汽车的驱动力和行驶阻力

9％
较小，则 Fi G sin G tan G i
Ff f G cos f G
道路阻力
道路阻力
F Ff Fi Gf cos G sin
若 较小，则
F Gf Gi G( f i)
道路阻力系数
( f i)
加速阻力
Tf 2 r

Ft
Ff 2
滚动阻力系数的测定方法
牵引法 滑行法 转鼓法
滚动阻力系数的影响因素
1. 速度ua对 f 的影响
ua 100 km/h, f const . ua 200 km/h, f 产生驻波现象，高温、脱落和爆裂。
滚动阻力系数的影响因素
2. 轮胎的结构、材料、帘线对f 的影响也很 大。子午线轮胎 f 小，天然橡胶 f 低。
汽车的行驶阻力
——空气阻力
定义
❖ 汽车直线行驶时受到的空气力在汽车行驶方 向的分力
分类
❖ 压力阻力
➢ 形状阻力主要与汽车的形状有关，约占58％
➢ 干扰阻力：汽车突出部件，如后视镜、门把手、导水 槽、驱动轴、悬架导向杆等，约占14％
➢ 内循环阻力：发动机冷却系、车身通风等气流流过汽 车内部，占12％
等速行驶工况下：
T

Pe PT Pe
1—1200 r/min 3—1900 r/min
2—1600 r/min 4—2200 r/min
传动系的机械效率ηT
造成机械损失的主要部件 ★ 变速器和主减速器(含差速器)
主要损失形式 ★ 液力损失和机械摩擦损失。 ★ 液力损失,如搅动和磨擦。它与润滑油品 种、温度、转速、油面高度等有关。
轮胎充气压力轮胎径向变形 f
轮胎充气压力车轮动载和道路应力 道路寿命
轮胎载荷 f(稍微)
车速和充气压力的影响
滚动阻力系数的经验公式
转弯时的滚动阻力
驱动力的影响
一些轮胎的滚动阻力系数
SR级——允许最高速度180 km/h SR-M+S——用于泥浆和积雪覆盖路面 HR级——允许最高速度210 km/h VR级——允许最高速度大于210 km/h
F~t

Ff 1
Ff 2
Fw
m du dt
Fa1
dt
Fp1 Ff 1 Fa1
Ff 1
Fa1

I w1
dw
dt
/r
(从动轮惯性阻力)
注意：驱动轮的滚动阻力和有效驱动力只具有数值上的意义
的推导
4 的推导
F~t

Ff 1

Ff 2

Fw

m
du dt

Fa1
F~t T~t / r
1000 2000 3000 4000 5000
发动机转速，rpm
方法一：拟合
➢ 如果有m个点，则有 （m-1）个样条函数；
➢ 常用的样条函数是3次多 项式；
➢ 所有给定的点都在样条 曲线上；
➢ 相邻两段对应的样条函 数在公用节点处的一阶 和二阶导数值相等。
方法二：插值
传动系的机械效率ηT
T

Pin PT Pin

m
du dt
Iw
du dt
/ r2

If ig 2i02T
du dt
/ r2
Ft

Ff

Fw
m(1
If ig 2i02T
mr 2

I w mr 2
)
du dt

1
If ig 2i02T
mr 2

I w mr 2
§1.2小结
汽车行驶方程仅表示各个物理量之间的数量关 系，并非都是实际存在的力
T~t
(Tt
If
d e dt
)igi0T
Iw2
dw dt
(Tt
If
d e
dt
)ig
i0
T
Iw2
dw
dt

/
r
Fa1

I w1
dw dt
/r

Ff 1

Ff 2

Fw

m
du dt

I w1
dw
dt
/
r
Tt ig i0 T
/
r

Ff 1

Ff
2

Fw

m
★改进通风进口、出口位置，
★商用车顶部安装导流罩系统。
降低CD值的要点
坡度阻力
hg
Fi G sin
h G cos s
坡度阻力
Fi G sin
坡度阻力
坡度阻力
我国公路路线设计规范中规定的最大纵坡
高速公路 一级汽车 专用公路
平原微丘区 3％
4％
四级公路 5％
山岭重丘区 5％
6％

动力学分析用静力半径 析用滚动半径 rr 。
rs，运动学分
一般分析常不计它们的差别，统称为
车轮半径r，即认为
rs rr r
汽车的驱动力图
Ft

Ttq ig i0 T
r
rn
ua 0.377 igi0
汽车的行驶阻力
——滚动阻力
W h
自由状态 受力状态
轮胎材料的弹性迟滞特性
汽车的行驶阻力
部分负荷特性：节气门部分开启时， 转矩或功率等与转速的关系
使用特性曲线：即带有附件（水泵、 发电机等）时的负荷特性。通常汽油 机减小15％，而柴油机减小5~10％。
汽油发动机外特性中的功率与 转矩曲线
汽油发动机外特性中的功率与 转矩曲线
柴油发动机外特性中的功率与 转矩曲线
发动机过渡工况下的负荷特性
在过渡工况，功率和转矩下降约5%～ 6%。
发动机的使用外特性
发动机外特性曲线的拟合与插值
发动机转矩，Nm
180 160 140 120 100
80 60 40 20
0 0
Ttq
多项式 (Ttq)
Ttq = -2E-15n5 + 2E-11n4 - 1E-07n3 + 0.0003n2 - 0.248n + 215.28
车轮半径 r
自由半径 r 静力半径 rs 滚动半径 rr= S/(2πnw)
S—行驶距离，nw—滚动圈数
rr与r、rs轮的近似关系
rr= (2r+rs)/3
r rs
车轮半径 r
欧洲轮胎与轮辋技术协会推荐的公式
rr= F×d/(2π)
其中:子午线轮胎 F=3.05
斜交轮胎 F=2.99
➢ 诱导阻力：空气升力在水平方向的分力，占7％
❖ 摩擦阻力：9％
空气阻力
空气阻力Fw
正比于气流 相对运动的 动压力：FW源自CD Aua2 21.15
低CD值车身的一些特点
b) a)
c)
降低CD值的要点
★前部低
★过渡平滑
b)
★后部加扰流板
a)
★掠背式
c)
★底部导流，平整化，向后应逐步升高
★整车俯视形状为腰鼓式，
典型的传动系机械效率值
汽车传动系总成机械效率
❖ 4～6档变速器ηT =0.96 ❖ 6～8档变速器ηT =0.95 ❖ 传动轴ηT = 0.98 ❖ 主减速器ηT = 0.96 (单级) 或0.92(双级)
不同类别汽车的传动系机械效率
❖ 轿车ηT=0.90~0.92
❖ 商用车ηT=0.82~0.85 ❖ 越野车ηT=0.80~0.85
Ft 不是作用于车轮的地面（切向）反作用力，
也不是有效驱动力，仅为了计算方便才将其定 义为驱动力
作用于汽车的加速阻力Fj不是汽车的惯性力m du/dt，它在数值上与惯性力和旋转质量惯性力 矩的总效应等效，其大小为δm du/dt
飞轮和驱动轮的惯性力矩使有效驱动力矩减少 从动轮的加速导致其上产生惯性阻力
可随后桥跳
动
传动系的主要组成
1.2 汽车的驱动力和行驶阻力
图1-2 汽车驱动力
车轮对地面的 作用力
地面对车轮的 作用力
外特性曲线：节气门(油门)全开时， 转矩或功率等与转速的关系
Ttq f (n), Nm
Pe

Ttqn , kW 9549
n
r/ min 2 rad/ s
60
1.2 汽车的驱动力和行驶阻力
行驶阻力之和: 驱动力:
1.2 汽车的驱动力和行驶阻力
汽车动力传递路线：发动机→离合器→变速器→副变速器→ 传动轴→主减速器→差速器→半轴→轮边减速器→车轮
手动或自动变速箱，其 内部的齿轮系使发动机 转速与所要求的行驶速 度匹配
半轴，在后桥半轴 套内旋转，将动力 由差速器传到后轮
加速阻力
Fj


m
du dt
其中
1 1 m
Iw r2

1 m
If ig 2i02T
r2
称为汽车旋转质量换算系数。
汽车旋转质量换算系数
轿车
货车
汽车行驶方程式
的推导
1 加速过程中驱动轮上的有效力矩 T~t
驱动轮加速消耗 的力矩：
Iw2
dw
dt
c)
T~t
(Tt
If
d e
du dt
(Iw1

Iw2)
dw
dt
/r

If
d e
dt
ig i0 T
/r
的推导
4 的推导
Tt ig i0 T
/
r

Ff 1

Ff 2

Fw

m
du dt
(Iw1

Iw2)
dw dt
/r

If
d e dt
ig i0 T
/r
e wigi0
u wr
Ft

Ff

Fw
发动机经过传动系提供 车辆驱动所需的功率 （转矩×速度）
钟形壳，其内由 离合器（对于手 动变速器）或液 力变矩器（对于 自动变速器）
传动轴，将 动力从变速 器传到主减 速器万向节， 并使传动轴
主减速器和差速器，将 动力流方向改变90°， 并允许弯道行驶或两侧 附着条件不同时一侧车 轮比另一侧车轮转的快
dt
)igi0T
Iw2
dw
dt
的推导
2 不考虑从动轮加速时的有效驱动力 F~t
Fw
F~t

Ff 1

Ff 2

Fw

m
du dt
m du
dt
Ff 1
Ff 2
T~t
F~t T~t / r
注意：驱动轮的滚动阻力和有效驱动力只具有数值上的意义
的推导
3 考虑从动轮加速时的纵向力平衡方程
dw
且有
❖ 在实际计算车轮纵向力 时，可不必考虑阻力偶， 而用滚动阻力替代。
汽车的行驶阻力
——滚动阻力
驱动轮在硬路面上 滚动时的受力
驱动力与地面切向反力
作用于驱动车轮的纵向力是地面切向 反力Fx2，在数值上它等于汽车驱动力 Ft与滚动阻力Ff之差。
Tx2 Tt Tf 2
Fx 2
Tt r
——滚动阻力
滚动过程中， 对称点的径向 变形相同，但 法向力不同
弹性车轮在硬路面上的滚动
汽车的行驶阻力
——滚动阻力
从动轮在硬路面上滚动时的受力
滚动阻力系数
轮胎内部摩擦产生迟滞损失，这种 损失表现为阻碍车轮运动的阻力偶。
（从动轮）
滚动阻力系数
车轮在一定条件下，滚动所需要 推力Fp1与负荷W1之比，即单位重 力的推力。