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1、1.21.2汽车的行驶阻力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？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？如何保证汽车可以加速或爬坡？汽车行驶总阻力汽车行驶总阻力 胎面与路面接触部位的相对滑移引起的摩擦阻力，以胎面与路面接触部位的相对滑移引起的摩擦阻力，以及悬架弹簧变形时，悬架机构各零件之间的摩擦阻力都要及悬架弹簧变形时，悬架机构各零件之间的摩擦阻力都要消耗能量。消耗能量。1.2.1滚动阻力Ff软路面上软路面上硬路面上硬路面上产生滚动阻力的主要原因产生滚动阻力的主要原因轮胎变形轮胎变形轮胎变形和路面变形轮胎变形和路面变形滚动阻力损失滚动阻力损失：车轮在路面
2、上滚动时，由轮胎与路面间的：车轮在路面上滚动时，由轮胎与路面间的相互作用力及其引起的相应变形所引起的能量损失的总称。相互作用力及其引起的相应变形所引起的能量损失的总称。1.滚动阻力损失的组成滚动阻力损失的组成2.轮胎的迟滞损失轮胎的迟滞损失 轮胎在轮胎在加载变形加载变形时所消耗的能量在时所消耗的能量在卸载恢复卸载恢复时不能完时不能完全收回，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量，这种损失称为轮胎的迟滞损失迟滞损失。弹性轮胎在硬路面上滚动，轮胎在径向和周向均有变形。弹性轮胎在硬路面上滚动，轮胎在径向和周向均有变形。假设
3、：刚性路面假设：刚性路面 轮胎的变形简化：无数微小弹性体依次被压缩和轮胎的变形简化：无数微小弹性体依次被压缩和恢复松驰。恢复松驰。以径向变形讨论滚动阻力以径向变形讨论滚动阻力va加载变形区加载变形区卸载变形区卸载变形区 OCABO所做的功与所做的功与ADEBA放出的功之差即为轮胎变形过程的能量放出的功之差即为轮胎变形过程的能量损失，称为轮胎的弹性迟滞损失。能量消耗于轮胎各组成部分相互间的损失，称为轮胎的弹性迟滞损失。能量消耗于轮胎各组成部分相互间的摩擦及橡胶帘线寺物质内分子间的摩擦，最后转化为热能消失于气中。摩擦及橡胶帘线寺物质内分子间的摩擦，最后转化为热能消失于气中。2342343.从动轮受
4、力分析Ff1Ff1Ff1f滚动阻力系数滚动阻力系数滚动阻力系数及滚动阻力的计算滚动阻力系数及滚动阻力的计算从动轮的平衡条件从动轮的平衡条件为克服滚动阻力偶矩为克服滚动阻力偶矩Mf1，应加之推力为，应加之推力为令令为滚动阻力系数为滚动阻力系数则则或或因因滚动阻力的计算式为滚动阻力的计算式为即车轮滚动时的滚动阻力等于阻力系数与车轮负荷的乘积即车轮滚动时的滚动阻力等于阻力系数与车轮负荷的乘积W2驱动轮的垂直载荷驱动轮的垂直载荷X2 地面切向反作力，由驱动力矩地面切向反作力，由驱动力矩Mt的作用产生的作用产生T2 驱动轴对车轮的作用力驱动轴对车轮的作用力Z2 法向反作力法向反作力（由于轮胎的弹性迟滞损
5、失向前移一个距离（由于轮胎的弹性迟滞损失向前移一个距离a2）Mf2滚动阻力偶矩滚动阻力偶矩r 车轮半径车轮半径4.驱动轮受力分析根据驱动轮的平衡条件，得根据驱动轮的平衡条件，得真正驱动汽车行驶的力是地面切向反作用力真正驱动汽车行驶的力是地面切向反作用力X2,它的数值应它的数值应为驱动力为驱动力Ft减去驱动轮的滚动阻力减去驱动轮的滚动阻力Ff2整车的滚动阻力，也可引用上面推导出的公式（整车的滚动阻力，也可引用上面推导出的公式（1-8）将）将汽车汽车 在水平面路上直线行驶时的滚动阻力写成下面公式：在水平面路上直线行驶时的滚动阻力写成下面公式：G汽车重力汽车重力f滚动阻力系数滚动阻力系数式中包含了汽
6、车行驶时轮胎的侧式中包含了汽车行驶时轮胎的侧向变形、切向变形、道路变形及向变形、切向变形、道路变形及悬架零件的摩擦所引起的损失。悬架零件的摩擦所引起的损失。滚动阻力系数的数值由试验确定。其数值与轮胎（结滚动阻力系数的数值由试验确定。其数值与轮胎（结构、材料、气压）、道路（路面的种类与状况）及使用条件构、材料、气压）、道路（路面的种类与状况）及使用条件（行驶速度与受情况）有关。（行驶速度与受情况）有关。5.影响Ff 的因素 子午线轮胎子午线轮胎比斜交轮胎的滚动阻力小比斜交轮胎的滚动阻力小20%30；而且随车速的变化；而且随车速的变化小。小。滚动阻力滚动阻力与轮胎的帘线（棉、人造丝、尼龙、钢丝）和
7、橡胶品质有关。与轮胎的帘线（棉、人造丝、尼龙、钢丝）和橡胶品质有关。在保证轮胎有足够强度和寿命的前提下，减少帘布层数，可以使胎体减在保证轮胎有足够强度和寿命的前提下，减少帘布层数，可以使胎体减薄而减小滚动阻力系数。采用合成纤维或钢丝帘线可以减少帘布层数。薄而减小滚动阻力系数。采用合成纤维或钢丝帘线可以减少帘布层数。（1）轮胎结构第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力（2）气压 气压越高，轮胎变形及由其产生的迟滞损失就越小，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。滚动阻力也越小。气压过低，在硬路面上轮胎变形大，滚动阻力系数增大；气压过低，在硬路面上轮胎变
8、形大，滚动阻力系数增大；气压过高，在软路面上行驶时，路面产生很大的塑性变形，气压过高，在软路面上行驶时，路面产生很大的塑性变形，将留下轮辙，使滚动阻力系数增大。将留下轮辙，使滚动阻力系数增大。由轮胎由轮胎与土壤之与土壤之间的粘着间的粘着性所致性所致（3）路面条件滚动阻力系数滚动阻力系数 f 的数值的数值在坚硬、平整且干燥的路面上，滚动阻力系数最小。在坚硬、平整且干燥的路面上，滚动阻力系数最小。路面不平时，滚动阻力系数将成倍增长。因为路面不平引路面不平时，滚动阻力系数将成倍增长。因为路面不平引起的轮胎和悬挂机件的附加变形及减振器内产生的阻力要起的轮胎和悬挂机件的附加变形及减振器内产生的阻力要成倍
9、地消耗能量。成倍地消耗能量。在松软路面上，由于塑性变形最大，使滚动阻力系数增加在松软路面上，由于塑性变形最大，使滚动阻力系数增加很多。很多。ua高高 f 大大车速在车速在50km/h以下时，滚动阻力系数变化不大。以下时，滚动阻力系数变化不大。车速在车速在100km/h以上时，滚动阻力系数增长较快。以上时，滚动阻力系数增长较快。车速达到某一高速时，如车速达到某一高速时，如150200km/h左右，滚动阻力左右，滚动阻力系数迅速增长。系数迅速增长。（4）车速 ua轮胎的两个最重要参数：极限速度和承载量。轮胎的两个最重要参数：极限速度和承载量。临界车速临界车速（最高车速）（最高车速）当汽车车速超过临
10、界车速时，轮胎会出现驻波现象，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。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。后果是大量发热导致轮胎破损或爆胎。驻波现象驻波现象：在高速行驶时，轮胎离开地面后因变形所产生在高速行驶时，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。离开地面时波的
11、振幅最大，它按指数规律沿轮胎圆周衰减。货车（轮胎气压高，行驶速度低货车（轮胎气压高，行驶速度低 f=0.0076+0.000056ua 轿车轿车在进行汽车动力性分析时，一般取良好硬路面上的滚动阻力在进行汽车动力性分析时，一般取良好硬路面上的滚动阻力系数值。系数值。当当va50km/h时，时，f值可按下式估算值可按下式估算（1）压力阻力（占（占90）汽车相对于空气运动时，空气作用在汽车前部的压力汽车相对于空气运动时，空气作用在汽车前部的压力称为空气阻力。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上的分力1.2.2.空气阻力F
12、W（2）摩擦阻力（810）由于空气粘性作用在车身表面产生的切向力的合力在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。（与车身表面质量及表面积有关）行驶方向的分力。（与车身表面质量及表面积有关）1.空气阻力的组成空气阻力的组成由汽车前后部压力差所引起的阻力称为由汽车前后部压力差所引起的阻力称为形状阻力形状阻力。汽车行驶时，空气流经车身，在汽车前方，空气相对被压缩，汽车行驶时，空气流经车身，在汽车前方，空气相对被压缩，压力升高；在车身尾部和圆角处，空气稀薄，形成涡流，引压力升高；在车身尾部和圆角处，空气稀薄，形成涡流，引起负压。起负压。形状阻力与车身主体形状有关，约点空气阻力的形
13、状阻力与车身主体形状有关，约点空气阻力的55%60%。车头、车尾的形状及挡风玻璃的倾角等是影响形状阻力的主车头、车尾的形状及挡风玻璃的倾角等是影响形状阻力的主要因素。要因素。1）形状阻力压力阻力包括压力阻力包括4个部分个部分后视镜后视镜 突出于车身表面的部分所引起的空气阻力，称为突出于车身表面的部分所引起的空气阻力，称为干扰阻力干扰阻力。2）干扰阻力后视镜设计后视镜设计也要注重流线形也要注重流线形门把手门把手 悬架导向杆和传动轴悬架导向杆和传动轴 3）诱导阻力汽车上下部压力差（即升力）在水平方向上的分力，约占空汽车上下部压力差（即升力）在水平方向上的分力，约占空气阻力的气阻力的5%8%由于流经
14、车顶的气流速度由于流经车顶的气流速度大于流经车底的气流速度，使大于流经车底的气流速度，使得车底的空气压力大于车顶，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，这就是方向的压力形成压差，这就是空气升力发动机冷却系、车身内通风等所需空气流经车体内部时形成发动机冷却系、车身内通风等所需空气流经车体内部时形成的阻力。约占空气阻力的的阻力。约占空气阻力的10%15%4）内循环阻力CD空气阻力系数，无因次系数，主要取决于车身形状空气阻力系数，无因次系数，主要取决于车身形状2.空气阻力FW的计算A迎风面积，迎风面积，m2空气密度空气密度vr汽车与空气的汽
15、车与空气的相对速度，相对速度，m/s物理意义：单位动压力物理意义：单位动压力 在每平方米迎风面积上产生的空气阻在每平方米迎风面积上产生的空气阻力。力。无风时，汽车行驶速度以无风时，汽车行驶速度以va(km/h)计计空气阻力与空气阻力系数空气阻力与空气阻力系数CD及迎风面积及迎风面积A成正比。成正比。从结构上降低空气阻力主要应从降低空气阻力系数从结构上降低空气阻力主要应从降低空气阻力系数CD入手。入手。空气阻力与速度的平方成正比，行驶速度愈高，空气阻力愈空气阻力与速度的平方成正比，行驶速度愈高，空气阻力愈大，空气阻力相对于滚动阻力的比率就会显著增加。大，空气阻力相对于滚动阻力的比率就会显著增加。
16、发动机罩向前下方倾斜，面与面的交接处为大圆弧发动机罩向前下方倾斜，面与面的交接处为大圆弧的圆柱面。的圆柱面。3.汽车阻力系数CD1）车身前部CD值的大小和汽车外形关系极大，要降低值的大小和汽车外形关系极大，要降低CD值就要求汽值就要求汽车外形的流线型好。可以通过风洞试验测定。车外形的流线型好。可以通过风洞试验测定。课课下下自自查查，什什么么是是风风洞洞试试验验？面与面交接处的棱角应为圆柱状面与面交接处的棱角应为圆柱状过渡不理想过渡不理想 面与面交接处的棱角应为圆柱状面与面交接处的棱角应为圆柱状挡风玻璃为圆弧状，尽可能躺平且与中部拱起的车顶盖圆挡风玻璃为圆弧状，尽可能躺平且与中部拱起的车顶盖圆滑
17、过渡。前窗与水平线夹角为滑过渡。前窗与水平线夹角为30左右时，左右时，CD值最低。值最低。前后玻璃支柱应圆滑，窗框高出玻璃面的高度应尽可能小。前后玻璃支柱应圆滑，窗框高出玻璃面的高度应尽可能小。用埋入式大灯、小灯、雨刷和门把，灯的玻璃罩与车用埋入式大灯、小灯、雨刷和门把，灯的玻璃罩与车头、车尾组成圆滑的整体。头、车尾组成圆滑的整体。后视镜等突出物体的形状应接近流线型。后视镜等突出物体的形状应接近流线型。拱形保险杠之下的杠与车头连成连续圆滑的整体。拱形保险杠之下的杠与车头连成连续圆滑的整体。在保险杠之下的车头处，安装适当长度的向前方或前下在保险杠之下的车头处，安装适当长度的向前方或前下方伸出的阻
18、流板，虽然它本身会产生一定的阻力，但它能方伸出的阻流板，虽然它本身会产生一定的阻力，但它能抑制车头处较大的涡流产生，使整车的气流状态得以改善。抑制车头处较大的涡流产生，使整车的气流状态得以改善。车轮盖应与轮胎相平车轮盖应与轮胎相平在侧视图上，汽车应前低后高，使在侧视图上，汽车应前低后高，使车身呈车身呈12的负迎角。的负迎角。可以减少流入车底的空气量，使可以减少流入车底的空气量，使CD值下降，并可减少升力。值下降，并可减少升力。2）整车在俯视图上，车身两侧应为在俯视图上，车身两侧应为腰鼓形，前端呈半圆形，后端腰鼓形，前端呈半圆形，后端有此收缩。有此收缩。在汽车侧视图上，后窗玻璃与水平线呈在汽车侧
19、视图上，后窗玻璃与水平线呈25以下的称为快以下的称为快（直）背式车身（直）背式车身；呈；呈2550的称为舱背式车身。的称为舱背式车身。最好采用舱背式或快（直）背式最好采用舱背式或快（直）背式3）汽车后部舱背式舱背式舱背式舱背式Hatch backHatch backFiat 127 1 h sst直背式直背式直背式直背式Fast backFast back2006-Mercedes-Benz-CLS55-AMG-1直背式直背式直背式直背式Fast backFast backPorsche 356直背式直背式直背式直背式Fast backFast back在汽车后端安装凸起的扰流板。在汽车后端安
20、装凸起的扰流板。具有阻滞作用，使流过车身上表面的气充速度降低，从而具有阻滞作用，使流过车身上表面的气充速度降低，从而降低垂直于后窗表面的负压力的绝对值，使空气阻力减小。降低垂直于后窗表面的负压力的绝对值，使空气阻力减小。当车速超过当车速超过120km/h，尾翼会自动升高，尾翼会自动升高160mm，为车身增为车身增加加30的下压力；在车速低于的下压力；在车速低于80km/h，尾翼又会自动降低，尾翼又会自动降低 安装后扰流板安装后扰流板 应安装后扰流板应安装后扰流板在外观上有行李箱的称为在外观上有行李箱的称为折背式车身，它的后窗玻璃与不折背式车身，它的后窗玻璃与不平线应尽可能呈平线应尽可能呈30角
21、，并采用短而高的行李箱。角，并采用短而高的行李箱。折背式折背式折背式折背式notch backnotch back后面应采用鸭尾式结构后面应采用鸭尾式结构后面应采用鸭尾式结构后面应采用鸭尾式结构所有零件在车身底部应尽量齐平，最好有平滑的底板盖住所有零件在车身底部应尽量齐平，最好有平滑的底板盖住底部。底部。盖板从车身中部或从车轮以后上翘约盖板从车身中部或从车轮以后上翘约6角，这样可以顺利角，这样可以顺利地引导车身下的气流流向尾部，减少在汽车地引导车身下的气流流向尾部，减少在汽车 尾部形成的涡尾部形成的涡流，使流，使CD值下降。值下降。4）车身底部底部比较凌乱底部比较凌乱恰当选择进出风口的位置、尺
22、寸和形状，很好地设计通风恰当选择进出风口的位置、尺寸和形状，很好地设计通风道，在保证冷却效果的前提下，尽量减小空气内循环阻力。道，在保证冷却效果的前提下，尽量减小空气内循环阻力。5）发动机冷却通风系统冷冷却却前前制制动动器器冷冷却却前前制制动动器器冷冷却却发发动动机机和和制制动动器器冷冷却却后后制制动动器器和和润润滑滑系系统统冷冷却却发发动动机机和和前前制制动动器器冷冷却却后后制制动动器器为发动机提供充足的空气为发动机提供充足的空气减小减小CD值要遵循的要点总结：值要遵循的要点总结：汽车的汽车的CD值在不断地降低，如奥迪值在不断地降低，如奥迪100-型轿车在奥迪型轿车在奥迪100-的基础上采用
23、优化措施，使的基础上采用优化措施，使CD值由原来的值由原来的0.42降至降至0.30。预计未来，实际使用的轿车在。预计未来，实际使用的轿车在CD值可达值可达0.2。试验表明，空气阻力系数每降低试验表明，空气阻力系数每降低10%，燃油节省，燃油节省7%左右。左右。导流板导流板货车和半挂车的空气阻力也很重要，货车的外形设计也采货车和半挂车的空气阻力也很重要，货车的外形设计也采用了减小用了减小CD值的方法。驾驶室顶盖、挡风玻璃及前脸在侧值的方法。驾驶室顶盖、挡风玻璃及前脸在侧视图上具有大的圆弧，特别是整个驾驶室呈楔形的设计，视图上具有大的圆弧，特别是整个驾驶室呈楔形的设计，可大幅度减小可大幅度减小
24、CD值。值。迎风面积：指汽车行驶时受迎面空气流直接冲击的面积，即迎风面积：指汽车行驶时受迎面空气流直接冲击的面积，即汽车在垂直于行驶方向的平面上的投影面积。汽车在垂直于行驶方向的平面上的投影面积。4.汽车的迎风面积估算公式估算公式载货汽车载货汽车载货汽车载货汽车B轮距轮距B1车宽车宽H车高车高各类汽车的空气阻力系数各类汽车的空气阻力系数CD和迎风面积和迎风面积A的数值见表的数值见表1-6一些常见车型的空气阻力系数一些常见车型的空气阻力系数汽车重力在平行于路面方向上的分力，称为汽车的上坡阻力。汽车重力在平行于路面方向上的分力，称为汽车的上坡阻力。1.2.3.上坡阻力Fi道路坡度调用坡高与底长之比的百分数来表示，即：道路坡度调用坡高与底长之比的百分数来表示，即：一些常见路面的坡度一些常见路面的坡度一般道路的坡度均较小，当一般道路的坡度均较小，当1，主要与飞轮的转动惯量、车轮的转主要与飞轮的转动惯量、车轮的转运惯量及传动系的传动比有关。运惯量及传动系的传动比有关。G汽车重量，汽车重量，Ng重力加速度，重力加速度，m/s2 行驶加速度，行驶加速度，m/s21.2.4.加速阻力一般把旋转质量的惯性力偶矩化为平移质量的惯性力，一般把旋转质量的惯性力偶矩化为平移质量的惯性力，并以系数并以系数作为计入旋转质量惯性力偶矩后的汽车质量换作为计入旋转质量惯性力偶矩后的汽车质量换算系数。算系数。