汽车的驱动力与行驶阻力.pptx

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1、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第1页/共103页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。第2页/共103页3TtF0FtruaTt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；T传动系的机械效率。第3页/共103页4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

2、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T 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 可知第4页/共103页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第5页/共103页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第6页/共103页7

3、第二节 汽车的驱动力与行驶阻力第7页/共103页8发动机转速特性曲线第二节 汽车的驱动力与行驶阻力第8页/共103页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%。第9页/共103页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/5700 r/min最大转矩 210Nm/17504600 r/min缸径行程 81mm86.4mm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

4、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第10页/共103页11等速行驶时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T第11页/共103页12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T最高T高损失小齿轮对数少T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思考第12页/共103页13传动系效率曲线第二节 汽车的驱动力与行

5、驶阻力挡挡11200r/min 21600r/min 31900r/min 42000r/min第13页/共103页14部件名称部件名称T46 挡变速器挡变速器95%辅助变速器（副变速器或分动器）辅助变速器（副变速器或分动器）95%8 挡以上变速器挡以上变速器90%单级减速主减速器单级减速主减速器96%双级减速主减速器双级减速主减速器92%传动轴的万向节传动轴的万向节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第14页/共103页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。

6、第二节 汽车的驱动力与行驶阻力3.车轮半径第15页/共103页16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.汽车的驱动力图第16页/共103页17nminntqnpnmaxn/(rmin-1)800330057006200Ttq/(Nm)142195159143ig1=2.13Ft1/N5438746860895477ua1/(kmh-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，T=0.90，由和可以对应计算出 1 挡的Ft1和ua1。第二节

7、汽车的驱动力与行驶阻力第17页/共103页18奥迪 A4 轿车驱动力图第18页/共103页19第二节 汽车的驱动力与行驶阻力第19页/共103页20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第20页/共103页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

8、力Ff第二节 汽车的驱动力与行驶阻力思考第21页/共103页22ua加载变形区卸载变形区思考 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第22页/共103页231）从动轮受力分析第二节 汽车的驱动力与行驶阻力FZdFZd第23页/共103页24f滚动阻力系数第二节 汽车的驱动力与行驶阻力令第24页/共103页25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第25页/共103页26 ua高 f 大 货车 f=0.0076+0.000056ua 3）影响Ff的因

9、素第二节 汽车的驱动力与行驶阻力轿车（1）车速 ua第26页/共103页27第二节 汽车的驱动力与行驶阻力第27页/共103页28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。第28页/共103页29驻波现象（图像）第二节 汽车

10、的驱动力与行驶阻力第29页/共103页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第30页/共103页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。第31页/共103页32（4）驱动力第二节 汽车的驱动力与行驶阻力第32页/共103页33为什么驱动力系数很大时为什么驱动力系数很大时，气压越低气压越低 f 越小越小？Ft胎面滑移Ffpa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第33页/共103页34上

11、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？思考思考第34页/共103页35路面类型路面类型滚动阻力系数滚动阻力系数良好的沥青或混凝土路面良好的沥青或混凝土路面0.0100.018一般的沥青或混凝土路面一般的沥青或混凝土路面0.0180.020碎石路面碎石路面0.0200.025良好的卵石路面良好的卵石路面0.0250.030坑洼

12、的卵石路面坑洼的卵石路面0.0350.050压紧土路压紧土路干燥的干燥的0.0250.035 雨后的雨后的0.0500.150泥泞土路（雨季或解冻期）泥泞土路（雨季或解冻期）0.1000.250干沙干沙0.1000.300湿沙湿沙0.0600.150结冰路面结冰路面0.0150.030压紧的雪道压紧的雪道0.0300.050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 的数值第35页/共103页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第36页/共103页37（1）压力阻力（占

13、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第37页/共103页38第二节 汽车的驱动力与行驶阻力第38页/共103页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第39页/共103页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第40页/共103页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第41页/共103页42后视镜 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力第42页/共103页43后视镜 第二节 汽

14、车的驱动力与行驶阻力第43页/共103页44门把手 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力第44页/共103页45悬架导向杆和传动轴 第二节 汽车的驱动力与行驶阻力第45页/共103页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。第46页/共103页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

15、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。第47页/共103页48CD空气阻力系数；A迎风面积；ur相对速度；空气密度。第二节 汽车的驱动力与行驶阻力（3）空气阻力FW的计算第48页/共103页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）车身前部第49页/共103页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。第50页/共103页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。第51页/共103页52第二节 汽车的驱动力与行驶阻力风窗

16、玻璃应尽可能“躺平”，且与车顶圆滑过渡。第52页/共103页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。第53页/共103页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。第54页/共103页55第二节 汽车的驱动力与行驶阻力上掀式前照灯（视频）第55页/共103页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。第56页/共103页57第二节 汽车的驱动力与行驶阻力车轮盖应与轮胎相平。第57页/共103页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第58页/共103页59第二节

17、 汽车的驱动力与行驶阻力整个车身应向前倾12。2）整车第59页/共103页60第二节 汽车的驱动力与行驶阻力水平投影应为腰鼓形。第60页/共103页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。第61页/共103页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）汽车后部第62页/共103页63应安装后扰流板。第二节 汽车的驱动力与行驶阻力第63页/共103页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。第64页/共103页65第二节 汽车的驱

18、动力与行驶阻力应安装后扰流板。第65页/共103页66第二节 汽车的驱动力与行驶阻力应安装后扰流板。第66页/共103页67第二节 汽车的驱动力与行驶阻力应安装后扰流板。第67页/共103页68第二节 汽车的驱动力与行驶阻力若用折背式，则行李箱盖板至地面距离应高些，长度要短些。第68页/共103页69后面应采用鸭尾式结构。第二节 汽车的驱动力与行驶阻力第69页/共103页70第二节 汽车的驱动力与行驶阻力后面应采用鸭尾式结构。第70页/共103页71第二节 汽车的驱动力与行驶阻力 所有零件应在车身下平面内且较平整，最好有平滑的盖板盖住底部。4）车身底部第71页/共103页72第二节 汽车的驱动

19、力与行驶阻力底部比较凌乱第72页/共103页73第二节 汽车的驱动力与行驶阻力底部比较凌乱第73页/共103页74第二节 汽车的驱动力与行驶阻力仔细选择进风口与出风口的位置，精心设计内部风道。5）发动机冷却通风系统第74页/共103页75冷却前制动器冷却前制动器冷却发动机和制动器冷却后制动器和润滑系统第二节 汽车的驱动力与行驶阻力第75页/共103页76冷却发动机和前制动器冷却后制动器为发动机提供充足的空气第二节 汽车的驱动力与行驶阻力第76页/共103页77什么是超级跑车？限量生产、价格高昂、动力强劲（3.5L以上、8缸以上）、起步快（0100km/h时间在5s以内）、技术超群、车身自重轻（

20、采用碳纤维或轻质合金材料）、外观超前等。形象的描述：外观鲜亮，让人爱得要死；加速时令人皮肤绷紧、汗毛直竖，让人吓得要死；数量奇少，价格奇高，让人想得要死。第二节 汽车的驱动力与行驶阻力思考：对于轿车和超级跑车，哪种车型的空气阻力系数更大？为什么？第77页/共103页78三种超级跑车兰博基尼法拉利保时捷第二节 汽车的驱动力与行驶阻力第78页/共103页79答案 由于尾翼的影响、发动机和制动器通风冷却的需要，超级跑车的空气阻力系数一般会大于普通轿车。兰博基尼跑车 在冷却通风口关闭且扰流板摆平时，CD值为0.33；展开时，CD值为0.36。第二节 汽车的驱动力与行驶阻力思考：对于轿车和超级跑车，哪种

21、车型的空气阻力系数更大？为什么？第79页/共103页80减小CD值要遵循的要点总结如下：第二节 汽车的驱动力与行驶阻力第80页/共103页81第二节 汽车的驱动力与行驶阻力未来轿车的外形第81页/共103页82第二节 汽车的驱动力与行驶阻力导流板 6）货车和半挂车的空气阻力也很重要，不少货车驾驶室上已装用导流板等装置，以减小空气阻力、节省燃油。第82页/共103页83第二节 汽车的驱动力与行驶阻力第83页/共103页84车型车型空气阻力系数空气阻力系数CD 帕萨特帕萨特0.28 奥迪奥迪A40.28 现代现代0.29 奔驰奔驰C级级0.26 奔驰奔驰S级级0.27 保时捷保时捷0.31 陆虎览

22、胜陆虎览胜0.38一些常见车型的空气阻力系数第二节 汽车的驱动力与行驶阻力第84页/共103页85汽车重力沿坡道的分力。第二节 汽车的驱动力与行驶阻力3.坡度阻力Fi第85页/共103页86路面路面imax高速公路平原微丘区高速公路平原微丘区3%高速公路山岭重丘区高速公路山岭重丘区5%一级汽车专用公路平原微丘区一级汽车专用公路平原微丘区5%一级汽车专用公路平原重丘区一级汽车专用公路平原重丘区6%四级公路四级公路平原微丘区平原微丘区6%四级公路四级公路平原重丘区平原重丘区9%一般道路的坡度均较小。一些常见路面的坡度第二节 汽车的驱动力与行驶阻力第86页/共103页87第二节 汽车的驱动力与行驶阻

23、力第87页/共103页88道路阻力第二节 汽车的驱动力与行驶阻力滚动阻力和坡度阻力之和。一般道路 较小，1，i令f+i=，为道路阻力系数第88页/共103页89平移质量的惯性力 旋转质量的惯性力偶矩第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车加速行驶时，克服其质量加速运动时的惯性力。旋转质量换算系数IW 车轮转动惯量；If飞轮转动惯量。4.加速阻力第89页/共103页90第二节 汽车的驱动力与行驶阻力挡位不同，值不同第90页/共103页91总质量越小的车，旋转质量换算系数值越大。第二节 汽车的驱动力与行驶阻力总质量不同，值不同第91页/共103页92第二节 汽车的驱动力与行驶阻力三、汽车行驶方程式第92

24、页/共103页93汽车受到外力的功率为P第二节 汽车的驱动力与行驶阻力用功率方程推导和汽车行驶方程式汽车以车速u行驶时的动能为E发动机功率为Pe传动系摩擦阻力的负功率为PrFr 传动系摩擦力转换到车轮轮缘的阻力。第93页/共103页94加速时飞轮和车轮的受力图第二节 汽车的驱动力与行驶阻力第94页/共103页95无级变速时如果只考虑飞轮的转动惯量，加速时作用于驱动轮的转矩第二节 汽车的驱动力与行驶阻力设传动系无任何摩擦阻力，作用于驱动轮的转矩为第95页/共103页96传动系各处摩擦转换到驱动轮处的摩擦阻力转矩为Tr第二节 汽车的驱动力与行驶阻力传动系摩擦损耗的功率为Pr传动系各处摩擦转换到车轮

25、周缘的总摩擦阻力为Fr第96页/共103页97第二节 汽车的驱动力与行驶阻力由汽车整体动能对时间的变化率等于所有作用力的功率，可得下式第97页/共103页98由上式得出汽车的行驶方程式第二节 汽车的驱动力与行驶阻力第98页/共103页99第二节 汽车的驱动力与行驶阻力由上式可得汽车的加速阻力为第99页/共103页100第二节 汽车的驱动力与行驶阻力由上式可得汽车的加速阻力为 如果汽车装有有级式固定传动比变速器，加速阻力 ，所以为装有固定传动比变速器汽车的旋转质量换算系数。第100页/共103页101第二节 汽车的驱动力与行驶阻力由上式可得汽车的加速阻力为 如果汽车装有传动比连续变化的无级变速器，加速阻力为上述两项之和，其中第二项加速阻力是由于传动比变化率 使发动机飞轮加速而产生的。第101页/共103页102第二节 汽车的驱动力与行驶阻力本节内容结束下一节第102页/共103页103感谢您的观看。第103页/共103页