汽车理论课件——
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第一章
汽车动力性
第二节
汽车的驱动力与行驶阻力
本节重点计算并分析汽车行驶过程中的 驱动力和行驶阻力。
返回目录
1
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
一、驱动力Ft
ua
驱动力Ft：发动机产 生的转矩经传动系传到 驱动轮，产生驱动力矩 Tt，驱动轮在Tt的作用 下给地面作用一圆周力 F0，地面对驱动轮的反 作用力Ft即为驱动力。
21
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
ua
n
加载变形区 思 考
n'
卸载变形区
由轮胎的迟滞损失图看，在轮胎径向变形相同的情况下， 地面作用在加载变形区与卸载变形区的法向反力是否相等？
13
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
表1-1 传动系各部件的传动效率 部件名称 4～6 挡变速器 辅助变速器（副变速器或分动器） 8 挡以上变速器 单级减速主减速器 双级减速主减速器 传动轴的万向节 ηT 95% 95% 90% 96% 92% 98%
14
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
3.车轮半径
Ttq大 损失大 损失的比重小
ηT高
机械损失
齿轮对数
齿轮对数少 损失小 ηT高 直接挡ηT最高
PT
润滑油品质 温度 液力损失 油面高度
过低，热容量小 过高，搅油损失大
转速
12
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
传动系效率曲线
挡 挡
1—1200r/min 2—1600r/min 3—1900r/min 4—2000r/min
发动机
Ft
ua
5
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
1.发动机的转速特性
发动机的转速特性，即Pe、Ttq、b=f（n）关系曲线。 外特性曲线 节气门开启程度的不同 部分负荷特性曲线
思 考
计算汽车动力性指标时，需要用什么特性曲线？
6
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
Pe
Ttq n 9550
7
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
自由半径：车轮处于无载时的半径。 静力半径rs：汽车静止时，车轮中心至轮胎与道路接
触面间的距离。
滚动半径rr：车轮几何中心到速度瞬心的距离。
15
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
4.汽车的驱动力图
依据下面百度文库式
Ft
Ttqigi 0 T r
以及发动机外特性曲线
nr ua 0.377 ig i 0
汽车行驶总阻力
F
Ff Fw Fi Fj
20
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
1.滚动阻力Ff
轮胎变形
硬路面上
产生滚动阻力的主要原因
思考
软路面上
轮胎变形和路面变形 轮胎变形为什么会产生滚动阻力？
轮胎的迟滞损失：轮胎在加载变形时所消耗的能量在卸 载恢复时不能完全收回，一部分能量消耗在轮胎内部摩擦 损失上，产生热量，这种损失称为轮胎的迟滞损失。
做出的Ft - ua关系图，即驱动力图。
16
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
例：已知奥迪A4轿车发动机的数据（如下表所示），
ig1=2.13，i0=6.333，r=0.317m，ηT=0.90，由
Ft Ttqigi 0 T r
nr 和 ua 0.377 可以对应计算出 1 挡的Ft1和ua1。 igi0
7000
6000
Ft1 Ft2
5000 Ft3
F t/N
4000
Ft4 Ft5
3000
Ft6
2000
1000
0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320
Tt
r
Ft F0
2
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
一、驱动力Ft
Tt Ft r
Tt—驱动力矩；
Tt Ttq ig i 0T
ua
Ttq —发动机转矩； ig—变速器传动比； i0—主减速器传动比；
Tt
r
Ft F0
3
ηT—传动系的机械效率。
Ft Ttq ig i 0T r
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
由
Ft
Ttqig i 0 T r
可知
Ft 与发动机转矩Ttq、变速器传动比 ig、主减
速器传动比 i0、传动系的机械效率ηT 和车轮半径 r
等因素有关。
思考
能否解释为什么汽车低挡的加速能力好于高挡？
4
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
计算驱动力是为了确定汽车的动力性指标，也即要找出 驱动力和车速的关系。 驱动力和车速都与发动机特性有直接关系，可以通过发 动机特性曲线找出驱动力与车速之间的关系。
水冷，直列四缸，每缸五气门
最大功率 110kW/5700 r/min 最大转矩 210N· m/1750～4600 r/min 缸径×行程 81mm×86.4mm 压缩比 9.3:1
思考
宝来轿车发动机的转矩输出特性是否理想？为什么？
汽车起步加速时，过早换入高挡（即发动机转速较低时即换入 高挡) 是否有利于其加速性？ 发动机最大转矩对应的转速较低好还是较高好？
10
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
2.传动系的机械效率ηT
Pin PT T Pin
Pin—输入传动系的功率； PT－传动系损失的功率。
等速行驶时
Pin Pe
Pe PT PT T 1 Pe Pe
11
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
思考
传动系损失的功率PT主要与哪些因素有关？ 转矩
发动机转速特性曲线
8
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
带上全部附件设备时的
发动机特性曲线，称为使用 外特性曲线。一般，使用外 特性与外特性相比： 汽油机的最大功率约小 15%； 货车柴油机的最大功率 约小5%； 轿车与轻型货车柴油机 的最大功率约小10%。
9
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
宝来轿车发动机的基本参数如下 ：
ua/(km/h) ua /(km h1 )
18
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
F t1
Ft 2
Ft 3
Ft 4
Ft 5
19
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
二、汽车的行驶阻力
思考 汽车在行驶过程中将会遇到哪些行驶阻力？
如何保证汽车可以加速或爬坡？
滚动阻力Ff 坡度阻力Fi 空气阻力Fw 加速阻力Fj
nmin
n/(r· min-1) Ttq/(N· m) ig1=2.13 Ft1/N 800 142 5438
ntq
3300 195 7468
np
5700 159 6089
nmax
6200 143 5477
ua1/(km· h-1 )
7.1
29.2
50.5
54.9
17
奥迪 A4 轿车驱动力图
8000
汽车动力性
第二节
汽车的驱动力与行驶阻力
本节重点计算并分析汽车行驶过程中的 驱动力和行驶阻力。
返回目录
1
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
一、驱动力Ft
ua
驱动力Ft：发动机产 生的转矩经传动系传到 驱动轮，产生驱动力矩 Tt，驱动轮在Tt的作用 下给地面作用一圆周力 F0，地面对驱动轮的反 作用力Ft即为驱动力。
21
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
ua
n
加载变形区 思 考
n'
卸载变形区
由轮胎的迟滞损失图看，在轮胎径向变形相同的情况下， 地面作用在加载变形区与卸载变形区的法向反力是否相等？
13
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
表1-1 传动系各部件的传动效率 部件名称 4～6 挡变速器 辅助变速器（副变速器或分动器） 8 挡以上变速器 单级减速主减速器 双级减速主减速器 传动轴的万向节 ηT 95% 95% 90% 96% 92% 98%
14
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
3.车轮半径
Ttq大 损失大 损失的比重小
ηT高
机械损失
齿轮对数
齿轮对数少 损失小 ηT高 直接挡ηT最高
PT
润滑油品质 温度 液力损失 油面高度
过低，热容量小 过高，搅油损失大
转速
12
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
传动系效率曲线
挡 挡
1—1200r/min 2—1600r/min 3—1900r/min 4—2000r/min
发动机
Ft
ua
5
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
1.发动机的转速特性
发动机的转速特性，即Pe、Ttq、b=f（n）关系曲线。 外特性曲线 节气门开启程度的不同 部分负荷特性曲线
思 考
计算汽车动力性指标时，需要用什么特性曲线？
6
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
Pe
Ttq n 9550
7
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
自由半径：车轮处于无载时的半径。 静力半径rs：汽车静止时，车轮中心至轮胎与道路接
触面间的距离。
滚动半径rr：车轮几何中心到速度瞬心的距离。
15
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
4.汽车的驱动力图
依据下面百度文库式
Ft
Ttqigi 0 T r
以及发动机外特性曲线
nr ua 0.377 ig i 0
汽车行驶总阻力
F
Ff Fw Fi Fj
20
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
1.滚动阻力Ff
轮胎变形
硬路面上
产生滚动阻力的主要原因
思考
软路面上
轮胎变形和路面变形 轮胎变形为什么会产生滚动阻力？
轮胎的迟滞损失：轮胎在加载变形时所消耗的能量在卸 载恢复时不能完全收回，一部分能量消耗在轮胎内部摩擦 损失上，产生热量，这种损失称为轮胎的迟滞损失。
做出的Ft - ua关系图，即驱动力图。
16
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
例：已知奥迪A4轿车发动机的数据（如下表所示），
ig1=2.13，i0=6.333，r=0.317m，ηT=0.90，由
Ft Ttqigi 0 T r
nr 和 ua 0.377 可以对应计算出 1 挡的Ft1和ua1。 igi0
7000
6000
Ft1 Ft2
5000 Ft3
F t/N
4000
Ft4 Ft5
3000
Ft6
2000
1000
0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320
Tt
r
Ft F0
2
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
一、驱动力Ft
Tt Ft r
Tt—驱动力矩；
Tt Ttq ig i 0T
ua
Ttq —发动机转矩； ig—变速器传动比； i0—主减速器传动比；
Tt
r
Ft F0
3
ηT—传动系的机械效率。
Ft Ttq ig i 0T r
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
由
Ft
Ttqig i 0 T r
可知
Ft 与发动机转矩Ttq、变速器传动比 ig、主减
速器传动比 i0、传动系的机械效率ηT 和车轮半径 r
等因素有关。
思考
能否解释为什么汽车低挡的加速能力好于高挡？
4
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
计算驱动力是为了确定汽车的动力性指标，也即要找出 驱动力和车速的关系。 驱动力和车速都与发动机特性有直接关系，可以通过发 动机特性曲线找出驱动力与车速之间的关系。
水冷，直列四缸，每缸五气门
最大功率 110kW/5700 r/min 最大转矩 210N· m/1750～4600 r/min 缸径×行程 81mm×86.4mm 压缩比 9.3:1
思考
宝来轿车发动机的转矩输出特性是否理想？为什么？
汽车起步加速时，过早换入高挡（即发动机转速较低时即换入 高挡) 是否有利于其加速性？ 发动机最大转矩对应的转速较低好还是较高好？
10
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
2.传动系的机械效率ηT
Pin PT T Pin
Pin—输入传动系的功率； PT－传动系损失的功率。
等速行驶时
Pin Pe
Pe PT PT T 1 Pe Pe
11
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
思考
传动系损失的功率PT主要与哪些因素有关？ 转矩
发动机转速特性曲线
8
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
带上全部附件设备时的
发动机特性曲线，称为使用 外特性曲线。一般，使用外 特性与外特性相比： 汽油机的最大功率约小 15%； 货车柴油机的最大功率 约小5%； 轿车与轻型货车柴油机 的最大功率约小10%。
9
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
宝来轿车发动机的基本参数如下 ：
ua/(km/h) ua /(km h1 )
18
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
F t1
Ft 2
Ft 3
Ft 4
Ft 5
19
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
二、汽车的行驶阻力
思考 汽车在行驶过程中将会遇到哪些行驶阻力？
如何保证汽车可以加速或爬坡？
滚动阻力Ff 坡度阻力Fi 空气阻力Fw 加速阻力Fj
nmin
n/(r· min-1) Ttq/(N· m) ig1=2.13 Ft1/N 800 142 5438
ntq
3300 195 7468
np
5700 159 6089
nmax
6200 143 5477
ua1/(km· h-1 )
7.1
29.2
50.5
54.9
17
奥迪 A4 轿车驱动力图
8000