12[汽车理论清华大学余志生第五版]

1第一章汽车动力性本节重点计算并分析汽车行驶过程中的驱动力和行驶阻力。第二节汽车的驱动力与行驶阻力返回目录2TtF0Ftrua第二节汽车的驱动力与行驶阻力一、驱动力Ft驱动力Ft：发动机产生的转矩经传动系传到驱动轮，产生驱动力矩Tt，驱动轮在Tt的作用下给地面作用一圆周力F0，地面对驱动轮的反作用力Ft即为驱动力。3TtF0Ftrtqg0TtTiiFrrTFttttqg0TTTiiuaTt—驱动力矩；Ttq—发动机转矩；第二节汽车的驱动力与行驶阻力一、驱动力Ftig—变速器传动比；i0—主减速器传动比；ηT—传动系的机械效率。4riiTFT0gtqt能否解释为什么汽车低挡的加速能力好于高挡？思考Ft与发动机转矩Ttq、变速器传动比ig、主减速器传动比i0、传动系的机械效率ηT和车轮半径r等因素有关。第二节汽车的驱动力与行驶阻力由可知5驱动力和车速都与发动机特性有直接关系，可以通过发动机特性曲线找出驱动力与车速之间的关系。发动机uaFt计算驱动力是为了确定汽车的动力性指标，也即要找出驱动力和车速的关系。第二节汽车的驱动力与行驶阻力6发动机的转速特性，即Pe、Ttq、b=f（n）关系曲线。节气门开启程度的不同外特性曲线部分负荷特性曲线思考计算汽车动力性指标时，需要用什么特性曲线？1.发动机的转速特性第二节汽车的驱动力与行驶阻力79550tqenTP第二节汽车的驱动力与行驶阻力8发动机转速特性曲线第二节汽车的驱动力与行驶阻力9第二节汽车的驱动力与行驶阻力带上全部附件设备时的发动机特性曲线，称为使用外特性曲线。一般，使用外特性与外特性相比：汽油机的最大功率约小15%；货车柴油机的最大功率约小5%；轿车与轻型货车柴油机的最大功率约小10%。10宝来轿车发动机的基本参数如下：水冷，直列四缸，每缸五气门最大功率110kW/5700r/min最大转矩210N·m/1750～4600r/min缸径×行程81mm×86.4mm压缩比9.3:1思考宝来轿车发动机的转矩输出特性是否理想？为什么？汽车起步加速时，过早换入高挡（即发动机转速较低时即换入高挡)是否有利于其加速性？发动机最大转矩对应的转速较低好还是较高好？第二节汽车的驱动力与行驶阻力11inTinTPPP等速行驶时einPPeTeTeT1PPPPPPT－传动系损失的功率。Pin—输入传动系的功率；第二节汽车的驱动力与行驶阻力2.传动系的机械效率ηT12转速机械损失液力损失转矩齿轮对数过低，热容量小过高，搅油损失大油面高度温度润滑油品质直接挡ηT最高ηT高损失小齿轮对数少ηT高损失的比重小损失大Ttq大传动系损失的功率PT主要与哪些因素有关？第二节汽车的驱动力与行驶阻力PT思考13传动系效率曲线第二节汽车的驱动力与行驶阻力挡挡1—1200r/min2—1600r/min3—1900r/min4—2000r/min14部件名称ηT4～6挡变速器95%辅助变速器（副变速器或分动器）95%8挡以上变速器90%单级减速主减速器96%双级减速主减速器92%传动轴的万向节98%第二节汽车的驱动力与行驶阻力表1-1传动系各部件的传动效率15自由半径：车轮处于无载时的半径。静力半径rs：汽车静止时，车轮中心至轮胎与道路接触面间的距离。滚动半径rr：车轮几何中心到速度瞬心的距离。第二节汽车的驱动力与行驶阻力3.车轮半径16riiTFT0gtqt0ga377.0iinru做出的Ft-ua关系图，即驱动力图。依据下面两式以及发动机外特性曲线第二节汽车的驱动力与行驶阻力4.汽车的驱动力图17nminntqnpnmaxn/(r·min-1)800330057006200Ttq/(N·m)142195159143ig1=2.13Ft1/N5438746860895477ua1/(km·h-1)7.129.250.554.9例：已知奥迪A4轿车发动机的数据（如下表所示），ig1=2.13，i0=6.333，r=0.317m，ηT=0.90，由和可以对应计算出1挡的Ft1和ua1。riiTFT0gtqtag00.377nruii第二节汽车的驱动力与行驶阻力180100020003000400050006000700080000102030405060708090100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320ua/(km/h)Ft/NFt1Ft2Ft3Ft4Ft5Ft6奥迪A4轿车驱动力图1a/(kmh)u191tF2tF3tF4tF5tF第二节汽车的驱动力与行驶阻力20jiwfFFFFF滚动阻力Ff第二节汽车的驱动力与行驶阻力二、汽车的行驶阻力汽车在行驶过程中将会遇到哪些行驶阻力？如何保证汽车可以加速或爬坡？空气阻力Fw坡度阻力Fi加速阻力Fj汽车行驶总阻力思考21软路面上硬路面上产生滚动阻力的主要原因轮胎变形轮胎变形和路面变形轮胎变形为什么会产生滚动阻力？轮胎的迟滞损失：轮胎在加载变形时所消耗的能量在卸载恢复时不能完全收回，一部分能量消耗在轮胎内部摩擦损失上，产生热量，这种损失称为轮胎的迟滞损失。1.滚动阻力Ff第二节汽车的驱动力与行驶阻力思考22ua加载变形区卸载变形区n'n思考由轮胎的迟滞损失图看，在轮胎径向变形相同的情况下，地面作用在加载变形区与卸载变形区的法向反力是否相等？第二节汽车的驱动力与行驶阻力23aun'nW'dd1pF1XFaun'nWp1F1XFaraun'nW1pF1XFZFZFOEFCDAhZF1）从动轮受力分析第二节汽车的驱动力与行驶阻力FZdFZd’fTZF24aFTZff1pTrFraFrTFZf1prafp1FWfWFf1pWfFfrTFfff—滚动阻力系数第二节汽车的驱动力与行驶阻力aun'nWp1F1XFarZFaun'nW1pF1XFfTZF令25auWp2F2XFZFtTaraFTrFZXt2ftTTrTrTFXft2ftFF即路面作用于驱动轮的切向力FX2比Ft要小。2）驱动轮受力分析第二节汽车的驱动力与行驶阻力264a4a10100100ufufffua高f大货车f=0.0076+0.000056ua3）影响Ff的因素第二节汽车的驱动力与行驶阻力轿车（1）车速ua27第二节汽车的驱动力与行驶阻力zf28轮胎的两个最重要参数：极限速度和承载量。第二节汽车的驱动力与行驶阻力临界车速（最高车速）当汽车车速超过临界车速时，轮胎会出现驻波现象，其周缘呈明显的波浪状，且轮胎温度快速增加。后果是大量发热导致轮胎破损或爆胎。驻波现象：在高速行驶时，轮胎离开地面后因变形所产生的扭曲并不立即恢复，其残余变形形成了一种波，这就是驻波。此时轮胎周缘不再是圆形，而呈明显的波浪形。轮胎刚离开地面时波的振幅最大，它按指数规律沿轮胎圆周衰减。29驻波现象（图像）第二节汽车的驱动力与行驶阻力30子午线轮胎比斜交轮胎的滚动阻力小20%～30％；滚动阻力与轮胎的帘线（棉、人造丝、尼龙、钢丝）和橡胶品质有关。（2）轮胎结构第二节汽车的驱动力与行驶阻力31（3）气压第二节汽车的驱动力与行驶阻力气压越高，轮胎变形及由其产生的迟滞损失就越小，滚动阻力也越小。32（4）驱动力第二节汽车的驱动力与行驶阻力33为什么驱动力系数很大时，气压越低f越小？Ft胎面滑移Ffpa接地面积胎面滑移滑移引起的Ff思考第二节汽车的驱动力与行驶阻力34上高速公路时，轮胎气压应该适当高一些。在松软路面、泥泞路面、雪地行驶时，可适当降低轮胎气压。第二节汽车的驱动力与行驶阻力在高速公路上，轮胎变形产生的滚动阻力大还是滑移产生的滚动阻力大？胎压高轮胎变形小迟滞损失少Ff小胎压低滑移小Ff小上高速公路前要检查胎压，在给定的胎压范围内，胎压适当高一些好还是低一些好？思考思考35路面类型滚动阻力系数良好的沥青或混凝土路面0.010~0.018一般的沥青或混凝土路面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压紧土路干燥的0.025~0.035雨后的0.050~0.150泥泞土路（雨季或解冻期）0.100~0.250干沙0.100~0.300湿沙0.060~0.150结冰路面0.015~0.030压紧的雪道0.030~0.050第二节汽车的驱动力与行驶阻力由轮胎与土壤之间的粘着性所致（5）路面条件表1-2滚动阻力系数f的数值36离心力前、后轮产生侧偏力侧偏力沿行驶方向产生分力滚动阻力增加（6）转向第二节汽车的驱动力与行驶阻力37（1）压力阻力（占91％）汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向的分力称为空气阻力。作用在汽车外形表面上的法向压力的合力在行驶方向上的分力。2.空气阻力FW第二节汽车的驱动力与行驶阻力38第二节汽车的驱动力与行驶阻力39取决于车身主体形状。1）形状阻力第二节汽车的驱动力与行驶阻力40后视镜车身表面的凸起物引起的阻力。2）干扰阻力第二节汽车的驱动力与行驶阻力41后视镜后视镜设计也要注重流线形第二节汽车的驱动力与行驶阻力42后视镜第二节汽车的驱动力与行驶阻力43后视镜第二节汽车的驱动力与行驶阻力44门把手第二节汽车的驱动力与行驶阻力45悬架导向杆和传动轴第二节汽车的驱动力与行驶阻力46满足冷却、通风等需要，使空气流经车体内部时构成的阻力。4）诱导阻力空气升力在水平方向的投影。第二节汽车的驱动力与行驶阻力3）内循环阻力由于流经车顶的气流速度大于流经车底的气流速度，使得车底的空气压力大于车顶，从而空气作用在车身上的垂直方向的压力形成压差，这就是空气升力。47思考夏季在高速公路上开空调省油还是开窗通风省油？第二节汽车的驱动力与行驶阻力打开天窗换气和打开侧窗换气有何不同？打开天窗换气时，天窗上方的压力低于车内的压力。（2）摩擦阻力（9％）由于空气粘性作用在车身表面产生的切向力的合力在行驶方向的分力。482rDw21uACF241.2258Nsm15.212aDwAuCFCD—空气阻力系数；A—迎风面积；ur—相对速度；ρ—空气密度。第二节汽车的驱动力与行驶阻力（3）空气阻力FW的计算49第二节汽车的驱动力与行驶阻力发动机盖应向前下倾（4）减小CD值要遵循的要点1）车身前部50第二节汽车的驱动力与行驶阻力面与面交接处的棱角应为圆柱状。51过渡不理想第二节汽车的驱动力与行驶阻力面与面交接处的棱角应为圆柱状。52第二节汽车的驱动力与行驶阻力风窗玻璃应尽可能“躺平”，且与车顶圆滑过渡。53第二节汽车的驱动力与行驶阻力越野车很难做到风窗玻璃应尽可能“躺平”，且与车顶圆滑过渡。54第二节汽车的驱动力与行驶阻力尽量减少灯、后视镜和门把手等凸出物。55第二节汽车的驱动力与行驶阻力上掀式前照灯（视频）56第二节汽车的驱动力与行驶阻力在保险杠下面，应安装合适的扰流板。57第二节汽车的驱动力与行驶阻力车轮盖应与轮胎相平。58思考：F1方程式赛车为什么不用车轮盖？第二节汽车的驱动力与行驶阻力59第二节汽车的驱动力与行驶阻力整个车身应向前倾1°～2°。2）整车60第二节汽车的驱动力与行驶阻力水平投影应为腰鼓形。61第二节汽车的驱动力与行驶阻力后端稍稍收缩，前端呈半圆形。62第二节汽车的驱动力与行驶阻力最好采用舱背式或直背式。3）汽车后部63应安装后扰流板。第二节汽车的驱动力与行驶阻力64第二节汽车的驱动力与行驶阻力当车速超过120km/h，尾翼会自动升高160mm，为车身增加30％的下压力；在车速低于80km/h，尾翼又会自动降低。应安装后扰流板。65第二节汽车的驱动力与行驶阻力应安装后扰流板。66第二节汽车的驱动力与行驶阻力应安装后扰流板。67第二节汽车的驱动力与行驶阻力应安装后扰流板。68第二节汽车的驱动