第三章汽車的主要性能

第三章汽車的主要性能第一節(jié)汽車動力性定義：汽車在良好水平路面上直線行駛時所能達到的平均行駛速度。一、汽車動力性的評價指標一、汽車的最高車速二、汽車的加速能力三、汽車的爬坡能力（一）汽車的最高車速vmax最高車速是指在良好的水平路面（混凝土或瀝青）上汽車能達到的最高行駛車速。轎車：vmax=130～200km/h；客車：vmax=90～130km/h；貨車：vmax=80～110km/h。在使用中，將加速踏板踩到底，變速器掛入最高檔位。（二）汽車的加速能力加速能力可用汽車以最大加速強度加速行駛時的加速度、加速時間或加速行程來表示。在實際中評價汽車的加速能力最常用的指標是加速時間。分類：Ⅰ.原地起步加速時間：由低檔（I或II檔）起步，以最大的加速強度（包括選擇恰當(dāng)?shù)膿Q檔時機）逐步換至最高檔位后達到某一預(yù)定距離或車速所需的時間。一般用0→400m或0→100km/h的時間表示原地起步加速能力。Ⅱ.超車加速時間:用最高檔或次高檔由某一較低車速全力加速到某一高速所需的時間。有時也采用加速過程曲線表示加速能力。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(shù)據(jù)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(shù)參數(shù)中往往不給此項數(shù)據(jù)（2）超車加速時間寶馬520i

低擋的超車加速能力更強。（三)汽車的爬坡能力汽車的爬坡能力：用滿載時汽車在良好路面上的最大爬坡度（Ⅰ檔的最大爬坡度）表示。不同的車輛對爬坡能力的要求：轎車:最高車速大，加速時間短，經(jīng)常在較好的道路上行駛，一般不強調(diào)它的爬坡能力。貨車:在各種道路上行駛，要求它具備足夠的爬坡能力。一般30％即16.7o；越野車：在壞路或無路條件下行駛。60％或31o。為了維持道路上各種車輛能暢通行駛，要求各種車輛在常見的坡道上行駛速度相差不能太懸殊，所以，也可用汽車在常遇的坡道上必須達到的車速來表明汽車的爬坡能力。二、汽車的驅(qū)動力和行駛阻力確定汽車的動力性，需要掌握沿汽車行駛方向作用于汽車的各種外力，即驅(qū)動力與行駛阻力。據(jù)這些力的平衡關(guān)系，建立汽車行駛方程式，可估算最高車速、加速能力和上坡能力。汽車行駛時，其驅(qū)動力一定要克服行駛阻力，其方程式為：Ft=ΣF式中：Ft—驅(qū)動力（N）;

ΣF--行駛阻力之和（N）（一）汽車的驅(qū)動力1、驅(qū)動力的產(chǎn)生汽車發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動系傳至驅(qū)動輪，驅(qū)動輪便產(chǎn)生一個作用于路面的圓周力F0,路面則對驅(qū)動輪產(chǎn)生一個反作用力Ft(F0與Ft大小相等，方向相反)即是驅(qū)動汽車的外力，稱為汽車的驅(qū)動力（如圖3-1），其數(shù)值為Ft=F0=Mt/r式中：Mt—發(fā)動機的有效轉(zhuǎn)矩（N.m）r—車輪半徑（m）作用于驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩Mt是由發(fā)動機產(chǎn)生并經(jīng)傳動系傳至驅(qū)動輪上的，由傳動過程可知式中：Me—發(fā)動機的有效轉(zhuǎn)矩（N.m）ig—變速器傳動比i0—主減速器傳動比

ηt—傳動系的機械效率將（3-2）代人（3-1）得Ft=Meigi0ηt/r由上式可知，汽車的驅(qū)動力與發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩、傳動系各擋的傳動比及傳動系機械效率成正比，與車輪半徑成反比。因為Me=9550Peigi0ηt/n式中Pe是發(fā)動機在轉(zhuǎn)速為n時的功率（kw）。故

Ft=9550Peigi0ηt/nr2、傳動系的機械效率發(fā)動機輸出的功率Pe經(jīng)傳動系傳至驅(qū)動輪的過程中，部分功率用于克服傳動系各部件中的摩擦，因而消耗了一部分功率。驅(qū)動輪得到的功率僅為（Pe-Pt）,Pt表示傳動系中損失的功率。那么傳動系的機械效率為傳動系的功率損失包括變速器、傳動軸萬向節(jié)、主減速器等部件產(chǎn)生的功率損失。其中變速器和主減速器產(chǎn)生的功率損失所占的比例最大。傳動系功率損失的分類：機械損失功率：與嚙合齒輪對數(shù)、傳遞的扭矩有關(guān)。液力損失功率：攪動和磨擦。它與潤滑油品質(zhì)、溫度、油面高度、轉(zhuǎn)速等有關(guān)。雖然ηT受到多種因素影響，但對汽車進行初步的動力分析時常把它取為常數(shù)。一般轎車取0.9∽0.92，單級主傳動貨車0.9，雙級主傳動取0.85,4x4汽車取0.85,6x6汽車取0.8.（二）汽車的行駛阻力汽車在水平道路上勻速行駛時必須克服來自地面的滾動阻力Ff和來自空氣的空氣阻力Fw。當(dāng)在坡道上上坡行駛時，還必須克服重力沿坡道的分力Fi

，稱為上上坡阻力。汽車加速行駛時還需要克服其慣性力Fj，稱加速阻力。因此，汽車行駛的總阻力為∑F=Ff+Fw+Fi

+Fj1、滾動阻力Ff車輪在滾動時，由于車輪與地面的變形以及兩者之間的相互作用所產(chǎn)生的能量損失稱為滾動阻力。滾動阻力產(chǎn)生的原因有：（1）道路塑性變形損失車輛滾動時會推移土壤，輪胎與路面之間產(chǎn)生摩擦，土壤受擠壓產(chǎn)生塑性變形等都要消耗一定的能量。（2）輪胎彈性遲滯損失汽車行駛時，輪胎在徑向、切向及側(cè)向都會產(chǎn)生變形，并處于變形、恢復(fù)的循環(huán)中，其中有一部分能量要消耗在輪胎組織的內(nèi)摩擦上，稱為1）滾動阻力a.變形阻力b.摩擦力a.變形阻力

輪胎在滾動時，有兩種變形：

徑向變形

周向變形輪胎滾動時的滯后損失。彈性輪胎在硬路面上的滾動實質(zhì)，如下圖

彈性遲滯損失，使輪胎發(fā)熱，并向大氣散熱。（3）其他損失汽車行駛時，還包括從動輪軸承、油封處的損失，懸架零件之間的摩擦和減震器內(nèi)的損失等。滾動阻力的大小一般用公式計算Ff=Gf式中：G--汽車重力（N）f--滾動阻力系數(shù)滾動阻力系數(shù)f表示單位車重的滾動阻力。汽車在不同路面或不同的運行條件下行駛時滾動阻力系數(shù)是不一樣的。由實驗定。影響因素有：(1)路面的類型、平整度、堅硬程度和干燥狀況

表3-1是車速在50Km/h以下時，不同路面上的滾動阻力系數(shù)f的數(shù)值。（2）輪胎的結(jié)構(gòu)保證輪胎有足夠的強度和壽命的前提下，減少簾布層數(shù)，可使胎體減薄而減小滾動阻力系數(shù)；子午線輪胎比普通輪胎的滾動阻力小，而且車速的變化對它影響較?。惶ッ婊y磨損的輪胎，比新輪胎的滾動阻力系數(shù)小。（3）輪胎的氣壓氣壓低時，在硬路面上輪胎變形大，滾動阻力系數(shù)增大；氣壓高，在軟路面上行駛時，路面產(chǎn)生很大的塑型變形，并留下輪轍，也使?jié)L動阻力系數(shù)增大；滾動阻力系數(shù)影響因素：與路面的種類、車速以及輪胎的結(jié)構(gòu)、材料、胎壓等有關(guān)。同一輪胎在不同的路面上的滾動阻力系數(shù)見表3-1。（4）行車速度車速50Km/h以下時，滾動阻力系數(shù)變化不大。在100Km/h以上時增長較快。車速達某一高速，如150∽200Km/h左右時，滾動阻力系數(shù)迅速增長，因為這時輪胎會出現(xiàn)駐波現(xiàn)象，即輪胎周緣不再是圓形而呈明顯的波浪形狀。這時車輛的滾動阻力會顯著增加。此外，前輪定為失準及車輪受到側(cè)向力作用時，地面會對輪胎產(chǎn)生側(cè)向反作用力，引起輪胎的側(cè)向變形，例如在轉(zhuǎn)彎行駛時，滾動阻力系數(shù)將大幅度增加。駐波現(xiàn)象（圖像）第二節(jié)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力2、空氣阻力1.定義:汽車直線行駛時受到的空氣作用力在行駛方向上的分力。2.分類:摩擦阻力和壓力阻力。3.空氣阻力的計算：CD可通過道路試驗、風(fēng)洞試驗等方法測得。A指汽車在其縱軸的垂直平面上的投影面積；也常用輪距與汽車高度乘積表示。汽車的CD和A的數(shù)值如表7-2所示。（1）摩擦阻力是由于空氣的粘性在車身表面產(chǎn)生的切向力的合力在行駛方向的分力。摩擦阻力與車身表面粗糙度及表面積有關(guān)，約占空氣阻力的8∽10%。(2)壓力阻力是作用在汽車外形表面上的法向壓力的合力在行駛方向上的分力。它主要包括：形狀阻力：與汽車的主體形狀有很大關(guān)系。占58％。干擾阻力：車身表面突起部位引起的阻力如后視鏡、門把手、導(dǎo)水槽、驅(qū)動軸、懸架導(dǎo)向桿等）。占14％。

內(nèi)循環(huán)阻力：發(fā)動機冷卻系統(tǒng)、車身通風(fēng)等需要的空氣流經(jīng)車體內(nèi)部時形成的阻力。占12％誘導(dǎo)阻力：空氣升力在行駛方向的分力。占7％。

F=CDAva2/21.15式中：CD—空氣阻力系數(shù)，是單位動壓在每平方米迎風(fēng)面積上產(chǎn)生的空氣阻力。

A—汽車的迎風(fēng)面積

va—汽車與空氣的相對速度（km/h）3、坡度阻力1.定義：當(dāng)汽車上坡行駛時，汽車重力沿坡道方向的分力。2.計算式：

Fi=Gsinα3.道路坡度：一般道路坡角較小，sinα≈tanα=i，所以坡度阻力為Fi=Gi坡度阻力4.道路阻力Fψ：由于坡度阻力與滾動阻力都是與道路有關(guān)的阻力，且都與汽車重力成正比，所以把兩種阻力合在一起稱為道路阻力。Fψ=Ff+Fi=fGcosa+Gsina當(dāng)坡角a較小時，cosa≈1，sina≈i，那么：Fψ=Gf+Gi=G（f+i）令ψ=f+i，ψ稱為道路阻力系數(shù)。則Fψ=Gψ4、加速阻力1.定義:汽車加速行駛時，需要克服其質(zhì)量加速運動時產(chǎn)生的慣性力，稱為加速阻力Fj。汽車的質(zhì)量包括平移質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量兩部分，加速時平移質(zhì)量產(chǎn)生慣性力，旋轉(zhuǎn)質(zhì)量產(chǎn)生慣性力偶距。2.計算式：式中：δ---汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)。三、汽車行駛的驅(qū)動條件和附著條件：

（一）、汽車行駛的驅(qū)動條件：汽車行駛過程中，受到各種行駛阻力的作用。為保證汽車的正常行駛，必須有一定的驅(qū)動輪，以克服各種行駛阻力。表示汽車驅(qū)動力與行駛阻力間的等式，稱為汽車行駛的驅(qū)動力平衡方程，即Ft=Ff+Fw+Fi+Fj上式說明了汽車行駛中驅(qū)動力與個行駛阻力的平衡關(guān)系，其平衡關(guān)系不同，則汽車的運動狀態(tài)不同。若Fj=Ft-（Ff+Fw+Fi+Fj）＞0，即Ft＞Ff+Fw+Fi+Fj時，汽車將加速行駛?cè)鬎j=Ft-（Ff+Fw+Fi+Fj）=0，即Ft=Ff+Fw+Fi+Fj時，汽車將等速行駛?cè)?，F(xiàn)j=Ft-（Ff+Fw+Fi+Fj）<0，即Ft<Ff+Fw+Fi+Fj時，汽車將無法起步或減速行駛直至停車。可見，汽車行駛的必要條件是：Ft≥Ff+Fw+Fi+Fj（二）、汽車行駛的附著條件：

汽車行駛除受驅(qū)動條件制約外，還受輪胎與地面附著條件的限制。地面對輪胎的切向反作用力的極限值稱為附著力Fφ，在硬路面上附著力Fφ取決于輪胎與路面間的相互摩擦，它與驅(qū)動輪法向作用力Fz成正比，常寫成

Fφ=Fzφ式中：φ稱為附著系數(shù)，它表示輪胎與路面的接觸強度，反映了輪胎與路面的摩擦作用。附著系數(shù)φ與光滑表面間的摩擦系數(shù)不同，當(dāng)輪胎與路面接觸時，路面的堅硬微小凸起能嵌入變形的輪胎中，增加了輪胎與路面的接觸強度，對輪胎在接地面積內(nèi)的相對滑動有較大的阻礙作用，輪胎與地面間的上述作用，通常被稱為附著作用。在松軟路面上，如車輪在比較松軟的干路面上滾動時，土壤的變形比輪胎的變形大，輪胎胎面花紋的凸起部分嵌入土壤，這時附著系數(shù)φ，不僅輪胎與路面的摩擦作用，同時還取決于土壤的抗剪切強度。因為只有當(dāng)嵌入輪胎花紋溝槽的土壤被剪切脫開基層時，輪胎在接地面積內(nèi)才產(chǎn)生相對滑動，車輪發(fā)生相對滑轉(zhuǎn)。當(dāng)切向反作用力達到此極限值時，驅(qū)動輪將產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)。Ft≤Fφ

上式稱為汽車的附著條件故驅(qū)動輪的附著條件還可以寫為Ft≤Fzφ如將驅(qū)動條件與附著條件聯(lián)系在一起，則Ft+Fw+Fi≤Ft≤Fzφ在硬路面上，附著力與驅(qū)動輪法向反作用力Fz2（或垂直載荷W2）成正比，即：Fφ=Fz2φ

四、影響汽車動力性的主要因素影響汽車動力性的因素主要有：發(fā)動機參數(shù)、傳動系參數(shù)、汽車質(zhì)量和使用因素等。（一）、發(fā)動機參數(shù)的影響1、發(fā)動機最大功率的影響發(fā)動機最大功率愈大，汽車的動力性愈好，最高車速、加速能力、爬坡能力必然也好，但發(fā)動機功率也不能過大，否則在常用條件下，由于發(fā)動機負荷率過低而導(dǎo)致油耗的增加。單位汽車質(zhì)量所具有的發(fā)動機功率稱為比功率或功率利用因數(shù)。比功率與汽車的類型有關(guān)。2、發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩大，ik、i0一定時，汽車的加速和上坡通過、能力就強。（二）、主減速器傳動比主減速器傳動比i0對動力性的影響，可以利用汽車在直接檔時的功率平衡圖來分析。如圖3-3所示，是汽車主減速傳動比變化時的的功率平衡圖。三條等高曲線，表示在三個不同主傳動比的情況下，發(fā)動機功率與車速的關(guān)系。其中i01>i02。

i0增大，功率曲線左移，在一定車速下，后備功率增加。當(dāng)主傳動比為i02時，最高車速vmax最高。當(dāng)主傳動比增大(i03)或減小(i01)時，最高車速vmax降低。i03＜i02時，發(fā)動機功率曲線右移，最高車速降低，后備功率減少，故汽車的動力性較差，在保證最高車速的前提下，盡可能選擇較大的主減速器傳動比。i02i01i032.變速器參數(shù)對動力性影響：1）檔位數(shù):如圖7-18。檔位數(shù)越多，特性越接近等功率發(fā)動機。采用無級變速器后，發(fā)動機就可能總是在最大功率下工作，動力性提高。2）各檔傳動比：I檔傳動比越大，汽車最大爬坡度和驅(qū)動力越大。但要考慮附著條件的限制（否則驅(qū)動輪產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)）。其余各檔傳動比要適當(dāng)，使發(fā)動機經(jīng)常處于或接近最大功率或最大扭矩的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作。選擇變速器傳動比時，先根據(jù)最大爬坡能力要求和附著條件確定I檔傳動比，其余各檔傳動比按等比級數(shù)進行分配。變速器檔數(shù)對汽車動力性的影響（五）汽車流線性的影響（六）輪胎尺寸與形式的影響汽車的驅(qū)動力與驅(qū)動輪的半徑成反比，而車速與驅(qū)動輪的半徑成正比。因此，輪胎半徑對動力性有關(guān)的驅(qū)動力和車速是矛盾的。在良好路面上行駛的汽車，由于附著力較大，允許用較小直徑的輪胎，可得到較大的驅(qū)動力。車速的提高可以用減小主減速器傳動比來解決。輪胎尺寸和主減速器傳動比的減小，使汽車質(zhì)心高度降低，提高了汽車行駛的穩(wěn)定性，有利于汽車的高速行駛。軟路面上行駛的汽車，車速不高，要求輪胎半徑大些，主要是為了增加附著系數(shù)。（七）使用因素的影響1、發(fā)動機技術(shù)狀況發(fā)動機技術(shù)狀況不良，其功率、轉(zhuǎn)矩下降，汽車動力性下降。2、汽車底盤技術(shù)狀況汽車傳動系各傳動元件的松緊度與潤滑，前輪定位的調(diào)整、輪胎氣壓、制動性能的好壞、離合器的調(diào)整，傳動系的潤滑油質(zhì)量等直接影響汽車的動力性。3、駕駛技術(shù)熟練的駕駛操作，適時迅速地換擋以及正確地選擇檔位，對發(fā)揮和利用汽車動力性均有很大影響。4、汽車運行條件的影響氣候溫度過高或過低，容易造成發(fā)動機過熱和過冷，使發(fā)動機功率下降；當(dāng)汽車在高原地區(qū)行駛時由于空氣稀薄使發(fā)動機的充氣量和壓縮壓力降低，導(dǎo)致發(fā)動機功率下降：汽車在使用過程中，道路條件的不斷變化，如遇泥濘土路和冰雪路面等，車輪的滾動阻力增加，附著系數(shù)減小，因而也使發(fā)動機的功率大大降低。第二節(jié)汽車的燃油經(jīng)濟性

在保證動力性的前提下，汽車以盡量少的燃油消耗量經(jīng)濟行駛的能力，稱為汽車的燃油經(jīng)濟性。返回目錄第二章汽車的燃油經(jīng)濟性一、汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標

本節(jié)將介紹中國、歐洲及美國燃油經(jīng)濟性的評價指標。返回目錄

美國燃油經(jīng)濟性評價指標：一定運行工況下一定量燃油行駛的里程，單位為mile/USgal。

中國及歐洲燃油經(jīng)濟性評價指標：一定運行工況下百公里燃油消耗量，單位為L/100km。思考：為什么要在一定運行工況下評價汽車的燃油經(jīng)濟性？燃油經(jīng)濟性的評價指標等速行駛百公里燃油消耗量是常用的一種平價指標，是指汽車在一定載荷（我國標準規(guī)定轎車為半載、貨車為滿載）下，以最高檔在水平良好路面上等速行駛100km的燃油消耗量。通常是測出每隔10km/h或20km/h速度間隔的等速百公里燃油消耗量，然后在圖上連成曲線，作為等速百公里燃油消耗量曲線，并用它來評價汽車的燃油經(jīng)濟性，如圖3-4.第一節(jié)汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標等速工況寶來轎車等速油耗1.8L6.4M/7.0A/90km/h

8.5M/9.2A/120km/h1.8T6.1M/7.0A/90km/h8.7M/9.2A/120km/h

注：M代表手動擋汽車；A代表自動擋汽車。但是，等速行駛工況并沒有全面反映汽車的實際運行情況，特別是在市區(qū)行駛中頻繁出現(xiàn)加速、減速、停車等行駛工況。因此，在對實際行駛車輛進行跟蹤測試統(tǒng)計的基礎(chǔ)上，各國都制定了一些典型循環(huán)工況來模擬實際汽車運行狀況，并以其百公里燃油消耗量來評定相應(yīng)行駛工況的燃油消耗量。以L/100km計的1/3混合油耗為第一節(jié)汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標2.循環(huán)行駛試驗工況1）歐洲經(jīng)濟委員會（ECE）二、影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素

（一）汽車結(jié)構(gòu)因素的影響1、發(fā)動機方面的影響發(fā)動機方面影響燃油經(jīng)濟性的主要因素有：發(fā)動機的種類、壓縮比、發(fā)動機功率利用率等。（1）發(fā)動機種類的影響柴油機的熱效率高，有效燃油消耗率比汽油機低30%∽40%，故汽車發(fā)動機采用柴油機逐漸增多。

（2）壓