第一章 汽車動力性

汽車理論汽車工程學院車輛工程教研室戴海燕汽車動力裝置參數的確定汽車設計追求的是最高性價比汽車理論主要研究汽車的各項性能。汽車理論研究的主要內容動力性燃油經濟性制動性操縱穩(wěn)定性平順性通過性汽車的性能主要包括學習內容及思路評價指標評價指標的確定分析影響因素學習過程中要注重理論聯(lián)系實際相關書籍推薦第一章汽車動力性第一節(jié)汽車的動力性指標第二節(jié)汽車驅動力與行駛阻力第三節(jié)汽車驅動力-行駛阻力平衡圖與動力特性圖第四節(jié)汽車行駛附著條件與附著率第五節(jié)汽車功率平衡汽車在良好路面上直線行駛時，由汽車受到的縱向外力決定的、所能達到的平均行駛速度。什么是汽車的動力性？第一章汽車的動力性第一章汽車動力性汽車的動力性指標最高車速加速時間最大爬坡度汽車的動力性指標第一節(jié)汽車的動力性指標1.最高車速uamax重型貨車（總質量>14t）

90km/h中型貨車（總質量6～14t）

100km/h微型和輕型貨車（總質量<6t）

80～130km/h城市鉸接客車

60～90km/h客車

125km/h商用車的速度相對較低，其主要技術參數是載質量或載客量。微型（經濟型）轎車（發(fā)動排量/L≤1.0）奇瑞QQ1.0

150km/h

奧拓0.8

120km/h吉利1.0

120km/h夏利1.0

137km/h第一節(jié)汽車的動力性指標120km/h150km/h160km/h小型車（1.0＜發(fā)動排量/L≤

1.6）吉利1.3155km/h夏利1.3165km/h

標致2071.6195km/h富康1.6180km/h捷達1.6170km/h飛度1.3手動165km/h飛度1.3CVT160km/h飛度1.5手動180km/h飛度1.5CVT175km/h從這組數據能獲取什么信息？第一節(jié)汽車的動力性指標中高級轎車2.5＜發(fā)動機排量/L≤4.0凱迪拉克XTS2.8

218km/h奧迪A6L2.8

236km/h捷豹XF3.0

250km/h奔馳E3.0

250km/h第一節(jié)汽車的動力性指標中級轎車（1.6＜發(fā)動機排量/L≤2.5）

凌派1.8L

195km/h桑塔納30001.8

185km/h寶馬3系2.0T

235km/h蒙迪歐2.0

205km/h本田雅閣2.0

200km/h本田雅閣2.4

200km/h奧迪A41.8T

220km/h奧迪A62.0

228km/h第一節(jié)汽車的動力性指標跑車的最高車速思考汽車的最高車速這么高，在高速公路上可以得到充分發(fā)揮嗎？中國高速公路允許的最高車速120km/h德國高速公路不限速第一節(jié)汽車的動力性指標SUV的最高車速寶馬X5(4.4L)230km/h陸虎覽勝(4.0L)210km/h寶馬X5(3.0L)202km/h大眾途銳(3.0L)197km/h捍馬H2(6.0L)180km/h帕杰羅速跑(3.0L)175km/h對最高車速的總結通過以上數據的對比分析，能得到一些什么結論？思考查閱資料：F1方程式賽車的最高車速可以達到多少？1.發(fā)動機排量越大，汽車最高車速越高；2.配置相同發(fā)動機的前提下，手動擋比自動擋車速更高；3.發(fā)動機排量相同的前提下，車身越小，最高車速越高；.4SUV配備的發(fā)動機排量普遍較大，但與配備相同發(fā)動機排量的轎車相比，最高車速要低。第一節(jié)汽車的動力性指標美國男子用核彈零件造汽車：最高時速3218公里。音速之風陸地極速車世界上車速的最高記錄是英國飛行員安迪·格林（AndyGreen）于1997年10月駕駛一輛噴氣式發(fā)動機驅動的“沖刺”號達到1227.73km/h。第一節(jié)汽車的動力性指標2.加速時間t

飛度1.5L12.0s

紅旗CA746010.5s

捍馬H210.0s

寶馬523Li9.6s

奧迪A87.0s

寶馬7506.6s

奔馳S6006.5s寶來1.8M（手動擋）/A（自動擋）11.1s/12.7s寶來1.8TM（手動擋）/A（自動擋）9.0s/10.5s手動擋汽車的加速時間更短法拉利

575MMaranello4.2s寶時捷9113.9s蘭博基尼

Gallardo4.2s第一節(jié)汽車的動力性指標（1）原地起步加速時間1）0～100km/h的加速時間2）靜止到400m或靜止到1km的沖刺時間60～100km/h（4擋/5擋）10.8s/13.7s80～120km/h（4擋/5擋）10.6s/14.1s思考：從這組數據可得到什么信息？第一節(jié)汽車的動力性指標奧迪A61.8T

靜止到400m沖刺時間7.9s

靜止到1km沖刺時間33.4s在一般的技術參數中往往不給此項數據（2）超車加速時間寶馬520i

低擋的超車加速能力更強。第一節(jié)汽車的動力性指標美國對轎車的爬坡能力有如下規(guī)定：能以104km/h（65mile/h）通過6％的坡道；滿載時不低于80km/h；在6％的坡道上，0～96km/h（60mile/h）的加速時間不應大于20s。坡度的概念貨車滿載

imax=30％越野車

imax=60％車型最大爬坡度imax切諾基30％通用開拓者50％長豐獵豹70％帕杰羅70％陸虎100％陸地巡洋艦100％一些SUV車型的最大爬坡度第一節(jié)汽車的動力性指標3.最大爬坡度imax第一章汽車動力性本節(jié)重點計算并分析汽車行駛過程中的驅動力和行駛阻力。第二節(jié)

汽車的驅動力與行駛阻力第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力汽車動力傳遞過程第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力汽車動力傳遞過程發(fā)動機傳動系驅動輪驅動力行駛阻力滾動阻力坡度阻力加速阻力空氣阻力平衡第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力一、驅動力Ft驅動力Ft：發(fā)動機產生的轉矩經傳動系傳到驅動輪，產生驅動力矩Tt，驅動輪在Tt的作用下給地面作用一圓周力F0，地面對驅動輪的反作用力Ft即為驅動力。TtF0FtruaTt—驅動力矩；Ttq

—發(fā)動機轉矩；第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力一、驅動力Ftig—變速器傳動比；i0—主減速器傳動比；ηT—傳動系的機械效率。發(fā)動機uaFt第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力1.發(fā)動機的轉速特性第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力外特性曲線：節(jié)氣門全開時，轉矩或功率等與轉速的關系曲線部分負荷特性曲線：節(jié)氣門部分開啟時，轉矩或功率等與轉速的關系曲線發(fā)動機外特性曲線發(fā)動機部分特性曲線發(fā)動機特性曲線第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力汽油發(fā)動機外特性功率與轉矩曲線Ttq:N·mPe:KWn:r/min第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力汽油發(fā)動機外特性及部分負荷特性第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力帶上全部附件設備時的發(fā)動機特性曲線，稱為使用外特性曲線。：

第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力2.傳動系的機械效率ηT功率輸入Pin功率輸出Pout傳動系變速器、減速器等傳動系損失的功率PT主要與哪些因素有關？第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力思考傳動系功率損失機械損失液力損失摩擦潤滑油齒輪傳動副間摩擦軸承摩擦。。。潤滑油的攪動潤滑油與零件表面間摩擦。。。PowerlossLiquidL.RubLubr.傳動系效率曲線第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力擋擋1—1200r/min2—1600r/min3—1900r/min4—2000r/min部件名稱ηT4～6擋變速器95%輔助變速器（副變速器或分動器）95%8擋以上變速器90%單級減速主減速器96%雙級減速主減速器92%傳動軸的萬向節(jié)98%第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力表1-1傳動系各部件的傳動效率第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力3.車輪半徑r自由半徑靜力半徑滾動半徑rsWrrW第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力車輪半徑車型規(guī)格自由靜力滾動桑塔納2000195/60R14295±3268±5286紅旗CA7228l85/70HRl4312±3285±5301奧迪100195/65Rl5317±3291±5308躍進NJl0617.00-20452±4430±6448解放CA10919.00-20509±5485±6492東風EQl0929.⑷R20509±5476±6493黃河JNll8111.00-20542±6517±7525大小中做出的Ft-ua關系圖，即驅動力圖。依據下面兩式以及發(fā)動機外特性曲線第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力4.汽車的驅動力圖作圖方法：取某一檔位取某一轉速n(nmin~nmax)n~Ttq(發(fā)動機外特性)描點點繪圖uaFtⅠⅡⅢⅣnminntqnpnmaxn/(r·min-1)800330057006200Ttq/(N·m)142195159143ig1=2.13Ft1/N5438746860895477ua1/(km·h-1)7.129.250.554.9例：已知奧迪A4轎車發(fā)動機的數據（如下表所示），ig1=2.13，i0=6.333，r=0.317m，ηT=0.90，由和可以對應計算出1擋的Ft1和ua1。第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力奧迪A4轎車驅動力圖第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力滾動阻力Ff第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力二、汽車的行駛阻力汽車在行駛過程中將會遇到哪些行駛阻力？如何保證汽車可以加速或爬坡？空氣阻力Fw坡度阻力Fi加速阻力Fj汽車行駛總阻力思考1.滾動阻力Ff輪胎/路面接觸切向力、法向力發(fā)生變形輪胎變形輪胎變形和路面變形軟路面上硬路面上輪胎變形為什么會產生滾動阻力？思考輪胎變形時，產生內部摩擦彈性遲滯損失滾動阻力輪胎的遲滯損失：輪胎在加載變形時所消耗的能量在卸載恢復時不能完全收回，一部分能量消耗在輪胎內部摩擦損失上，產生熱量，這種損失稱為輪胎的遲滯損失。第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力加載變形區(qū)卸載變形區(qū)ua從動輪第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力

滾動阻力Ff=Fp1=W·f=Tf/r，只是一數值，無法在圖中表現(xiàn)出來滾動時所需推力與車輪負荷之比第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力

ua高

f

大貨車f=0.0076+0.000056ua

3）影響Ff的因素第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力轎車（1）車速ua輪胎的兩個最重要參數：極限速度和承載量。第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力臨界車速（最高車速）駐波現(xiàn)象：第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力子午線輪胎比斜交輪胎的滾動阻力小20%～30％；

（2）輪胎結構第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力（3）氣壓第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力（4）驅動力第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力路面類型滾動阻力系數良好的瀝青或混凝土路面0.010~0.018一般的瀝青或混凝土路面0.018~0.020碎石路面0.020~0.025良好的卵石路面0.025~0.030坑洼的卵石路面0.035~0.050壓緊土路干燥的0.025~0.035

雨后的0.050~0.150泥濘土路（雨季或解凍期）0.100~0.250干沙0.100~0.300濕沙0.060~0.150結冰路面0.015~0.030壓緊的雪道0.030~0.050第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力

由輪胎與土壤之間的粘著性所致（5）路面條件表1-2滾動阻力系數f的數值2.空氣阻力FW汽車行駛空氣作用空氣阻力壓力阻力（法向力）摩擦阻力（切向力）形狀阻力內循環(huán)阻力誘導阻力干撓阻力形狀阻力58%干撓阻力14%內循環(huán)阻力12%誘導阻力7%摩擦阻力9%取決于車身主體形狀。1）形狀阻力第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力車身表面的凸起物引起的阻力。2）干擾阻力第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力后視鏡第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力門把手第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力懸架導向桿和傳動軸第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力滿足冷卻、通風等需要，使空氣流經車體內部時構成的阻力。4）誘導阻力空氣升力在水平方向的投影。第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力3）內循環(huán)阻力由于流經車頂的氣流速度大于流經車底的氣流速度，使得車底的空氣壓力大于車頂，從而空氣作用在車身上的垂直方向的壓力形成壓差，這就是空氣升力。思考夏季在高速公路上開空調省油還是開窗通風省油？第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力（2）摩擦阻力（9％）由于空氣粘性作用在車身表面產生的切向力的合力在行駛方向的分力。CD—空氣阻力系數；A—迎風面積；ur—相對速度；ρ—空氣密度。第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力（3）空氣阻力FW的計算第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力發(fā)動機蓋應向前下傾（4）減小CD值要遵循的要點1）車身前部第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力面與面交接處的棱角應為圓柱狀。過渡不理想第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力面與面交接處的棱角應為圓柱狀。第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力風窗玻璃應盡可能“躺平”，且與車頂圓滑過渡。第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力越野車很難做到風窗玻璃應盡可能“躺平”，且與車頂圓滑過渡。第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力盡量減少燈、后視鏡和門把手等凸出物。第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力整個車身應向前傾1°～2°。2）整車第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力水平投影應為腰鼓形。后端稍稍收縮，前端呈半圓形。第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力最好采用艙背式或直背式。3）汽車后部應安裝后擾流板。第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力若用折背式，則行李箱蓋板至地面距離應高些，長度要短些。第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力后面應采用鴨尾式結構。第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力所有零件應在車身下平面內且較平整，最好有平滑的蓋板蓋住底部。4）車身底部第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力仔細選擇進風口與出風口的位置，精心設計內部風道。5）發(fā)動機冷卻通風系統(tǒng)減小CD值要遵循的要點總結如下：第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力未來轎車的外形第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力車型空氣阻力系數CD

帕薩特0.28

奧迪A40.28

現(xiàn)代0.29

奔馳C級0.26

奔馳S級0.27

保時捷0.31

陸虎覽勝0.38一些常見車型的空氣阻力系數第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力汽車重力沿坡道的分力。第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力3.坡度阻力Fi路面imax高速公路平原微丘區(qū)3%高速公路山嶺重丘區(qū)5%一級汽車專用公路平原微丘區(qū)5%一級汽車專用公路平原重丘區(qū)6%四級公路平原微丘區(qū)6%四級公路平原重丘區(qū)9%一些常見路面的坡度第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力道路阻力第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力滾動阻力和坡度阻力之和。一般道路

較小，

≈1，

≈i令f+i=ψ

，ψ為道路阻力系數平移質量的慣性力旋轉質量的慣性力偶矩第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力汽車加速行駛時，克服其質量加速運動時的慣性力。δ—旋轉質量換算系數IW—車輪轉動慣量；If—飛輪轉動慣量。4.加速阻力第二節(jié)汽車的驅動力與行駛阻力三、汽車行駛方程式第一章汽車動力性第三節(jié)汽車的驅動力—行駛阻力平衡圖與動力特性圖返回目錄第三節(jié)汽車的驅動力—行駛阻力平衡圖與動力特性圖在驅動力圖的基礎上，畫出Ff+FW=f(ua)

就是驅動力行駛阻力平衡圖。一、驅動力—行駛阻力平衡圖FfFf+FWFfFf+FWuamax最高車速行駛時Fi=0Fj=0Ft=Ff+Fw發(fā)動機以部分負荷工作即可1.確定uamax第三節(jié)汽車的驅動力—行駛阻力平衡圖與動力特性圖最高車速uamax=205km/h奧迪A4轎車驅動力—行駛阻力平衡圖第三節(jié)汽車的驅動力—行駛阻力平衡圖與動力特性圖由驅動力—行駛阻力平衡圖可以做出加速度曲線。Fi=02.確定加速時間t第三節(jié)汽車的驅動力—行駛阻力平衡圖與動力特性圖由加速度曲線做加速度倒數曲線，再積分，即可求出加速時間。第三節(jié)汽車的驅動力—行駛阻力平衡圖與動力特性圖思考：從圖中看，在什么時候換擋可以使加速時間最短？思考積分時可以將積分區(qū)域劃分成若干個小區(qū)間，采用圖解積分的方法求面積和。第三節(jié)汽車的驅動力—行駛阻力平衡圖與動力特性圖直接擋加速Ⅱ擋原地起步換擋加速計算得到的加速度曲線所用時間較短第三節(jié)汽車的驅動力—行駛阻力平衡圖與動力特性圖3.確定最大爬坡度imax第三節(jié)汽車的驅動力—行駛阻力平衡圖與動力特性圖由驅動力—行駛阻力平衡圖和

i=tanα可以做出爬坡度圖。第三節(jié)汽車的驅動力—行駛阻力平衡圖與動力特性圖D—動力因數。二、動力特性圖思考：動力因數能否反映汽車動力性的好壞？已知哪些參數可做出動力特性圖？第三節(jié)汽車的驅動力—行駛阻力平衡圖與動力特性圖fuamax1）計算最高車速由動力特性圖確定動力性評價指標第三節(jié)汽車的驅動力—行駛阻力平衡圖與動力特性圖由動力特性曲線，即可做出各擋的爬坡度圖。2）計算爬坡度Ⅰ擋工作時，爬坡度較大，此時以imax＝D1max－f

計算的誤差也較大，可以用下式計算第三節(jié)汽車的驅動力—行駛阻力平衡圖與動力特性圖

計算加速度的倒數，并做出加速度倒數曲線，圖解積分即可計算加速時間。做出加速度曲線3）計算加速時間第三節(jié)汽車的驅動力—行駛阻力平衡圖與動力特性圖第一章汽車動力性第四節(jié)

汽車行駛的附著條件與汽車的附著率本節(jié)將介紹附著力、附著條件、附著率等基本概念，分析汽車在縱向坡道上加速上坡時的受力，確定汽車在不同行駛條件下的附著率。第四節(jié)汽車行駛的附著條件與汽車的附著率一、汽車行駛的附著條件思考驅動力大動力性強？驅動力大足夠的附著力（切向力）動力性強滿足輪胎與地面的附著條件路面條件附著系數干瀝青路面0.7～0.8濕瀝青路面0.5～0.6干燥的碎石路0.6～0.7干土路0.5～0.6濕土路0.2～0.4滾壓后的雪路0.2～0.31.附著力地面對輪胎切向反作用力的極限值（最大值）即為附著力。第四節(jié)汽車行駛的附著條件與汽車的附著率一、汽車行駛的附著條件常見路面的平均附著系數思考

光面胎和帶花紋的輪胎在干燥硬路面上的附著系數有何不同？第四節(jié)汽車行駛的附著條件與汽車的附著率胎面與的關系？F1方程式賽車在不同天氣條件下

使用的不同胎面花紋的輪胎第四節(jié)汽車行駛的附著條件與汽車的附著率第四節(jié)汽車行駛的附著條件與汽車的附著率2.附著條件后輪驅動時，附著條件是附著條件：地面作用在驅動輪上的切向反力小于驅動輪的附著力。驅動力附著力令后輪驅動汽車的附著條件也可以表達為C

2—后輪驅動汽車驅動輪的附著率；3.附著率第四節(jié)汽車行駛的附著條件與汽車的附著率由附著條件可得前輪驅動時，附著條件是令C

1—前輪驅動汽車驅動輪的附著率；前輪驅動汽車的附著條件也可以表達為第四節(jié)汽車行駛的附著條件與汽車的附著率路面附著系數低時車輪會出現(xiàn)滑轉前輪驅動時，如果FX1小、FZ1大、小，附著條件容易得到滿足。FX1小第四節(jié)汽車行駛的附著條件與汽車的附著率路面條件好，車速低，F(xiàn)f

小；行駛車速低，F(xiàn)w

??；路面平坦，F(xiàn)i

?。徊患奔铀?，F(xiàn)j

小。第四節(jié)汽車行駛的附著條件與汽車的附著率什么路面條件下，附著條件不易滿足？濕滑路面、冰雪路面、沙地等。汽車在什么工況下工作，附著條件會不易滿足？起步急加速。解釋為什么？二、汽車的附著力與地面法向反作用力第四節(jié)汽車行駛的附著條件與汽車的附著率第四節(jié)汽車行駛的附著條件與汽車的附著率主要與質心位置及坡度角有關。（1）靜態(tài)軸荷的法向反作用力（2）動態(tài)分量

思考：汽車加速前進時，前后輪的垂直載荷發(fā)生什么變化？第四節(jié)汽車行駛的附著條件與汽車的附著率FZd1FZd2加速時后驅車容易滿足附著條件思考：加速時，前驅車還是后驅車容易滿足附著條件？保時捷911跑車采用后輪驅動。第四節(jié)汽車行駛的附著條件與汽車的附著率第四節(jié)汽車行駛的附著條件與汽車的附著率前置后驅CLf－前空氣升力系數；CLr－后空氣升力系數。第四節(jié)汽車行駛的附著條件與汽車的附著率（3）空氣升力第四節(jié)汽車行駛的附著條件與汽車的附著率第四節(jié)汽車行駛的附著條件與汽車的附著率（4）滾動阻力偶矩產生的部分此項較小，可以忽略不計忽略旋轉質量慣性阻力偶矩和滾動阻力偶矩之后第四節(jié)汽車行駛的附著條件與汽車的附著率三、作用在驅動輪上的地面切向反作用力第四節(jié)汽車行駛的附著條件與汽車的附著率將整車分解為車身、驅動輪（前輪）、從動輪（后輪）三部分，分別分析其受力。第四節(jié)汽車行駛的附著條件與汽車的附著率將

代入得注意與Fj的區(qū)別第四節(jié)汽車行駛的附著條件與汽車的附著率當汽車由前輪驅動時同理可得：當汽車由后輪驅動時四、附著率汽車直線行駛狀況下，充分發(fā)揮驅動力作用時要求的最低附著系數。1.加速、上坡行駛時的附著率1）后輪驅動汽車第四節(jié)汽車行駛的附著條件與汽車的附著率令忽略空氣阻力和滾動阻力q—包含加速阻力在內的等效坡度。第四節(jié)汽車行駛的附著條件與汽車的附著率

為加速上坡行駛時要求的地面附著系數。當在一定附著系數的路面上行駛時，汽車能通過的最大等效坡度為q。將代入2）前輪驅動汽車當汽車由后輪驅動時同理可得，當汽車由前輪驅動時第四節(jié)汽車行駛的附著條件與汽車的附著率思考：如