第2讲 1-3汽车驱动力-行驶阻力平衡图与动力特性图 1-4汽车行驶的附着条件与汽车的附着率

第2讲 2学时教学目的及要求：掌握汽车的驱动力－行驶阻力平衡图的绘制，汽车加速度曲线的绘制，汽车的加速度倒数曲线的绘制，汽车的加速时间曲线的绘制，汽车爬坡度曲线的绘制，汽车动力特性图的绘制。

主要内容：§1-3汽车驱动力-行驶阻力平衡图与动力特性图§1-4汽车行驶的附着条件与汽车的附着率教学重点：驱动力－行驶阻力平衡图及利用驱动力－行驶阻力平衡图分析汽车的动力性，汽车的动力因数，动力特性图及利用动力特性图分析汽车的动力性 教学难点：动力特性图及利用动力特性图分析汽车的动力性教学过程:§1—3 汽车行驶的驱动与附着条件一、汽车行驶的驱动与附着条件：1、驱动条件—首先得有劲δm du dt = F t – (F f + F W + F i ) ≥ 0F t ≥F f +F W +F i2、附着条件—有劲还得使得上用F φ表示轮胎切向反力的极限，在硬路面上它与驱动轮所受的法向反力成正比：（φ为附着系数）（1）驱动轮的附着力：前轮驱动汽车： F φ1 = F Z1φ后轮驱动汽车： F φ2 = F Z2φ全轮驱动汽车： F φ1 = F Z1φ F φ2 = F Z2φ（2）汽车的附着力：前轮驱动汽车： F φ = F Z1φ后轮驱动汽车： F φ = F Z2φ全轮驱动汽车： F φ = F Z φ = F Z1φ+F Z1φ对前驱动轮 F x1 ≤ F Z1φ前驱动轮的附着率： C φ1 = F X1F Z1则要求 C φ1 ≤φ对后驱动轮Fx2 ≤ FZ2φ后驱动轮的附着率： Cφ2 =F X2 F Z2则要求Cφ2 ≤φ∴F t≤F Z2（f+φ）∵f<<φ∴F t≤F Z2φ一般形式F t ≤F Zφφ3、驱动与附着条件：F f+F W+F i≤F t≤F Zφφ二、汽车的附着力：Fφ1、汽车附着力——在车轮与路面没有相对滑动的情况下，路面对车轮提供的切向反力的极限值。

Fφ=F ZφφFφ取决于：①在硬路面上——可以是最大的静摩擦力，主要取决于路面与轮胎的性质；②在软路面上——取决于土壤的剪切强度和车轮与土壤的结合强度2、Fφ的影响因素：⑴载重量：增加驱动轮的法向反力X2，有利于驱动。

例：越野车由货车的F Z2↗（F Z2+F Z1），使Fφ↗⑵轮胎结构：深大花纹——在松软路面上，使土壤与车轮的结合强度提高；松软路上放气P↘——胎面接地面积大，嵌入土壤的花纹数多，抓地能力强，且沉陷量小，土壤阻力小；⑶附着系数：φ取决于路面种类与状况、轮胎结构（花纹、材料等）及u a等因素。

三、驱动轮的法向反作用力——汽车行驶时重量再分配1、根据受力图列方程：将作用在汽车上的各力对前、后轮接地面中心取矩，则得：F Z1 = GL(bcosα- h g sinα)–1L(mh gdudt+∑T j)- F ZW1-1L∑T fF Z2 = GL(acosα+ h g sinα)+1L(mh gdudt+∑T j)- F ZW2+1L∑T f式中，∑T j = T jW1+T jW2 ,∑T f = T f1+T f2忽略旋转质量的惯性阻力偶矩和滚动阻力偶矩：F Z1 = F ZS1–mh gLdudt- F ZW1F Z2 = F ZS2 + mh gLdudt- F ZW2作用在驱动轮上的地面切向反作用力：前轮驱动：F X1 = F f2 + F W + F i + m du dt后轮驱动：F X2 = F f1 + F W + F i + m du dt低挡加速或爬坡时，后轮驱动汽车的后轮附着率：C φ2 = F X2F Z2 = F i + m du dt F ZS2 + mh g L du dt = L(i + 1gcos αdu dt ) a + h g (i + 1gcos αdu dt ) 令等效坡度 q = i + 1gcos αdu dt 则 C φ2 = Lq a + h g q 在附着系数为φ的路面上能通过的最大等效坡度为：q = φa L - φh g低挡加速或爬坡时，前轮驱动汽车的前轮附着率：C φ1 = Lq b - h g q 在附着系数为φ的路面上能通过的最大等效坡度为：q = φb L + φh g对于四轮驱动汽车，定义后轴转矩分配系数为Ψ：Ψ = T t2T t1 + T t2则后轴转矩分配系数为（1-Ψ） C φ1 = L(1-Ψ)q b - h g q C φ2 = L Ψq a + h g q C φ1 > C φ2时： q = φb L(1-Ψ) + φh gC φ1 < C φ2时： q = φa L Ψ - φh g分析：①与汽车静止时地面法向反力比较：F Z1 =G b L F Z2 = G a L上式中第一项为汽车静止不动时前后轴上的静载荷；第二项为行驶中产生的动载荷。

动载荷的绝对值随坡度、加速度以及速度的增加而增大。

②汽车行驶时：Z 1↘，Z 2↗，即：重量再分配现象。

∴汽车多后轮驱动。

例题：一全轮驶动的汽车，总重G=30000N ，在φ=0.7，f=0.02，α=20°的坡度上行驶，该车可否爬上此坡？（M e =150Nm ，r=0.4m ，i g1=6，i 0=5，ηt =0.8，sin α=0.34，cos α=0.94，F W ≈0，Fj ≈0）解：先校核附着条件：F t <F φF t = T tq i g i 0ηt r=150·6·5·0.8/0.4=9000NF φ=Gcos αφ=30000·0.94·0.7=19740NF t <F φ，满足附着条件；再校核驱动条件： F t ≥F f +F W +F IF f +F W +F I = Gcos αφ+Gsin α=30000·0.94·0.02+3000·0.34=10764NF t <F f +F W +F I ，不满足驱动条件；综上所述，该车爬不上此坡。

§1—4 汽车的驱动力——行驶阻力平衡图与动力特性图 用图解法解行驶方程式：T tq i g i 0ηt r = Gcos αf + C D Au a 221.15 + Gsin α +δm du dt一、驱动力—行驶阻力平衡图：1、作图：在F t —u a 图上加上（F f +F W ）--u a 图。

2、图解法求解：⑴ 最高车速：u amaxF t 与F f +F W 的交点对应的车速；⑵ 以任一车速行驶：u a松油门，F t 的部分负荷曲线（虚线）与F f +F W 曲线的交点对应的车速； ⑶ 爬坡度：F j =0以任一车速行驶时，不松油门，用F t 剩余部分来爬坡。

F i = F t -（F f +F W ）sin α = F t –(F f +F w )Gα =arcsin F t –(F f +F w )Gi= tg α当坡度很小时，i = F t –(F f +F w )G档位越低，i 越大。

i max ——一档;i 0max –直接档 ⑷ 加速度：F i =0F j =F t -（F f +F W ）du dt = 1δm [F t –(F f +F w )]∵ a j = du dt∴ t = ⎠⎛0t dt = ⎠⎜⎛u 1u 21a j dt 加速时间t ：即为1/a j —u a 图曲线下的面积。

二、动力特性图：不同汽车，参数不同（G 、A 、C D 等不同），无法在F t --ua 图上比较动力性。

动力因数，D——单位车重的驱动力与空气阻力之差。

D = F t – F w G (定义式)D = f + i + δg du dt (行驶方程式)1、作动力特性图：2、图解法求解：⑴ 最高车速：D 与f 的交点，D=f⑵ 最大爬坡度：du dt =0，D=f+i i=D-f∵一档的D 为D 1max∴i max =D 1max -f⑶ 加速度： i=0D = f + δg du dtdu dt = g δ(D-f) ⑷ 平均技术速度直接档的D 0max 对平均技术速度有很大影响。

汽车常挂直接档行驶，若D 0max 过小，遇小坡就得减档，影响平均技术速度 例题：1、某车总重G=80000N ，D 1max =0.36。

若改装为总重G ‘=90000N 后，对D 有何影响？（其它结构不变）解：D = F t – F w G∵F t -F W 不变∴D 1max ·G=D ‘1max ·G ‘0.36 ×80000=D ‘1max ×90000D ‘Imax =0.322、某车D 0max =0.06⑴ 若在f=0.02的道路上行驶，用直接档能爬上多大的坡度； ⑵若将上述动力用来加速，δ=1时，可获得多大的加速度？ 解：⑴ i=D-f=0.06-0.02=0.04=4%⑵du dt = g δ(D-f) =9.8（0.06-0.02）=0.392m/s 2。