汽車空氣動(dòng)力學(xué)課件

1、良好的形狀以降低汽車的氣動(dòng)阻力，不但可以提高汽車的動(dòng)力性，而且還可以提高汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于高速汽車來說，空氣動(dòng)力穩(wěn)定性是汽車高速安全行使的前提。 隨著汽車工業(yè)發(fā)展與汽車行駛速度日益提高，汽車空氣動(dòng)力學(xué)亦愈來愈受到重視，其研究工作日益深入，汽車空氣動(dòng)力學(xué)已發(fā)展成為流體力學(xué)一個(gè)重要分支學(xué)科。汽車空氣動(dòng)力學(xué)與航空、船舶、鐵路車輛，在研究流場(chǎng)、空氣動(dòng)力學(xué)方面有許多相似之處，但是汽車行駛在地面上是種鈍頭體，汽車行駛狀態(tài)異常復(fù)雜，因而汽車空氣動(dòng)力學(xué)亦區(qū)別于上述分支學(xué)科，具有自身的特點(diǎn)。例如：汽車空氣動(dòng)力學(xué)與航空空氣動(dòng)力學(xué)有著非常相似之處，都需要降低氣動(dòng)阻力并保持行駛穩(wěn)定性或飛行穩(wěn)定性，從而得到良好的行

2、駛性能或飛行性能。另外，航空動(dòng)力學(xué)僅承受空氣動(dòng)力學(xué)；汽車行駛在地面，除空氣動(dòng)力學(xué)外，還受地面?zhèn)鱽淼母鞣N力，汽車底部的氣流狀況與飛機(jī)底部完全不同；汽車與飛機(jī)在處理升力問題上差別很大；此外飛機(jī)速度接近或超過聲速，而汽車的速度遠(yuǎn)小于聲速，在研究空氣動(dòng)力性質(zhì)和基本假設(shè)是不同的。氣動(dòng)六分力與坐標(biāo)系氣動(dòng)六分力與坐標(biāo)系 汽車在行使時(shí)，受到氣流的氣動(dòng)力作用，該作用力在汽車上的作用點(diǎn)，我們通常稱作為風(fēng)壓中心，記作C.P，由于汽車外型的對(duì)稱性，風(fēng)壓中心在汽車的對(duì)稱平面內(nèi)，但它不一定與重心（CG）重合。 為了研究方便，建立一套坐標(biāo)系，通常把汽車空氣動(dòng)力坐標(biāo)系原點(diǎn)設(shè)在車輛縱向?qū)ΨQ面與地面的交線上，前后軸中點(diǎn)處。規(guī)定三

3、個(gè)力和三個(gè)力矩方向如圖3-1所示。上述三個(gè)力和三個(gè)力矩統(tǒng)稱為六分力，六分力的數(shù)值就是氣圖 3-1 汽車空氣動(dòng)力坐標(biāo)系 動(dòng)力合力在這個(gè)坐標(biāo)系上的分解。 為了評(píng)價(jià)汽車的空氣動(dòng)力性能，引入氣動(dòng)力系數(shù)的概念。如氣動(dòng)阻力系數(shù)CX定義為： AV21FC2rXX正投影面積動(dòng)壓氣動(dòng)阻力(3-1)式中，F(xiàn)X為X向氣動(dòng)阻力；為空氣密度；Vr為汽車與空氣相對(duì)速度；A為汽車的正投影面積。 氣動(dòng)阻力系數(shù)是一個(gè)無量綱數(shù)，它代表了氣動(dòng)阻力與氣流能量之比。對(duì)于其它氣動(dòng)力系數(shù)也類似，對(duì)于氣動(dòng)力矩系，上式應(yīng)除以一個(gè)特征長(zhǎng)度單位，使其成為無因次量，例如側(cè)傾力矩系數(shù)CMx ALV21MC2rXMX(3-2)式中，L為汽車特征長(zhǎng)度（如

4、軸距L）。 表3-1給出了六分力的名稱及系數(shù)公式。 應(yīng)該指出的是，汽車正投影面積A應(yīng)包括車身、輪胎、發(fā)動(dòng)機(jī)及底盤等零件的前視投影。 名 稱代 號(hào)美日規(guī)定 德國(guó)規(guī)定系數(shù)公式氣動(dòng)阻力 Drag FX(CX) D(CD) D(CD) 側(cè)向力 Side force FY(CY) S(CS) Y(CY) 升力 Lift FZ(CZ) L(CL) L(CL) 側(cè)傾力矩Rolling moment MX(CMX) MR(CRM) R(CR) 俯仰力矩Pitching moment MY(CMY) MP(CPM) M(CM) 橫擺力矩Yawing moment MZ(CMZ) MY(CYM) N(CCN) A

5、V21FC2rXXAV21FC2rYYAV21FC2rZZALV21MC2rXMXALV21MC2rYMYALV21MC2rZMZ表表 3 3- -1 1 六分力名稱及系數(shù)公式六分力名稱及系數(shù)公式 3.2 氣動(dòng)阻力氣動(dòng)阻力 空氣作用于車身的向后的縱向分力稱為氣動(dòng)阻力，這種阻力與車速平方成正比，為了克服氣動(dòng)阻力所消耗的功率和燃料是隨車速的三次方急劇增加的，當(dāng)車速超過100km/h時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率有80%用來克服氣動(dòng)阻力，要消耗很多燃料，在高速行使時(shí)，如能減少10%的氣動(dòng)阻力，就可使燃料經(jīng)濟(jì)性提高百分之幾十，當(dāng)前汽車設(shè)計(jì)師十分重視氣動(dòng)阻力系數(shù)Cx，因?yàn)樗苯雨P(guān)系到汽車動(dòng)力性，經(jīng)濟(jì)性和輕量化帶來很多好

6、處。 氣動(dòng)阻力由五部分組成： 1形狀阻力，占總阻力58%； 2摩擦阻力，占總阻力9%； 3誘導(dǎo)阻力，占總阻力7%； 4干擾阻力，占總阻力14%； 5內(nèi)循環(huán)阻力，占總阻力12%。3.2.1 3.2.1 形狀阻力形狀阻力 當(dāng)汽車行使時(shí)，氣流流經(jīng)汽車表面過程，在汽車表面局部氣流速度急劇變化部位會(huì)產(chǎn)生渦流，渦流產(chǎn)生意味著能量的消耗，使運(yùn)動(dòng)阻力增大，汽車在前窗下凹角處，在后窗和行李箱凹角處，以及后部尾流都出現(xiàn)了氣流分離區(qū)，產(chǎn)生渦流，即形成負(fù)壓，而汽車正面是正壓，所以渦流引起的阻力也稱壓差阻力，又因?yàn)檫@部阻力與車身形狀有關(guān)，也稱形狀阻力，它占整個(gè)阻力的58%。圖3-2詳細(xì)地顯示了汽車周圍流譜的情況，可見汽

7、車僅前部很小區(qū)域存在層流，其余大部分區(qū)域中的氣流狀態(tài)是紊流。 圖 3-2 汽車表面附面層 對(duì)于運(yùn)動(dòng)的物體，分離現(xiàn)象產(chǎn)生越晚，空氣阻力越小，所以在設(shè)計(jì)上力求將分離點(diǎn)向后推移。在一定形體上作局部調(diào)整即可推遲渦流的生成。從而減少形狀阻力。3.2.2 3.2.2 摩擦阻力摩擦阻力 汽車空氣阻力中的摩擦阻力是由于空氣的粘性在車身表面上產(chǎn)生的切向力造成的?？諝馀c其它流體一樣都具有粘性，當(dāng)氣流流過平板時(shí)，由于粘性作用，空氣微團(tuán)與平板表面之間發(fā)生摩擦，這種摩擦阻礙了氣體的流動(dòng)，形成一種阻力稱為摩擦阻力。 由于空氣的粘性作用，使與平板表面接觸的那層空氣粘附在平板表面上，于是這層氣流的速度v降為零。緊靠這層氣流上

8、面部分的氣流，由于空氣微團(tuán)之間的摩擦作用，部分地降低了它的運(yùn)動(dòng)速度，在它更上面的那部分，氣流由于受到的影響更小，因而其運(yùn)動(dòng)速度減小量也更小。這樣最下面的那層氣流速度v為零，隨著距平板距離的增加，氣流的速度逐漸增大，一直增至與來流速度v相等，形成了薄薄的附面層，如圖3-3示。由于附面層內(nèi)有速度梯度 ，所以產(chǎn)生有粘性yv切應(yīng)力，摩擦阻力直接與氣流底層y=0處的速度梯度 大小有關(guān)，如今y=0處的粘性切應(yīng)力為0: : 0yyv0y0yv(3-3) 在標(biāo)準(zhǔn)狀況下（一個(gè)大氣壓，15C），空氣動(dòng)力粘度=1.789410-5Ns。盡管空氣動(dòng)力粘度系數(shù)很小，但由于附面層的厚度很小，附面層內(nèi)的速度梯度很大，所以附

9、面層內(nèi)產(chǎn)生的切應(yīng)力和摩擦力不能忽略。由于附面層外的速度梯度較小，在那里我們可以不考慮空氣的粘性作用而把它看成為理想流體。 3.2.3 3.2.3 誘導(dǎo)阻力誘導(dǎo)阻力 誘導(dǎo)阻力是由于氣流經(jīng)車身上下部時(shí)，由于空氣質(zhì)點(diǎn)流經(jīng)上下表面的路程不同，流速不同從而產(chǎn)生壓差，即升力，升力在水平方向上的分力稱為誘導(dǎo)阻力。如圖3-4所示。誘導(dǎo)阻力系數(shù)CXi升力系數(shù)CZ間有如下近似關(guān)系： 圖 3-4 汽車的誘導(dǎo)阻力 2ZXiCCAVFCXiXi221Ab2(3-4)(3-5)(3-6)式中，b為汽車寬度，A為汽車正投影面積。 3.2.4 3.2.4 干擾阻力干擾阻力 它是車身外面的凸起物例如后視鏡、流水槽、導(dǎo)流板、擋泥

10、板、天線、門把手、底盤下面凸出零部件所造成的阻力，占總阻力的14%。 3.2.5 3.2.5 內(nèi)循環(huán)阻力內(nèi)循環(huán)阻力 它是指為了發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻和乘坐艙內(nèi)換氣而引起空氣氣流通過車身的內(nèi)部構(gòu)造所產(chǎn)生的阻力，它占總阻力12%。 3.3 氣動(dòng)力對(duì)汽車性能的影響氣動(dòng)力對(duì)汽車性能的影響 3.3.1 3.3.1 氣動(dòng)力對(duì)汽車動(dòng)力性的影響氣動(dòng)力對(duì)汽車動(dòng)力性的影響 汽車的動(dòng)力性系指汽車在良好路面上直線行使時(shí)由汽車受到的縱向外力決定的所能達(dá)到的平均行使速度。汽車的最高車速、加速時(shí)間和最大爬坡度是汽車動(dòng)力性的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)。一、行駛阻力與車速的關(guān)系 汽車在實(shí)際道路上行使時(shí)，不僅會(huì)遇到氣動(dòng)阻力，由于汽車是靠車輪在地面上滾動(dòng)才

11、能前進(jìn)，因而不可避免地還會(huì)遇到滾動(dòng)阻力；當(dāng)汽車在有坡度的道路上行駛時(shí)，還會(huì)遇到爬坡阻力。此外，汽車在行使中必然會(huì)遇到各種交通情況，時(shí)而需要加速，時(shí)而需要減速，因而還會(huì)有加速阻力。在水平路面上勻速行駛時(shí)只有氣動(dòng)阻力和滾動(dòng)阻力，下面主要介紹這兩種阻力。 1氣動(dòng)阻力 FX 由前面分析可知，無環(huán)境風(fēng)時(shí)，氣動(dòng)阻力可以用下式表示： 氣動(dòng)阻力與車速平方成正比，與汽車正投影面積成正比。 (3-7)AVCFaXX221圖 3-5 行駛阻力隨車速的變化 2滾動(dòng)阻力 Ff 由汽車?yán)碚摽芍?，輪胎在地面上滾動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的滾動(dòng)阻力為： (3-8)fFGFZf)(式中，G為汽車重力，F(xiàn)Z汽車升力。如果汽車在水平路面上作等速行使

12、，坡度阻力與加速阻力等于零，那么行使阻力只有滾動(dòng)阻力和氣動(dòng)阻力兩項(xiàng)： AVC21fFGF2aXZ)(3-9)圖3-5所示為一個(gè)典型轎車的行駛阻力與車速的關(guān)系曲線。在車速大于20km/h后，氣動(dòng)阻力急劇上升；當(dāng)車速達(dá)到75km/h左右時(shí)，氣動(dòng)阻力與滾動(dòng)阻力將各占一半；當(dāng)車速再高時(shí)氣動(dòng)阻力在總行駛阻力中所占比例就更大了。因此，對(duì)高速行駛的汽車都必須盡量減小氣動(dòng)阻力。 3.3.2 3.3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)功率與車速關(guān)系發(fā)動(dòng)機(jī)功率與車速關(guān)系 汽車行使阻力所消耗的功率（kw）為：3aXaZAVC72001VfFG36001P)(3-10)而發(fā)動(dòng)機(jī)功率Pe與阻力功率P的關(guān)系為：Pe=P 為汽車傳動(dòng)效率。通常作用

13、在汽車上的升力FZ不大，如忽略升力項(xiàng)，則有： )(3aXaTeAVC72001GfV360011P(3-11)上式中，前一項(xiàng)為滾動(dòng)阻力公式，它與車速成正比；后一項(xiàng)為氣動(dòng)阻力功率，它與車速的三次方成正比。 對(duì)于一般轎車來說，當(dāng)車速Va=65km/h時(shí)，滾動(dòng)阻力功率等于氣動(dòng)阻力功率；當(dāng)車速再大時(shí)，氣動(dòng)阻力功率迅速上升，往往大于滾動(dòng)阻力功率?？梢姡?dāng)汽車在高速公路上行使時(shí)，降低氣動(dòng)阻力很有現(xiàn)實(shí)意義。3.3.3 3.3.3 氣動(dòng)阻力與最高車速的關(guān)系氣動(dòng)阻力與最高車速的關(guān)系 如果汽車在水平路面上作等速行使，驅(qū)動(dòng)力全部用來克服滾動(dòng)阻力和氣動(dòng)阻力，即： 2aXZtAVC21fFGF)()(ZX2aCCAV2

14、1Gf(3-12)在其它因素不變情況下，具有最大驅(qū)動(dòng)力Ftmax時(shí)，可以 獲得最高車速，由式(3-12)得： 21maxmax)(21ZXtaCCAGfFV(3-13) 可以看出，當(dāng)Ftmax和G一定時(shí)，減小氣動(dòng)阻力系數(shù)CX使最高車速Vamax提高，或提高升力系數(shù)CZ可以使最大車速提高。但應(yīng)注意到提高汽車的升力會(huì)影響到汽車的穩(wěn)定性，所以不能通過提高CZ來提高Vamax。 3.3.4 3.3.4 氣動(dòng)阻力對(duì)加速度的影響氣動(dòng)阻力對(duì)加速度的影響 加速性能是汽車的動(dòng)力性指標(biāo)之一，因此我們需要研究氣動(dòng)阻力對(duì)汽車加速度的影響。為簡(jiǎn)單起見，我們可以利用式（3-11）來研究這一問題。如對(duì)此式兩邊求時(shí)間t的導(dǎo)數(shù)

15、并加以整理，即可得汽車加速度： 2233600aXTeaAVCGfdtdPdtdV(3-14) 式中，dPe/dt是表示汽車發(fā)動(dòng)機(jī)功率隨時(shí)間的增長(zhǎng)率，它取決于發(fā)動(dòng)機(jī)功率曲線。其值可由發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)確定。由式（3-14）可知，汽車的加速能力首先取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性能，其次，汽車加速度還與汽車的氣動(dòng)阻力系數(shù)CX近似反比關(guān)系，減小汽車的空氣阻力，就可以使汽車的加速度增大。同時(shí)看出，減小汽車重量G，也會(huì)有利于汽車加速度的提高。 3.4 氣動(dòng)阻力對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的氣動(dòng)阻力對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的 影影響響 汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性常用一定運(yùn)行工況下汽車行駛百公里的燃油消耗量或一定燃油量能使汽車行駛的里程來衡量。在中國(guó)及歐洲，燃油

16、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的單位為L(zhǎng)/100km，即行駛100km所消耗的燃油升數(shù)，其數(shù)值越大，汽車燃油經(jīng)濟(jì)性越差。美國(guó)為MPG線mile/USgal， 指的是每加侖燃油能行駛的英里數(shù)，這個(gè)數(shù)值越大，汽車燃油經(jīng)濟(jì)性越好。 影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素包括發(fā)動(dòng)機(jī)性能、傳動(dòng)系性能、汽車重量、汽車外形、輪胎性能、行駛車速、擋位選擇和使用保養(yǎng)等。 下面主要就汽車外形所決定的氣動(dòng)阻力對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響加以舉例說明，此方面進(jìn)一步的論述參見文獻(xiàn)24。 氣動(dòng)阻力對(duì)燃油消耗量的影響，是與車種、行使道路和使用情況有關(guān)，因?yàn)楦鞣N汽車的氣動(dòng)阻力的大小是各不相同的。 當(dāng)汽車在丘陵地帶行駛時(shí)，在汽車上除作用有滾動(dòng)阻力和氣動(dòng)阻力外，還作用有加

17、速阻力和爬坡阻力，這些阻力都要由驅(qū)動(dòng)力來克服，因而都要消耗燃油，各種車輛的每100km的燃油消耗量，以及各種阻力燃油消耗量的百分比例示于圖3-6上。圖3-6 各種車輛燃油消耗量 由圖3-6可見，小型客車用于克服氣動(dòng)阻力的燃油消耗量的比例最大，其次是普通貨車。前者占總?cè)加拖牧康谋壤秊?0%左右而后者為32%左右。 如汽車在平路上行使，當(dāng)車速Va=80100km/h時(shí)，氣動(dòng)阻力占城際客車總阻力的相當(dāng)大一部分。而市內(nèi)客車，由于其停車次數(shù)的增加，平均速度下降而氣動(dòng)阻力也就大大減小。但其加速阻力卻增大很多，因而其氣動(dòng)阻力所占比例較小。 氣動(dòng)阻力系數(shù)降低對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性是很可觀的。圖3-7為AUDI100轎

18、車的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，例如，Cx從0.42降到0.30，在混合循環(huán)時(shí)，燃油經(jīng)濟(jì)性可改善9%左右，而當(dāng)以150km/h高速行駛時(shí)，燃油經(jīng)濟(jì)性竟能改善25%左右。 圖3-7氣動(dòng)阻力系數(shù)降低導(dǎo)致的燃油經(jīng)濟(jì)性改善圖3-8半掛車氣動(dòng)阻力對(duì)燃油消耗量的影響 圖3-8、3-9和3-10分別示出了半掛車、大客車和輕型客車在各種道路條件下氣動(dòng)阻力減小帶來的燃油節(jié)省量。 圖3-9大客車氣動(dòng)阻力對(duì)燃油消耗量的影響圖3-10輕型客車氣動(dòng)阻力對(duì)燃油消耗量的影響 國(guó)產(chǎn)CA141貨車曾進(jìn)行了公路實(shí)車百公里油耗試驗(yàn)，采用加與不加附加裝置對(duì)比試驗(yàn)，得出百公里油耗降低量入表3-2所列。結(jié)果表明，加前阻風(fēng)板、蓬和導(dǎo)流罩等空氣動(dòng)力學(xué)附加裝置

19、，可使CA141油耗降低24L/100km。 附加裝置工 況加前阻風(fēng)板加車箱及保險(xiǎn)架輔助板加 蓬加蓬及導(dǎo)流罩滿載v=45km/h0.50.80.20.533.534空載v=45km/h0.20.50.150.22323.5v=60km/h1211.53.53.93.54.2表表3-2 CA1413-2 CA141貨車采用附加裝置后的百公里油耗降低量貨車采用附加裝置后的百公里油耗降低量（L/100km） 下面我們舉例計(jì)算一輛CA141貨車的年油耗節(jié)省量。假設(shè)貨車以45km/h的平均車速，每天行駛3h，每年使用260天，則年行駛里程為81900km，采用空氣動(dòng)力學(xué)附加裝置后年油耗節(jié)省量為16383

20、272L。這個(gè)數(shù)字是非常可觀的 3.5 影響汽車操縱穩(wěn)定性的氣動(dòng)力影響汽車操縱穩(wěn)定性的氣動(dòng)力 3.5.1 3.5.1 汽車操縱穩(wěn)定性的概念汽車操縱穩(wěn)定性的概念 汽車操縱穩(wěn)定性是指駕駛者在不感到過分緊張、疲勞的條件下，汽車能遵循駕駛者通過轉(zhuǎn)向系及轉(zhuǎn)向車輪給定的方向行駛，且當(dāng)遇到外界干擾時(shí)，汽車能抵抗干擾而保持穩(wěn)定行駛的能力。 汽車的操縱穩(wěn)定性不僅影響汽車駕駛的操縱方便程度，而且也是決定高速汽車安全行駛的一個(gè)主要性能。 在汽車操縱穩(wěn)定性的研究中，常把汽車作為一個(gè)控制系統(tǒng)，給出汽車曲線行駛的時(shí)域響應(yīng)與頻率響應(yīng)特性，并以它們來表征汽車的操縱穩(wěn)定性能。汽車曲線行駛的時(shí)域響應(yīng)系指汽車在方向盤輸入或外界側(cè)向

21、干擾輸入下的側(cè)向運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。外界側(cè)向干擾輸入主要是指?jìng)?cè)向風(fēng)與路面不平度產(chǎn)生的側(cè)向力。 汽車操縱穩(wěn)定性的基本評(píng)價(jià)內(nèi)容有：直線行駛性、回正性、轉(zhuǎn)向半徑、轉(zhuǎn)向輕便性、典型行駛工況性能、極限行駛能力、橫擺角速度頻率響應(yīng)特性、方向盤角階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和瞬態(tài)響應(yīng)。其中直線行駛性包括側(cè)向風(fēng)穩(wěn)定性、路面不平度穩(wěn)定性和微曲率彎道行駛性。側(cè)向風(fēng)穩(wěn)定性主要評(píng)價(jià)參量為側(cè)向偏移。 關(guān)于汽車操縱穩(wěn)定性的詳細(xì)研究可參考郭孔輝著汽車操縱動(dòng)力性16和余志生主編汽車?yán)碚?3。這里只分析氣動(dòng)力對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性的影響。 3.5.2 3.5.2 影響汽車操縱穩(wěn)定性的氣動(dòng)力影響汽車操縱穩(wěn)定性的氣動(dòng)力影響汽車操縱穩(wěn)定性的氣動(dòng)力可分為三組

22、： 升力和縱傾力矩：關(guān)系到附著力和牽引力； 側(cè)向力和橫擺力矩：關(guān)系到側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性和直 線行駛性； 側(cè)傾力矩：關(guān)系到側(cè)向穩(wěn)定性；1.升力及縱傾力矩由于汽車車身上部和下部氣流流速不同而產(chǎn)生壓力差，從而產(chǎn)生升力FZ 。由于升力而產(chǎn)生繞y的俯仰力矩MY。 在車身上產(chǎn)生升力，汽車的附著力減小，影響操縱穩(wěn)定性和驅(qū)動(dòng)力。重量輕的汽車，特別是重心靠后的汽車，對(duì)前輪的升力特別敏感，這種情況對(duì)行駛中的汽車非常危險(xiǎn)，即當(dāng)前端有升力使其上浮時(shí)，升力又隨著車速的增加而繼續(xù)增加，由于前輪失去附著力，而使汽車失去控制。在100km/h車速之下，升力和俯仰力矩對(duì)汽車的穩(wěn)定性影響不大。升力和俯仰力矩對(duì)高速行駛的操縱穩(wěn)定性影響很大

23、，對(duì)于轎車，如果在設(shè)計(jì)階段沒有很好考慮，在強(qiáng)風(fēng)時(shí)升力可達(dá)幾十甚至幾百牛頓，這個(gè)附加的力，給前輪減輕了負(fù)荷，從而破壞了汽車的操縱性；在后輪減小了負(fù)荷，使驅(qū)動(dòng)力減小。產(chǎn)生的升力和側(cè)向風(fēng)的合力具有二次曲線式的增加趨勢(shì)，對(duì)側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性影響很大。升力由汽車外形，特別是地盤下面的形狀所影響，一般無風(fēng)升力系數(shù)CZ=-0.4+0.4，但橫擺角特性的差別很大，尤其當(dāng)橫擺角為10以上時(shí)，升力急驟增加（如圖3-11）。一般流線型好的汽車升力大，敞篷車、載重車等升力小。 作用在汽車上的空氣，有35%40%在車身上面通過，10%15%在車身下面通過，25%在車身側(cè)面通過，所以減小車身上、下壓力差，使大量的氣流流經(jīng)側(cè)面，可

24、以減小升力。使底板下部流線型化，壓低發(fā)動(dòng)機(jī)罩前端，減緩前風(fēng)窗的傾角，都可減少前端的升力。 減小升力，可提高汽車高速行駛的直線性及側(cè)向穩(wěn)定性。升力減小后，防止了汽車的擺頭，由于增大了車輪附著力而使穩(wěn)定性提高。圖 3-11 升力系數(shù)的橫擺角特性圖 3-12 側(cè)向力系數(shù)的橫擺角特性 2.側(cè)向力及橫擺力矩 當(dāng)汽車受到非正迎面風(fēng)時(shí)，氣流的合成相對(duì)速度與x軸成角，在y方向上受到了側(cè)向力，側(cè)向力將隨角的增加而直線上升（如圖3-12）。如果側(cè)向力的作用點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)有個(gè)距離（這個(gè)值指隨車身形狀和橫擺角而變化），即產(chǎn)生繞z軸回轉(zhuǎn)的橫擺力矩，如果側(cè)向力的合力通過側(cè)向反作用力中心，汽車將保持直線行駛，但相對(duì)原行駛方向

25、會(huì)有偏轉(zhuǎn)，如果側(cè)向力的合力作用在側(cè)向反作用力中心以前時(shí)，汽車將隨著風(fēng)的方向轉(zhuǎn)向，并且產(chǎn)生橫擺力矩，使汽車向著風(fēng)的方向擺動(dòng)，造成穩(wěn)定性惡化。 要提高汽車行駛方向穩(wěn)定性，不僅要減小側(cè)向力，而且應(yīng)該將其作用點(diǎn)向車身后方移動(dòng)。 3側(cè)傾力矩 由于來自車身側(cè)面及其周圍氣流的影響，產(chǎn)生了繞x軸的側(cè)傾力矩。這個(gè)力矩通過懸掛裝置到車架至左右車輪，引起車輪負(fù)荷的變化，對(duì)應(yīng)于力矩回轉(zhuǎn)的方向，使一側(cè)車輪的負(fù)荷增加，而另一側(cè)車輪負(fù)荷減小。 3.5.3 3.5.3 提高操縱穩(wěn)定性的汽車造型措施提高操縱穩(wěn)定性的汽車造型措施 1克服升力和縱傾力矩的措施 升力和縱傾力矩都將減小車輪與路面間的壓力，因而它將使轉(zhuǎn)向輪失去轉(zhuǎn)向力，驅(qū)

26、動(dòng)輪失去牽引力。 如果汽車的風(fēng)壓中心處于重心之前，則更會(huì)對(duì)前端的“抬頭”十分敏感，這時(shí)，速度愈快前輪升力愈大，致使“擺頭”也愈難控制，最終將導(dǎo)致失去操縱性。 實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于流線型較差，外形方正的汽車，風(fēng)壓中心大約在汽車的中部；流線型愈好的汽車，風(fēng)壓中心愈靠近前部，這是因?yàn)闅饬髟谄嚭蟛磕軌蚱巾樀亓鲃?dòng)，不受阻礙因而對(duì)汽車后部壓力較小的緣故?？梢?，流線型較好的汽車（空氣阻力較?。?，其升力和縱傾力矩反而較大，這是一對(duì)共生的矛盾。圖 3-13 升力較低的車型 克服升力和縱傾力矩的汽車造型措施： 總體設(shè)計(jì)時(shí)，盡量做到風(fēng)壓中心與重心接近。 采用類似楔型造型。盡量壓低車身前端，使尾部肥厚向上翹以產(chǎn)生負(fù)的縱傾

27、角，借車身前部的傾斜而將迎面氣流壓向路面，以抵抗因車底空氣的擠壓力而產(chǎn)生的升力。采用后置或中置發(fā)動(dòng)機(jī)的總布置方案可使汽車前部十分低矮，這是目前跑車和賽車流行的布置形式。 在車頂后端或車尾做成翹起來的形狀，可以很好地起到降低升力的作用（圖3-13）。 2克服側(cè)向力和橫擺力矩的措施 橫擺力矩關(guān)系到行駛時(shí)的直線性和側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性，它具體表現(xiàn)在側(cè)向力對(duì)重心的關(guān)系上（圖3-14）。 側(cè)向力作用于重心之前，這時(shí)汽車頭部將隨側(cè)向風(fēng)向外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)，它趨向于使側(cè)向力增大，導(dǎo)致穩(wěn)定性惡化。 側(cè)向力作用于重心之后時(shí)，汽車頭部將向內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)，有利于減弱側(cè)向力，提高穩(wěn)定性。 側(cè)向力作用在重心點(diǎn)上時(shí)，汽車將有側(cè)移，但能基本保持行駛

28、方向。 圖 3-14 側(cè)向力為支隊(duì)穩(wěn)定性的影響 克服橫擺力矩的汽車造型措施： 總體設(shè)計(jì)時(shí)，盡量合理安排各總成，做到風(fēng)壓中心處于重心之后，以提高穩(wěn)定性。 盡量壓低車身高度，處理好橫截面的流線型性，以降低橫擺力矩。 車身后端加尾翹或采用方背式布置（圖3-15），使風(fēng)壓中心后移，以減小橫擺力矩的不安定成分。但加尾翹后，汽車承受的側(cè)向風(fēng)將增大，此點(diǎn)不容忽視。 一般前置發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車，其風(fēng)壓中心與車身的重心較接近，而后置發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車則往往因其車身重心后移，因側(cè)向風(fēng)的作用而產(chǎn)生不安定性。 箱型車比一般小轎車的側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性要好一些，因箱型車的車身截面后部較大，風(fēng)壓中心在重心之后，當(dāng)遭受側(cè)風(fēng)時(shí)，側(cè)向偏移及橫擺角速度不致太大。圖 3-15 使風(fēng)壓中心后移的附加措施a）加尾翹 b）方背式 3.5.4 3.5.4 側(cè)傾力矩側(cè)傾力矩 側(cè)傾力矩直接影響到汽車的側(cè)傾角，并對(duì)左右側(cè)車輪重量分配影響