第二节 汽车驱动力和行驶阻力,动力传递路线：发动机离合器变速器（分动器）传动轴主减速器差速器半轴（轮边减速器）车轮,图3-2 汽车驱动力,Tractive Force,图3-3 汽油发动机外特性,Braking Torque Braking Horsepower,外特性使用或制作方法,表格法（辅助插值） 曲线族方法 数学模型法,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：即带有附件时的负荷特性，通常汽油机小15，而柴油机小10,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,发动机的速度特性,图1-4 汽油发动机外特性及部分负荷特性,传动系机械效率T,主要损失部件 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。,汽车传动系总成机械效率 46档变速器T =0.96 68档变速器T =0.95 传动轴T = 0.98 主减速器T = 0.96 (单级) T = 0.92(双级) 汽车传动系机械效率 轿车T=0.900.92 商用车T=0.820.85 越野车T=0.800.85,典型的传动系效率值,车轮半径 r,（1）自由半径 r0无载荷作用时 （2）静力半径 rs 汽车静止时，在车重作用下，车轮中心到地面间距离。 （3）滚动半径 rr= rs = r=s/(2n)，S为实际行驶距离，n为滚动圈数 （4）动力半径rq：车轮纯滚动式的半径. m 式中： 轮胎内径（轮辋直径），in； 轮胎断面宽度，in； 轮胎径向变形系数：0.10.16(随车型而不同)。,轮胎规格19560R14 85H 195 指的是轮胎宽度195mm。 60 指的是轮胎扁平比，即断面高度是宽度的60%。 R指的是该轮胎为子午胎（这条胎内层为辐射胎制造方式）。子午胎比普通斜交轮胎好。子午胎的胎侧注有字母“Z”，也有用英文字母“R”表示的。 14 是指轮辋直径是14英寸（in）。 85 是指负荷指数85，代表这条轮胎最大可承重515kg。 H 指的是许用车速是H级，即210kmh。,负荷指数: 80 450 90 600 81 462 91 615 82 475 92 630 83 487 93 650 84 500 94 670 85 515 95 690 86 530 96 710 87 545 97 730 88 560 98 750 89 580 99 775,K 110 km/hL 120 km/h M 130 km/h N 140 km/h P 150 km/h Q 160 km/h R 170 km/h S 180 km/h T 190 km/h U 200 km/h H 210 km/h V 240 km/h ZR 240 km/h以上,国产普通斜交轮胎沿用英制，由胎侧上的数字符号表示。 如357，其中35表示轮胎的外径D是35英寸（in）， “”表示高压轮胎，7表示轮胎的断面宽度b为7英寸（in）. 又如9.0020，其中9.00 表示轮胎断面宽度b为9英寸（in），“”表示低压胎，20表示轮胎的内径d（轮辋直径）是20英寸（in）. 国产子午线轮胎规格用bRd表示。 如9.00R20，其中9.00 表示轮胎断面宽度b为9英寸（in），R表示为子午线结构轮胎，20表示轮胎的内径d（轮辋直径）是20英寸（in）.,定义： 用Ft-Va曲线图来能全面地描述汽车的驱动力（思考：为什么能？）。若已知外特性曲线、传动系速比、传动系机械效率就可求计算驱动力。,汽车的驱动力图,二、汽车行驶阻力,1、滚动阻力Ff : 轮胎内部摩擦产生的迟滞损失。这种迟滞损失表现为阻碍车轮运动的阻力偶。,图1-6 轮胎径向变形曲线,图17,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。,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：,滚动阻力系数,阻力偶用滚动阻力描述,滚动阻力无法在受力图上画出，它是一个数值，在受力图上它是切向反力。,在实际计算时，可不必考虑阻力偶，而用滚动阻力替代,（1） 速度Va对 f 的影响,对 f 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。轮胎气压P、车重、路面种类和状况也有影响。,f 的经验公式,图19驱动轮受力图,真正驱动车轮前进的力是地面切向反力Fx2。其在数值上等于汽车驱动力Ft与滚动阻力Ff之差。,驱动力与地面纵向（切向）力,2、汽车的空气阻力FW,汽车发明于19世纪末，当时人们认为汽车的阻力主要来自前部对空气的撞击，因此早期的汽车后部是陡峭的，称为箱型车，空气阻力系数（CD）很大，约为0.8。,实际上汽车阻力主要来自后部形成的尾流，称为形状阻力。,20世纪30年代起，人们开始运用流体力学原理改进汽车尾部形状，出现甲壳虫型，阻力系数CD降至0.6。,20世纪5060年代改进为船型，阻力系数CD降低为 0.45。,80年代经过风洞实验系统研究后，又改进为 鱼型，阻力系数CD降低为0.3，,以后进一步改进为楔型，阻力系数CD降低 为0.2 。,90年代后，科研人员研制开发的未来型汽车， 阻力系数仅为0.137。,经过近80年的研究改进，汽车阻力系数CD从0.8降至0.137，阻力减小为原来的1/5。 试验表明，空气阻力系数CD每降低10%，燃油节省7%左右。曾有人对两种相同质量、相同尺寸；但具有不同空气阻力系数(分别是0.44和0.25)的轿车进行比较，以88km/h的速度行驶100km，燃油消耗后者比前者节约1.7L。,空气阻力 定义：汽车直线行驶时受到的空 气阻力在汽车行驶方向上的分力。 分类：压力阻力和摩擦阻力。 压力阻力：汽车外形表面法向压力 的合力在行驶方向的分力。主要由形状阻 力、干扰阻力、内循环阻力和诱导阻力四 部分组成。,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。 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FW正比于气流相对运动的动 压力： 影响 FW 的因素：CD (空气阻力系数)和 A (迎风面积)。 由于乘坐空间的制约，A不能轻易减少。故降低CD是减少FW的主要手段。 19501970年 CD =0.40.6；1990年CD =0.250.40；概念车的CD =0.2。如帕萨特 (Passat ) 的CD= 0.28。 CD大小对轿车（高速）汽车的性能影响极大。,前部低， 过渡平滑， 后部加扰流板， 掠背式， 底部导流，平整化，向后应逐步升高， 整车俯视形状为腰鼓式， 改进通风进口、出口位置， 商用车顶部安装导流罩系统。,降低的要点,CD,3坡度阻力：汽车重力沿坡道的分力。,4加速阻力 定义：汽车加速时，需要克服其质量加速时的惯性力。 汽车质量： 平移质量 旋转质量,为了便于计算： 把旋转质量惯性力转化为平移质量惯性力，以系数 作为 计入旋转质量后的“汽车质量换算系数”。 即 （N） 其中： 汽车旋转质量换算系数（ 1）； m 汽车质量，Kg； 行驶加速度，m/s2 。 主要与飞轮的转动惯量 车轮的转动惯量 有关。,当进行动力性初步计算时，若不知道准确 ，可按下列经验公式估算：,三、汽车行驶方程式 根据上述分析，可得出汽车行驶方程式,或,小结, 汽车行驶方程仅表示各个物理量之间的数量关系 汽车行驶方程有些项并不是外力。 Ft不是作用于车轮的地面（切向）反作用力，仅为 了计算方便才将其定义为驱动力。 滚动阻力也不是作用于汽车上的阻力，而是以滚动 阻力偶矩的形式作用于车轮上。 作用在汽车质心上的惯性力是mdV/dt而不是mdV/dt，Fj只 是代表惯性力和惯性力矩的总效应。 飞轮的惯性力矩作用在汽车的横截面上，而不作用于车轮上。,