汽车运用工程课讲义件：汽车动力性

Pe
M .n 9549
kw
式中：M ——发动机转矩，N.m；
n ——发动机转速，r/min。
注意： 1．发动机制造厂提供的特性曲线：在试验台上无空 滤、水泵、风扇、消声、发电机等件，若全带上则称 为“使用特性曲线”。 2．台架试验是在稳定转速下测定P、M。 实际上，发动机热工况，混合气浓度与台架不同。例 如加速时，M比稳定工况下降5～8%。 但是1．变工况的研究不多见
子午线轮胎比斜交轮胎的滚动阻力小得多，同时，它的滚动阻 力在超过使用速度范围界限后的急剧增加也比斜交轮胎明显得多。
常用单位轮荷的轮胎滚动阻力来定义无因次的滚动阻力系数f为：
f＝Ff/W 式中：Ff——轮胎滚动阻力，N；
W——轮胎载荷，N。 由于轮胎接地部分变形，使得压力分布 不再对称于轮胎中心。结果地面法向反力FZ 相对于车轮中心前移了一个距离a。因此， 为了驱动车轮必须施加一个力矩Tf
第二章 汽车动力性
§2-1 汽车行驶阻力
汽车行驶时所需要的功率取决于行驶阻力：
当 P驱 P(F Va )
匀速
P驱 > P(F Va )
加速
一、汽车的行驶阻力
1．车辆阻力 2．空气阻力
1．车轮阻力 组成：1）滚动阻力 2）路面阻力 3）轮胎侧偏阻力
1）滚动阻力 a. 变形阻力 b. 摩擦力
3．上坡（度）阻力
由于坡道阻力及滚动阻力与道路有关，所以通常以道路阻力代表两者之和。
二、动态行驶阻力
汽车加速时，需要克服其质量加速时的惯性力。 汽车质量： ① 平移质量
② 旋转质量
1.平移质量的加速与减速
车辆加速时，出现了平移质量的加速惯性阻力：
2.旋转质量的加速与减速
车辆加速时，车上旋转质量的转速也相应增加，引起了 旋转质量的加速阻力

dv Tr Ff Fw m dt rd
Tr---传动系加在驱动轮的摩擦阻力矩(可在室内试验 台上测得)。
由于试验车速较低，可认为这是低速滚动阻力。
第二章 汽车动力性 第五节 汽车动力性试验 首页 前页 后页 末页 6/20
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第二章 汽车动力性
非接触式车速测定仪
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第五节 汽车动力性试验
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一、道路试验
受光器光学系统设计 的特点是焦点深度较 大，所以物镜和地面 之间距离即使变化 10cm，对测量精度的 影响也不到0.1%。
Tt Fx rd TR
由转鼓力矩平衡得
Tt Fd (rd R) FL 则驱动力为 Ft rd rd
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T Fx R TR
单转鼓试验台
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一、道路试验
1. 测定最高车速vamax
汽车达到最高车速后测定其通过 1km路段的时间，即可求得vamax。
第二章 汽车动力性
第五节 汽车动力性试验
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效率η(%) 95 90 96 92 98
汽车速度与转速及传动系参数的关系式
ua

3.6rr
2n
60

0.377
rr n，km/h igi0
rr—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/2π
子午线轮胎 rr ＝0.97×自由半径 斜交轮胎 rr ＝0.95×自由半径
车轮动态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
PW
)
传动系最小速比是由最高车速要求所 决定的。
当驱动功率和克服行驶阻力所需功率 相等时，该点车速即为最高车速。
一般最高车速在平直、良好道路上测 得，所以达到最高车速时，功率平衡
方程式为 Pt (PW Pf ) 0
对于轿车，最高车速经常设计在发动机的 最大功率点附近，有三种设计方案。
1) uamax设计—最 高车速(即阻力功 率曲线与驱动功
率曲线的交点)对 应于发动机的最
大功பைடு நூலகம்点的转速
n(Pemax ) 。
1)uamax设计 优点----可利用发 动机发出的最大 功率，达到理论 最高车速。
缺点----在接近的 最高车速范围内， 后备功率较小， 加速和抗逆风的 能力不足。
2)高速设计—最高车 速对应的发动机转 速高于n(Pemax)。 这种设计方案常用 于带4挡变速器的轿 车。
《汽车运用工程》
第6讲 汽车动力性
汽车动力性分析
驱动轮上的驱动力为
Ft

TsT igi0
rd
Ts—使用状态的发动机转矩
T—传动系效率
ig , i0 —变速器和主减速器速比

第一章 汽车的动力性
学习内容：
汽车动力性评价指标 汽车动力性分析 汽车动力性主要影响因素
汽车动力性
汽车动力性：指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定 的、所能达到的平均行驶速度，表示汽车以最大可能的平均行驶速度运送 货物或乘客的能力。
良好的路面
汽车的动力性
直线行驶 平均行驶速度
滚动阻力
滚动阻力系数及滚动阻力
Fp1
Ff
等速行驶
Ff Fp1 Wf
f Fp1 W
式中f称为滚动阻力系数，滚动阻力系数通过试验测得。 f的物理意义是：单位汽车重力所需之推力。
汽车的滚动阻力Ff= Ff1＋ Ff2=Gfcosα
2）松软路面的滚动阻力
与硬路面相比，多了附加的滚动阻力。这种附加的滚动阻 力由两部分组成：一部分是使地面材料压缩和移动，形成 轮辙所需的力；另一部分是克服轮辙与轮胎之间摩擦所需 的力。
常用发动机在额定转矩和额定功率时的驱动轮输出功率来 评价在用汽车的动力性。
§1－2 汽车动力性分析
一、汽车行驶原理
汽车动力传动过程
发动机
离合器、变速器 减速器等
驱动轮
驱动力
1、汽车驱动力 u
Tt
Ft F0
Ft= Tt/r
式中 Ft – 汽车驱动力 Tt – 驱动车轮的转矩 r - 车轮的半径
汽车驱动力及计算
235km/h
宝马530i
250km/h
奔驰E 280
250km/h
高级轿车
红旗CA7460
185km/h
奔驰S600(5.8L)
250km/h
宝马760
250km/h
宾利雅致(6.8L )
270km/h

拖带挂车后τ值大幅度下降，所以汽车列车或铰接 式大客车受附着条件限制比较严格。
三、附着条件限制的上坡能力
由此可得出 g sin fa b g cos l ( f )h
三、附着条件限制的上坡能力
这样，附着条件限制 下的最大爬坡度为
i tan fa b l ( f )h
三、附着条件限制的上坡能力
同理，对应后轮驱动车辆，可求出
i tan fb a l ( f )h
二、附着条件限制的加速能力
由图可知
FZ1
G
b l
m
h l
dv dt
(G
b l
m
h l
dv )
dt
Ff
.2
m
dv dt
Ff 2
f
(G
a l
mh l
dv ) dt
附着条件限制的加速度
dv fa b g dt l ( f )h
三、附着条件限制的上坡能力
前驱动车辆加速行驶时受力 前轮驱动轿车上坡受力 比较两图，可见dv/dt对应于gsinα；g对应于gcosα (即mdv/dt对应于Gsinα，G对应于Gcosα)。
对于全轮驱动车轮，如果 FX1 FX 2 FZ1 FZ 2
则有 i tan
四、驱动系统布置和行驶条件 1.轿车
与良好道路相比，结冰道路上附着条件使加 速和上坡能力受到的限制要严重得多（其他 值小的路况亦是如此)。
这时由于1≥≥f，所以，对于前轮驱动的轿车
可近似取附着条件限制的坡度角正切值为
综上所述，汽车行驶中，前轴、后轴的法向反力分别 为
FZ
1
G b m h ll
dv dt FW
hW l
F1s

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三、汽车的附着力与地面反作用力
汽车的附着力决定于附着系数和地面作用于驱动 轮的法向反作用力。 1. 附着系数 由路面种类、状况、车速等决定。平均值： 良好的混凝土或沥青路面： 干燥时，φ＝0.7~0.8 潮湿时，φ＝0.5~0.6 土路：干燥时，φ＝0.5~0.6 潮湿时，φ＝0.2~0.4 2. 驱动轮地面法向反作用力 与汽车的总体布置、车身形状、行驶状况、道路坡 度有关。
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（二）空气阻力 汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的 分力称为空气阻力。空气阻力分为压力阻力（一般轿车 占91％）与摩擦阻力（9％）两部分。压力阻力又分为四 部分：形状阻力（58％）、干扰阻力（14％）、内循环 阻力（12％）和诱导阻力（7％）。 1 空气阻力: Fw C D Au r2 2 或
汽车动力学
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第一章 汽车动力性
汽车的动力性： 汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外 力决定的，所能达到的平均行驶速度。 基本概念： 动力性的评价指标 汽车的驱动力与各种行驶阻力 汽车行驶的驱动—附着条件 重点内容： 驱动力-行驶阻力平衡图 分析汽车动力性的方法 （图解法） 动力特性图 功率平衡图
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第2节 汽车的驱动力与行驶阻力
根据沿行驶方向作用于汽车的各种外力， 可以计算汽车的最高车速、加速度、最大爬坡 度。由力平衡关系得： Ft=Σ F Ft—驱动力； Σ F—行驶阻力之和 汽车行驶方程
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一、驱动力
1.定义
发动机产生的转矩，经传动系至驱动轮，转矩Tt对地面 产生圆周力Fo，地面对驱动轮的反作用力Ft即为驱动力。
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滚动阻力偶矩Tf=Fza

1.车轮阻力
1)轮胎滚动阻力
路面与轮胎之间的摩 擦阻力产生的原因: 车轮滚动中，轮胎面 上某点在通过与地面 接触区域时，胎面到 轮 轴的距 离由 r变 为 rΔr，然后再变为r。
1.车轮阻力
1)轮胎滚动阻力
车轮角速度虽然不变， 但胎面各点的圆周速 度却是变化的。 在接地区域内胎面与 地面之间就存在纵向 和横向的相对局部滑 动，形成摩擦阻力。
1.车轮阻力
轮胎滚动阻力
轮胎变形阻力(90~95%) 路面和轮胎之间摩擦力(2~10%) 轮胎空气阻力
1)轮胎滚动阻力
弹簧轮模型描述轮胎 变形阻力产生的原理。 将弹簧轮抽象为由轮 周围均匀分布的许多 微小弹簧和微小阻尼 器形成。
1.车轮阻力
1)轮胎滚动阻力
在轮胎滚动过程中， 各个弹簧和阻尼器反 复经历压缩和伸展作 用，其阻尼功即为变 形阻力。 变形阻力可用单位行 程的阻尼功表示。
➢ 变形阻力占轮胎滚 动阻力90%~95%。
➢ 摩擦阻力占2%~10% ➢ 轮胎空气阻力所占
比率极小。
1.车轮阻力
1.车轮阻力
1)轮胎滚动阻力
高速时滚动阻力的急剧增加与轮胎的结构形式有关
子午线轮胎比斜交轮胎 的滚动阻力小得多，同 时，它的滚动阻力在超 过使用速度范围界限后 的急剧增加也比斜交轮 胎明显得多。
第二章 汽车动力性
第一节 汽车行驶阻力 第二节 汽车动力传动系统 第三节 汽车动力性分析 第四节 汽车行驶附着条件 第五节 汽车动力性试验
一、稳定行驶阻力 二、动态行驶阻力
车辆稳定行驶阻力
滚动阻力 空气阻力 坡度阻力
1.车轮阻力
车轮阻力
轮胎滚动阻力 路面阻力 轮胎侧偏引起的阻力
1)轮胎滚动阻力

原地起步加速时间是指汽车由1挡或2挡起步，并以最大的加速强 度，选择恰当的换挡时机逐步换至最高挡后到某一预定车速所需的时 间。一般常用0~100km/h的秒数来表明汽车原地起步加速能力。 原 地起步加速时间越短，则使用低速挡的时间就越短。汽车平均行驶速 度就越高，这对市区运输车辆有较大的影响。
超车加速时间是指用最高挡或次高挡由30km/h 或40km/ｈ全力 加速行驶至某一高速所需的时间。
凯迪拉克赛威 2.8 201km/h
奥迪A6L 2.8
235km/h
宝马530i
250km/h
奔驰E 280
250km/h
高级轿车
红旗CA7460
185km/h
奔驰S600(5.8L)
250km/h
宝马760
250km/h
宾利雅致(6.8L )
270km/h
迈巴赫(5.5L )
250km/h
劳斯莱斯幻影(6.7L ) 240km/h
第一节、汽车动力性
二、汽车行驶原理 ２.汽车行驶阻力
滚动阻力系数 f 的数值
路面类型
良好的沥青或混凝土路面
一般的沥青或混凝土路面
碎石路面
良好的卵石路面
坑洼的卵石路面
压紧土路
干燥的
雨后的
泥泞土路（雨季或解冻期）
干沙
图2-4 综合式透过性液力 变矩器的输出特性
图2-5 装有液力变矩器汽车的驱动图
第一节、汽车动力性
二、汽车行驶原理 ２.汽车行驶阻力
汽车行驶过程中，阻止汽车前进的阻力有滚动阻力、空气阻力、坡 度阻力和加速阻力，这些阻力合称为汽车行驶阻力。
１)滚动阻力 滚动阻力是指车轮在路面滚动时，轮胎与路面之间的相互作用和相 应变形所产生的阻力。它主要由轮胎与路面变形所产生的能量损失引起。 弹性车轮在硬路面上滚动时，路面的变形很小，轮胎的变形是主要 的。 轮胎的弹性迟滞损失是产生滚动阻力的根本原因。 车轮在沿松软路 面(如松软土路、沙地、雪地等)滚动时， 轮胎的变形较小，而路面的变 形较大。路面变形引起的能量损失占主导地位。 此外，轮胎与路面存在 纵向、横向的局部滑移以及汽车减振系统和车轮轴承内部都存在着摩擦。 车轮在 滚动时产生的这些变形和摩擦都要消耗发动机一定的动力，因而 形成滚动阻力。

汽车驱动力图
定义：用Ft-Va曲线图来全面地描述汽车的驱动 力。若已知外特性曲线、传动系速比、传动系 机械效率、车轮半径就可求计算驱动力。
➢汽车的驱动力图
发动机外特性曲线 Pe，Ttq ~ n 传动系的传动 ig，i0 传动效率ηT 车轮半径 r
汽车行驶速度 va 发动机转速 n
Ft ~ va
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加速时间评价方法
原地起步加速时间
换档时由间I或，I一I档般起用步0，～以40a0mmax或，者并0考～虑
100km/h的时间表示原地起步的加速 时间。
超车加速时间 以最高档或次高档，以amax加速至 某一高速所用的时间。
汽 车
车速
加
速
过
程
曲
线
时间
爬坡能力的评价
以满载、良好路面上的imax来表示。
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滚动阻力系数的影响因素有：
路面的种类、行驶车速及轮胎的构造、材 料、气压等
对 f 的影响因素: 1）. 速度va对 f 的影响
va 100km/ h, f const. va 200km/ h, f 产生驻波现象，高温、脱落和爆裂。
2）.胎的结构、帘线和橡胶的品种 对滚动阻力的影响：
当汽车在坡道上上坡行驶时，须克服重力沿坡 道的分力，称为坡道阻力，以符号Fi表示。
汽车加速行驶时，还需克服加速阻力，以符号 Fj表示。
因此，汽车行驶的总阻力为：
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。
F, KN
D
C
FZ
h / mm
轮胎径向变形曲线
节气门全开
后备功率用于加速和爬坡。
汽车的后备功率图（P’ ~ va）