汽车驱动力行驶阻力平衡图
第三节 汽车的驱动力—行驶阻力平衡图与动力特性图
汽车的驱动力—行驶阻力平衡图与动力特性 行驶阻力平衡图与动力特性图 第三节 汽车的驱动力 行驶阻力平衡图与动力特性图
本节将通过作图法确定汽车动力性指标。 本节将通过作图法确定汽车动力性指标。
汽车的驱动力—行驶阻力平衡图与动力特性 行驶阻力平衡图与动力特性图 第三节 汽车的驱动力 行驶阻力平衡图与动力特性图
由动力特性图确定动力性评价指标 δdu δdu = f +i + D =ψ +
gdt
gdt
1）计算最高车速
du =0 dt dt
最高 车速
i =0
D= f
f
uamax
汽车的驱动力—行驶阻力平衡图与动力特性 行驶阻力平衡图与动力特性图 第三节 汽车的驱动力 行驶阻力平衡图与动力特性图
2）计算爬坡度 ）
α = arcsin
F −(F + F ) t f w G
i=tanα 可以做出爬坡度图。 可以做出爬坡度图。
汽车的驱动力—行驶阻力平衡图与动力特性 行驶阻力平衡图与动力特性图 第三节 汽车的驱动力 行驶阻力平衡图与动力特性图
二、动力特性图
F = F + F + F + Fj t f i w
δdu F −F t w =ψ + G gdt
奥迪A4 轿车驱动力—行驶阻力平衡图 奥迪 轿车驱动力 行驶阻力平衡图
8 00 0 7 00 0
6 00 0 Ft 1 5 00 0 Ft 2 Ft 3 4 00 0 Ft 4 Ft 5 3 00 0 Ft 6 Ff +F w 2 00 0
F /N
1 00 0
汽车的驱动力—行驶阻力平衡图与动力特性图
Ttqig i 0 T r
arcsin
Ft ( Ff Fw ) G
5
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
由驱动力—行驶
阻力平衡图和
arcsin
Ft ( Ff Fw ) G
i=tanα
可以做出爬坡度图。
6
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
ua/(km/h) h 1 ) u /( k m
a
uamax=205km/h
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
3.确定最大爬坡度imax
du dt
G sin
0
Fi Ft ( Ff Fw )
2 CD Aua Gf cos 21.15
8000 7000
6000 Ft1 5000 Ft2 Ft3 4000 Ft4 Ft5 3000 Ft6 Ff+Fw 2000
F /N
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
图。
Ff
2
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
1.确定uamax
发动机以部分 负荷工作即可
最高车速行驶时 Fi=0 Fj=0
Ft=Ff+Fw
思考
当Ff+FW与Ft5没有 交点时，如何确定最高 车速？此时对应的发动 机工况如何？
ua
'
Ff
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。
汽车的驱动力-行驶阻力平衡图
1
加速时间曲线 1
aj4
1
a j3
1
aj2
a j1
加速度倒数曲线
ua
BJ130汽车的加速时间曲线
☆手工计算时,一般忽略原地起步过程的
离合器打滑过程.即假设在最初时刻，汽 车已具备起步换档所需的最低车速。
☆换档时刻的确定：若I-II加速度曲线 相交，则规定在交点处换档；若I-II的加 速度曲线不相交，则规定在发动机最高转 速处换档；换档时间一般忽略不计（正态 分布t=0.2~0.4s)。
节气门全开
后备功率
☆档位不同时车速的范围不同，但是功率
的大小不变，只是各档的功率曲线对应的车 速位置不同。低档时车速低，速度变化区域 窄；高档时车速高，所占速度变化区域大。
☆滚动阻力功率在低速时近似为直线，而 在高速时是二次曲线（低速、货车！）
☆空气阻力功率曲线为三次函数
☆在低速时以滚动阻力功率为主，而在高 速时以空气阻力功率为主。
1
T
( Gfua 3600
CD A 76140
ua3
Giua 3600
mua
3600
du ) dt
f随车速ua的增大，Pf 的增加更快
Pw是车速ua的三次函 数
f
f0
f1
( ua 100
)
f
4
( ua 100
)4
发动机功率 Pe 阻力功率 (Pf+Pw)/ηT
车速ua
发动机外特性曲线 （Pe ~ n）
G
i
u
轿车爬坡度图
二、汽车的动力特性图
Ft Ff Fw Fi Fj
Ft Fw du
G
gdt
动力因
汽车的驱动力—行驶阻力平衡图与动力特性图
uau/a(k/(mk/mh) h1)
uamax=205km/h
Ft1 Ft2 Ft3 Ft4 Ft5 Ft6 Ff+Fw
7
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
2.确定加速时间t
汽车的加速能力可以用它在水平良好路面上行驶时产 生的加速度来评价，但由于加速度的数值不易测量，实际 中常用加速时间 t 来表明汽车的加速能力。
二、动力特性图
思考
是否驱动力越大，动力性越好？
•实线为总重6.5t汽车的各挡驱动力曲线 •虚线为总重3.5t汽车的各挡驱动力曲线
18
第三节 汽车的驱动力—行
驶阻力平衡图与动力特性图 二、动力特性图
表征动力性的指标应该是一种既考虑驱动力和车重，又包含 空气阻力的综合性参数。
将汽车行驶方程 Ft Ff Fi Fw Fj
D1max fcosmax sinmax
cosmax 1 sin 2 max
f
max
arcsin
D1max
f
1
D2 1max
1 f 2
f
2
25
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
3）计算加速时间
D du f i du
gdt
gdt
加速时 i 0 得 du g (D f )
arcsin Ft (Ff Fw )
G
Ttqigi 0T
r
Gf
cos
CD A 21.15
ua2
G sin
m du
dt
15
arcsin Ft (Ff Fw )
G
arcsin Ft (Ff Fw )
G
i tan
画驱动力-行驶阻力平衡图,计算最高车速
'画驱动力-行驶阻力平衡图，计算最高车速Picture1.Cls'自定义坐标系xleft = -15: yup = 18000: xright = 140: ylow = -4000Picture1.Scale (xleft, yup)-(xright, ylow)'画坐标线Picture1.Line (0, 0)-(xright - 10, 0)Picture1.Line (0, 0)-(0, yup - 2000)'坐标点值For k = 0 To yup - 1600 Step 2000Picture1.Line (0, k)-(2, k)Picture1.CurrentX = -16: Picture1.CurrentY = kPicture1.Print kNext kPicture1.CurrentX = -15: Picture1.CurrentY = yup - 1000Picture1.Print "Ft,Fz(N)"For h = 0 To xright - 12 Step 10Picture1.Line (h, 0)-(h, 400)If h <> 0 ThenPicture1.CurrentX = h - 5: Picture1.CurrentY = -500Picture1.Print hEnd IfNext hPicture1.CurrentX = 110: Picture1.CurrentY = -1500Picture1.Print "ua(km/h)"Picture1.CurrentX = 25: Picture1.CurrentY = -2000Picture1.Print "驱动力-行驶阻力平衡图"'画驱动力曲线du = 0.1 '速度增加的步长For i = 1 To 5 ‘选择第2台变速器具有5个挡位的！！！U0 = 0.377 * r * Nmin / ig(i) / I0UT = 0.377 * r * Nmax / ig(i) / I0'del = 1 + (Iw1 + Iw2 + Iff * ig(i) ^ 2 * i0 ^ 2 * et) / (ma * r ^ 2)For u = U0 To UT Step dun = ig(i) * I0 * u / 0.377 / rFt = Ttq(n) * ig(i) * I0 * Et / rIf u = U0 Then Picture1.PSet (u, Ft), vbBlue Else Picture1.Line -(u, Ft), vbBlue Next uNext i'画阻力曲线For u = 0 To 120 Step duFf = Ma * g * fFw = CD * A * u ^ 2 / 21.15fz = Ff + FwIf u = 0 Then Picture1.PSet (u, fz) Else Picture1.Line -(u, fz), vbRed Next u'求最高车速U0 = 0.377 * r * Nmin / ig(ds) / I0UT = 0.377 * r * Nmax / ig(ds) / I0For u = U0 To UT Step 0.001n = ig(ds) * I0 * u / 0.377 / rFt = Ttq(n) * ig(ds) * I0 * Et / rFf = Ma * g * fFw = CD * A * u ^ 2 / 21.15fz = Ff + FwIf Ft <= fz Then uMax = u: GoTo 50:If u >= UT Then uMax = u: GoTo 50:Next u50:Picture1.CurrentX = xright - 120: Picture1.CurrentY = yup - 2000Picture1.Print "最高车速umax="; CInt(uMax * 100) / 100; "km/h"。
汽车驱动力-行驶阻力平衡图
驱动力与行驶阻力平衡图定义 驱动力与行驶阻力平衡图定义 为了清晰地描述汽车行驶时受力情 况及其平衡关系， 况及其平衡关系，通常将平衡方程式用 图解方式进行描述，即将驱动力F 图解方式进行描述，即将驱动力 t和常 见行驶阻力F 绘在同一张图上。 见行驶阻力 w和Ff 绘在同一张图上。
Ttqi0igηT r
1.3 1.3
汽车驱动力汽车驱动力-行驶阻力平衡图
行驶方程式反映了汽车行驶时，驱动力和外界阻 行驶方程式反映了汽车行驶时， 力之间的普遍情况。当已知条件： 力之间的普遍情况。当已知条件：
便可以分析汽车在附着条件良好路面上的行驶能 即在油门全开时，汽车可能达到最高车速、 力。即在油门全开时，汽车可能达到最高车速、加速 能力和爬坡能力。 能力和爬坡能力。
∫
离 化 理 t≈ 散 处 后
∑∆t = ∑
5/18
∆u aj
du ds du 或 aj = 者 = dt ds dt 1 udu (F − Ff − Fw) = = t δm ds u udu ds = du ⇒ s = ⇒ aj aj
∫
s≈
∑
∆s =
∑
u∆u aj
6/18
加速度a 加速度 j
12/18
2 a
13/18
坡度i × 100%
Ft mg
Ft − (Ff + Fw ) imax = tgα = tg(arcsin ) mg i max
Fw + F f mg
i0 max
图1－29 L 汽车爬坡度
14/18
u max
15/18
动力特性图评价汽车动力性
F = Ff + F + F + Fj t w i F + Ff F −F δm du i t w = + G G G dt δ du =( f +i )+ g dt
汽车驱动力行驶阻力平衡图(教案)
第一章 汽车动力性第三节 汽车动力性分析一、驱动力—行驶阻力平衡图、动力特性图和功率平衡图作用于驱动轮上的驱动力t F 为s t g 0t dT i i F r h =（1-14）式中：s T —使用状态的发动机转矩；t h —传动系机械效率，见表1-6；0,g i i —变速器和主减速器的速比；d r—车轮滚动半径。
汽车速度与发动机转速及传动系参数的关系式为a r g 023.60.37760nrnv r i i p =ﾻ，km/h（1-15）式中：a v —汽车速度，km/h ；r r —车轮滚动半径，m ；n —发动机转速，r/min 。
车轮滚动半径＝滚动圆周长/2p 。
对子午线轮胎可取r r ＝0.97×自由半径，对斜交轮胎取r r ＝0.95×自由半径。
车轮滚动半径是指车轮承受铅垂载荷和转矩时的半径，在硬路面上近似与单纯承受铅垂载荷的静力半径相等，其经验计算式为()[]λ-+=12/0254.0d b d r ，m （1-16）式中：d r —车轮滚动半径，m ；d —轮辋直径，m ；b —轮胎宽度，m ；λ—轮胎径向变形系数，额定胎荷时可取为0.1~0.16。
由发动机使用外特性曲线，按不同挡位，可绘制各挡的驱动力—车速曲线图，如图1-47所示。
同时在图上还画出了常见行驶阻力曲线f w F F +，这样就构成了驱动力—行驶阻力平衡图。
图1-47 驱动力－行驶阻力平衡图图1-48 动力特性图在阻力曲线与驱动力曲线的交点即有t f w F F F =+，车辆可在该车速下匀速行驶。
动力特性图是指动力因数—车速关系曲线（图1-48）。
动力因数定义为t w F F D G-= （1-17）利用动力特性图可以比较不同车重和空气阻力的车辆的动力性能。
驱动轮发出的驱动功率：t t sP P h =式中：P s —发动机使用状态下的功率。
图1-49 功率平衡图由于不同挡位对应的车速范围不同，各挡的车轮驱动功率与车速的关系曲线亦不同（图1-49所示）。
汽车的驱动力行驶阻力平衡图和动力特性图资料
t
dt
u2 1du
1
ua2 1du A
0
a u1
3.6 ua1 a
➢由加速度曲线 做加速度倒数曲线， 再积分，即可求出 加速时间。
思考：从图中看，在什 么时候换挡可以使加速 时间最短？
7
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
➢积分时可 以将积分区域 划分成若干个 小区间，采用 图解积分的方 法求面积和。
i0
D f
f
uamax
13
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
2）计算爬坡度
du 0 dt
iD f
➢由动力特性曲线，即可做出各挡的爬坡度图。
➢Ⅰ挡工作时，爬坡度较大，此时以 imax＝D1max－f 计算的误差也较大，可以用下式计算
D1max fcosmax sinmax cosmax 1 sin 2 max
arcsin Ft (Ff Fw )
G
10
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
➢由驱动力—行驶 阻力平衡图和
arcsin Ft (Ff Fw )
G
i=tanα
可以做出爬坡度图。
11
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
二、动力特性图
Ft Ff Fi Fw Fj
第一章 汽车动力性
第三节 汽车的驱动力—行驶阻力平
衡图与动力特性图
➢本节将通过作图法确定汽车动力性指标。
1
第三节 汽车的驱动力—行 驶阻力平衡图与动力特性图
一、驱动力—行驶阻力平衡图
Ft Ff Fw Fi Fj
➢在驱动力图的 基础上，画出 Ff+FW=f (ua) 就是驱 动力行驶阻力平衡 图。
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便可以分析汽车在附着条件良好路面上的行驶能 力。即在油门全开时，汽车可能达到最高车速、加速 能力和爬坡能力。
1/18
驱动力与行驶阻力平衡图定义
为了清晰地描述汽车行驶时受力情 况及其平衡关系，通常将平衡方程式用 图解方式进行描述，即将驱动力Ft和常 见行驶阻力Fw和Ff 绘在同一张图上。
Ttqi0igT
ua ua1 ua2 ua3 … … uam
Ft
Ft1 Ft2 Ft3 … … Ftm II 档
ua ua1 ua2 ua3 … … uam
Ff Ff Ff Ff … … Ff
Fw Fw Fw Fw … … Fw
9/18
Fj Fj1 Fj2 Fj3 … … Fjm I 档
aj a1 a2 a3 … … a1m
aj
s s uu aj
6/18
加速度aj
a j1
ua不同于u
aj2 aj3
Ff Fw
aj4
m
f
车速ua，km / h 图1-25 汽车加速度－速度图
ua ua max
7/18
1 / a j
ui u const t u
速度ua
s uu
aj
aj
加速时间曲线 1
1
a j3
1
aj2
加速度：a j
du dt
1
m
(Ft
Ff
Fw )
则加速度倒数曲线为
dt du t du
aj
aj
aj
du dt
Fj m
离散化处理后t t u aj
5/18
或者a j
du dt
ds ds
du dt
udu 1
ds m (Ft Ff Fw )
ds u du s udu
aj
mg 通常用坡度i表示
i tg tg[arcsin Ft (Ff Fw ) ]
mg
13/18
Ft mg
坡度i
100%
imax tg
tg (arcsin
Ft
(Ff mg
Fw
) )
imax
Fw Ff mg
i0 max
图1－29汽车爬坡度
14/18
umax
imax
tg
tg(arcsin
Ft
cosmax 1 sin 2 max
max
arcsin
D1max
f 1 1 f
D2 1max 2
f
2
tg max
imax，在加速时i
0,
du dt
g
(D
f
)
18/18
优质精神，全员参与，持续改进，持 之以恒 。20.1 2.272 0.12.2 7Sund ay, December 27, 2020 扳紧一颗螺钉，消灭隐患一批。16:4 5:551 6:45: 5516: 4512/ 27/20 20 4:45:55 PM 关爱生命，安全发展。20.12.2716: 45:55 16:45 Dec-2 027-D ec-20 以管理保质量、以质量保进度、以进 度求效 益。16 :45:5 516:4 5:551 6:45Sunday , December 27, 2020 塑企业形象，创优质名牌。20.12.27 20.12 .2716 :45:5 516:4 5:55D ecem ber 27, 2020 安全生产，生产蒸蒸日上，文明建设 ，建设 欣欣向 荣。20 20年1 2月27 日下午 4时45 分20.1 2.272 0.12.2 7 消防安全是幸福的保障，治理隐患保 障消防 安全。 2020年 12月2 7日星 期日下 午4时4 5分55 秒16:4 5:552 0.12. 27 坚持一流管理，生产一流产品，提供 一泫服 务，创 建一流 企业。 2020年 12月 下午4时 45分2 0.12.2 716:4 5Dec ember 综合治理，保障平安。2020年12月2 7日星 期日4 时45分5 5秒16 :45:5 527 December 2020 产品若要无缺点，全面品管不可免。 下午4 时45分5 5秒下 午4时4 5分16 :45:5 520.1 2.27 用户是上帝，下道貌岸然工序就是用 户。20 .12.27 20.12 .2716 :4516 :45:5 516:4 5:55D ec-20 父母望您遵章守纪、妻儿盼您毫发无 损。20 20年1 2月27 日星期 日4时4 5分55 秒Sun day, December 27, 2020 自主检验做得好，生产顺畅不得了。 20.12. 27202 0年12 月27日 星期日 4时45 分55 秒20.12 .27
动力因数 D Ft Fw du
G
g dt
16/18
动力因数D
D1max
imax或i
g
du dt
D f i du
g dt
i0 max
D0 max
f
图1 30
汽车动力特性图及用途
17/18
umax
在求imax时，ddut 0 D f i imax DImax f DImax f cosmax sin max
3/18
1. 最大速度和部分负荷时的力平衡 以及 uamax 和部分负荷时的等速 2. 加速能力
3. 最大爬坡度
ua uamax ,此时，Fi mg sin i tg(sin1 Ft Ff Fw )
mg
4/18
2. 加速能力 它用aj,但aj不方便评价。通 常用加速时间或加速距离来评价。
Fj aj
Fj1 a1
Fj2 a2
Fj3 a3
… … Fjm … … a1m
II 档
t
t1
t2
t3
Tm
aj
1
m
[
Ft
(Ff
Fw )]
dt 1 du t 1 u
aj
aj
10/18
☆手工计算时,一般忽略原地起步过程 的离合器打滑过程.即假设在最初时刻， 汽车已具备起步换档所需的最低车速。 ☆换档时刻的确定：若I-II加速度曲线 相交，则规定在交点处换档；若I-II的 加速度曲线不相交，则规定在发动机最 高转速处换档；换档时间一般忽略不计 （正态分布t=0.2~0.4s)。 ☆计算加速时间的用途：确定汽车加速 能力；传动系最佳匹配；合理选择发动 机的排量。
(
Ff mg
Fw
)
)
imax I档
i0max 最高档的最大爬坡度。
i0 max
Ft
(
Ff mg
Fw
)
目的是减少通常坡度汽 车经常 换档，影响汽车的运行 速度。
15/18
动力特性图评价汽车动力性
Ft Ff Fw Fi Fj
Ft Fw Fi Ff m du
G
G
G dt
( f i ) du g dt
1.3 汽车驱动力-行驶阻力平衡图
Ft Ff Fw Fi Fj
Ttqi0igT fmg cos CD Aua2 mg sin m du
r
21.15
dt
行驶方程式反映了汽车行驶时，驱动力和外界阻 力之间的普遍情况。当已知条件：
i0 , ig ,T , r, CD , A, m为已知时
11/18
3. 利用驱动力-行驶阻力平衡图 确定汽车的爬坡能力
其前提条件是路面良好，克服 Fw+Ff 后 的全部力都用于克服坡道阻力，即
du dt
aj
0
Ft Ff Fw Fi
Ff
Fw
mgf
CD Aua2 21.15
(假设 cos 1)
12/18
mg sin Ft (Ff Fw ) arcsin Ft (Ff Fw ) ,
r
mgf
cos
CD Au 2a 21.15
＋(
Fj
Fi
)
2/18
Fw
CD Au 2a 21.15
驱动力Ft
Ff mgf
Ft1
imax
tg
sin
1[
Ft
(Ff mg
Fw
)
]
Hale Waihona Puke Ft 2FtTtqi0igT
r
Ft 3
Ff Fw
Ft 4
Ff
车速ua，km / h
ua ua max
图1－25 汽车驱动力－行驶阻力平衡图
a j1
1
aj4
u 1 m / s
3.6
图1－27 加速度倒数曲线
ua
8/18
由驱动力、滚动阻力和空气阻力，就可按 行驶方程式计算加速度及其倒数，从而求 得加速时间或者加速距离。
Ttq Ttq1 Ttq2 Ttq3 … … Ttqm
n
n1 n2 n3 … … n1m
Ft
Ft1 Ft2 Ft3 … … Ftm I 档