和爬坡度）的汽车真实
受力状况。本节的重点，是研究汽
车的纵向受力：
驱动轮的地面推力FX2、 从动轮的地面阻力FX1、 空气阻力Fw、 坡度阻力Fi。
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§1-2 汽车驱动动力学分析
一、轮胎与地面的相互作用—驱动力与滚动阻力
“不真实…画不出”P11 匀速从动轮的滚动阻力是真实存在的
道路阻力 F Ff Fi G( f cos sin ) G( f i)
道路阻力系数 f cos sin f i
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§1-2 汽车驱动动力学分析
由牛顿第二定律，汽车行驶时，恒存在FX驱 FX从 Fw Fi ma。 • 其中，空气阻力 Fw 和坡度阻力 Fi 的计算与汽车匀速与否无关；
2.最大爬坡度imax—汽车依靠其自身动力能匀速向上行驶的 最大坡度。
坡度是角度的正切 i tan h
Lα
“坡度”的直观性和理论意义P9 排除倒档或动力冲坡的可能、不考虑几何通过性的限制。
思考：对应的驾驶条件是否“挂1档、油门踩到底”？
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§1-1 概述
3.加速时间 ➢ 原地起步加速时间—汽车停止于水平道路上，以能够获得
典型汽油机的外特性
发动机转矩和功率外特性
节气门开度80%的功率部分负荷特性
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§1-2 汽车驱动动力学分析
发动机外特性的讨论： ➢ 使用外特性与理想外特性。
• 使用外特性是指带上全部附件设备时的发动机外特性， 亦可称为有附件外特性。
• 卸下各附件后的发动机外特性，就是理想外特性，亦称 无附件外特性。 自阅附件要求P13
驶操作和维护保养三方面，具体影响因素是较多的。
P14~15，自阅。
在一般性的分析计算中，给定车辆，即可认为其传动效 率ηT是常数。
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§1-2 汽车驱动动力学分析
（4）车轮半径 存在不同的概念，分别对应不同的场合
① 自由半径r0：指的是处于标准充气压力下，不承受载荷（但可 以旋转）的车轮半径。显然，对于正常装配于车轴上、承受载
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§1-1 概述
与评价指标定义有关的车辆状况与技术参数
在诸多试验标准中，在定义各种评价指标时，规定了相 关的条件与参数值，如汽车装载状况、轮胎气压、发动 机与底盘技术状况、道路以及气象条件等，其目的在于 维护标准的规范性和唯一性，方便试验数据的比对。
建议查阅《GB/T 12544-2012：汽车最高车速试验方法》， 了解标准对于道路条件、大气条件、试验车质量及分布、实验 数据的修正（考虑风速和环形道路离心力的影响）等要求。
最大加速度的档位起步，加速踏板踩到底（除手动挡车型 在换挡期间外），并在恰当的时机逐级换入高档，直至汽 车达到某一预定的车速或行驶距离所需的时间。 “能够获得最大加速度的档位”= 1档 ？ 加速终了档位P9 ➢ 超车加速时间—用最高档或次高档由某一较低车速全力加 速至某一较高车速所需的时间。 实际加速时，档位的选取P10 二者相比，原地起步加速时间的意义更大。
可见，即使是匀速行驶，驱动轮的 真实地面推力FX驱也不等于驱动力Ft。
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§1-2 汽车驱动动力学分析
（4）整车的滚动阻力与滚动阻力系数
显然，整车的地面纵向合力=驱动轮推力-从动轮阻力，即 Σ FX= FX驱- FX从=（Ft -G驱a/r）-G从a/r = Ft -Ga/r，G=G驱+G从为整车重力
本课程的任务之一就是研究汽车使用性能与参数条件的 关系，因而在各种指标的定义中，对车辆参数等尽量不 做固定的约束。
第一节 概述 结束
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§1-2 汽车驱动动力学分析
第一章 汽车的动力性
第二节 汽车驱动动力学分析
本节研究汽车直线驱动行驶的受力问题，得到力和功率 方面的平衡方程。是汽车动力性、燃油经济性以及动力装置 参数选取的理论基础。
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§1-2 汽车驱动动力学分析
二、空气阻力和坡度阻力
1.空气阻力
➢ 空气阻力的构成 （1）压力阻力（压差阻力）—源于空气与车身的法向作用力。又包括：
形状阻力：压力阻力的主体，主要取决于车身的主体轮廓形状。 干扰阻力：由车身表面的一些较小的凸起物引起的阻力。 内循环阻力：发动机冷却、车室通风等所需的空气，流经车体内部形
为了使从动轮匀速滚动，地面纵向 力FX从所产生的力矩应与滚动阻力偶矩
G从a平衡，即FX从=G从a/r。 轮轴作用力Fp从是系统内力，不需
过多考虑。（Fp从与FX从一定相等吗 ？）
（3）匀速滚动的驱动轮
为了使驱动轮匀速滚动，地面纵向
力FX驱所产生的力矩应与驱动转矩Tt和
滚动阻力偶矩G驱a之差平衡，即
FX驱= (Tt -G驱a)/r= Ft -G驱a/r
• 如前所述，FX驱 Ft Ff驱与 FX从 Ff从 仅适用于匀速行驶工况。
三、加速度分析
汽车加速时，由于飞轮、车轮等旋转体的角加速，驱动轮和从
动轮的地面纵向力将与上述计算不同。
1.考虑飞轮的转动惯量，传动系输入转矩将减小
当车辆加速时，发动机的输出动力不会完全转化为传动系的输
入动力，飞轮会扣除一部分用于自身加速。
Te
Tin
If
de
dt
以飞轮为研究对象
1.驱动力Ft
发动机输出转矩Te，经传动系变换，传至驱动轮，得到
驱动转矩：Tt Teitt （Te实际上应为传动系输入转矩Tin）
it ：传动系传动比， 可取P12 it igi0 ，
ig 和 i0 分别为变速器
和主减速器的传动比；
T：传动效率。
假定P12驱动转矩Tt完全由地面施加于轮胎的纵向推力产生
2.滚动阻力Ff 车轮滚动时，有诸多因素会造成阻力P16。在本课程中，
认为轮胎的滚动阻力源于轮胎的弹性迟滞效应。 （1）轮胎的弹性迟滞与滚动阻力偶矩
弹性迟滞，指的是轮胎承受垂直载 荷时，由于材料内部存在摩擦和阻尼等 因素，加载过程的受力-变形关系和卸 载过程的受力-变形关系之间存在一定 滞后的效应。
§1-1 概述
第一章 汽车的动力性
第一节 概述
一、动力性的定义
汽车在良好路面上依靠自身动力直线行驶时，高效 完成运输任务的能力。（基本等同于“平均行驶速度”P8）
对几个条件的理解： ➢ 良好路面：较平整、较坚硬，未必附着良好。 ➢ 自身动力：排除借助下坡或惯性冲坡等因素。 ➢ 直线：曲线行驶时，同样存在动力性的要求和表现；此处的
➢ 稳态与变工况
外特性数据多来自发动机的稳态台架试验。而汽车在实际行 驶中，发动机常处于变工况，例如加速过程。与稳态试验数据 相比，变工况下发动机的动力输出会稍有下降。
发动机的变工况输出特性不易获得。在一般的分析和研究中， 不考虑工况的改变对发动机外特性的影响。
综上，本章所使用的发动机外特性，均指源于发动机稳 态台架试验的使用外特性。
（5）滚动阻力系数的影响因素
通过台架试验与理论研究，得到的基本结论： ① 车速 车速较低时，滚动阻力系数的变化不大。当车速提高
到一定程度后，滚动阻力系数随车速的提高较快增长。 驻波P20 ② 气压 轮胎充气压力越低，径向变形就越大、接地区域的面 积也增大，迟滞损失和滚动阻力系数就越大。 ③ 载荷 轮胎的垂直载荷增大时，滚动阻力会增大，但是滚动 阻力系数会减小。 ④ 驱动力 驱动轮承受驱动力（其实质是承受驱动转矩）时， 胎面相对路面有一定程度的滑动，加大了轮胎滚动时的能量 损耗，因而滚动阻力（系数）会增大。 研究还发现，当驱动力系数（驱动力与垂直载荷之比）较大 时，提高轮胎气压会使滚动阻力系数增大。P21
荷的车轮来说，该参数没有意义。 ② 静力半径rs：亦称“动负载半径”，指的是装在车轴上、承受
载荷的车轮，其中心到车轮—道路接触面之间的距离。无论车
轮静止还是运动，静力半径的概念都是存在的。静力半径也就
是地面纵向力（无论是驱动还是制动）作用线至轮心的距离。
③ 滚的的动比半半 例 径径 关 ”系 。rr：，指即的r是r 车2轮Snw滚。动其距思离想S和是对“应将的车滚轮动视圈作数纯n滚w之动间时
通常认为同一汽车前、后轮的f相等；详细研究亦可分开。P19 存在坡度时，滚动阻力的准确计算应为Ff=Gfcosα；忽略空气升力影响。
汽车加速时，驱动轮和从动轮的实际受力状况将发生变化P19(、 P28)。但“滚动阻力”和“滚动阻力系数”的定义不变。
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§1-2 汽车驱动动力学分析
汽动动力学分析
⑤ 轮胎的材料和结构设计 与斜交轮胎相比，子午线轮胎的滚动阻力系数较小，受驱动
力系数变化的影响也较小。 较浅的胎面花纹和合理的胎面轮廓设计也可以在一定程度上
减小滚动阻力。 单纯从降低滚动阻力系数的角度看，天然橡胶优于合成橡胶。
但是后者在胎面寿命、附着性能（尤其是在湿滑路面上）、缓冲 和降低噪声等方面具有优势，所以目前合成橡胶基本上已经取代 了天然橡胶。 ⑥一般性的简化取值
的力矩所平衡，那么这个纵向推力就称为驱动力，记作Ft。
显然有：Ft
Tt r
TeitT