汽车的驱动力与行驶阻力解析.pptx

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1、会计学1汽车的驱动力与行驶阻力解析汽车的驱动力与行驶阻力解析2TtF0Ftrua第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻汽车的驱动力与行驶阻力力一、驱动力Ft驱动力驱动力Ft：发动机产：发动机产生的转矩经传动系传到生的转矩经传动系传到驱动轮，产生驱动力矩驱动轮，产生驱动力矩Tt，驱动轮在，驱动轮在Tt的作用的作用下给地面作用一圆周力下给地面作用一圆周力F0，地面对驱动轮的反，地面对驱动轮的反作用力作用力Ft即为驱动力。即为驱动力。第1页/共50页3TtF0FtruaTt驱动力矩；驱动力矩；Ttq 发动机转矩；发动机转矩；第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻汽车的驱动力与行驶阻力力一、驱动力Ftig变速

2、器传动比；变速器传动比；i0主减速器传动比；主减速器传动比；T传动系的机械效率。传动系的机械效率。第2页/共50页4能否解释为什么汽车低挡的加速能力好于高挡？能否解释为什么汽车低挡的加速能力好于高挡？思考 Ft 与发动机转矩与发动机转矩Ttq、变速器传动比、变速器传动比 ig、主减、主减速器传动比速器传动比 i0、传动系的机械效率、传动系的机械效率T 和车轮半径和车轮半径 r 等因素有关。等因素有关。第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻汽车的驱动力与行驶阻力力由由 可知可知第3页/共50页5 驱动力和车速都与发动机特性有直接关系，可以通过发驱动力和车速都与发动机特性有直接关系，可以通过发驱动力和

3、车速都与发动机特性有直接关系，可以通过发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。动机特性曲线找出驱动力与车速之间的关系。动机特性曲线找出驱动力与车速之间的关系。动机特性曲线找出驱动力与车速之间的关系。发动机发动机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。出驱动力和车速的关系。第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻汽车的驱动力与行驶阻力力第4页/共50页6发动机的转速特性，即发动机的转速特性，即Pe、Ttq和和b与与n的的关系曲线。关系曲线。节气门开启程度的不同节气门开启

4、程度的不同外特性曲线外特性曲线部分负荷特性曲线部分负荷特性曲线思考计算汽车动力性指标时计算汽车动力性指标时，需要用什么特性曲线？需要用什么特性曲线？1.发动机的转速特性第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻汽车的驱动力与行驶阻力力第5页/共50页7第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻汽车的驱动力与行驶阻力力外特性：节气门全开时外特性：节气门全开时,发动机转矩发动机转矩T Ttqtq和功率和功率P Pe e与转速与转速n n的关系。的关系。对于动力性分析而言，对于动力性分析而言，讨论的是汽车的最大运讨论的是汽车的最大运动能力，所以发动机特动能力，所以发动机特性都按外特性确定。性都按外特性确定。第6页/

5、共50页8发动机转速特性曲线发动机转速特性曲线第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻汽车的驱动力与行驶阻力力第7页/共50页9第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻汽车的驱动力与行驶阻力力 带上全部附件设备时的带上全部附件设备时的发动机特性曲线，称为发动机特性曲线，称为使用使用外特性曲线外特性曲线。一般，使用外。一般，使用外特性与外特性相比：特性与外特性相比：汽油机的最大功率约汽油机的最大功率约小小15%；货车柴油机的最大功率货车柴油机的最大功率约约小小5%；轿车与轻型货车柴油机轿车与轻型货车柴油机的最大功率约的最大功率约小小10%。第8页/共50页10等速行驶时PT传动系损失的功率。Pin输入传动系

6、的功率；输入传动系的功率；第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻汽车的驱动力与行驶阻力力2.传动系的机械效率T第9页/共50页11转速机械损失机械损失液力损失液力损失转矩转矩齿轮对数齿轮对数过低，热容量小过低，热容量小过高，搅油损失大过高，搅油损失大油面高度油面高度温度温度润滑油品质润滑油品质直接挡直接挡T最高最高T高高损失小损失小齿轮对数少齿轮对数少T高高损失的比重小损失的比重小损失大损失大Ttq大大传动系损失的功率PT主要与哪些因素有关？第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻汽车的驱动力与行驶阻力力PT思考第10页/共50页12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

7、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%第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻汽车的驱动力与行驶阻力力表表1-1 传动系各部件的传动效率传动系各部件的传动效率第11页/共50页13自由半径自由半径：车轮处于无载时的半径。：车轮处于无载时的半径。静力半径静力半径rs：汽车静止时，车轮中心至轮胎与道路接：汽车静止时，车轮中心至轮胎与道路接触面间的距离。触面间的距离。滚动半径滚动半径rr：车轮几何中心到速度瞬心的距离。：车轮几何中心到速度瞬心的距离。第二节第二

8、节 汽车的驱动力与行驶阻汽车的驱动力与行驶阻力力3.车轮半径上述三个术语的含义和应用范围均有不同，但在一般上述三个术语的含义和应用范围均有不同，但在一般性分析、计算时，通常不计它们的差别，统称为车轮性分析、计算时，通常不计它们的差别，统称为车轮半径，符号记做半径，符号记做r。第12页/共50页14做出的做出的Ft-ua关系图，即驱动力图。关系图，即驱动力图。依据下面两式依据下面两式其中其中Ttq来自发动机外特性曲线来自发动机外特性曲线第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻汽车的驱动力与行驶阻力力4.汽车的驱动力图第13页/共50页15第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻汽车的驱动力与行驶阻力力第14

9、页/共50页16滚动阻力滚动阻力Ff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？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？空气阻力空气阻力Fw坡度阻力坡度阻力Fi加速阻力加速阻力Fj汽车行驶总阻力汽车行驶总阻力思考需要注意的是，这四种阻力并不一定同时存在。比如，需要注意的是，这四种阻力并不一定同时存在。比如，汽车在水平路面上匀速行驶时，就没有坡度阻力和加速汽车在水平路面上匀速行驶时，就没有坡度阻力和加速阻力，即，上式中的阻力，即，上式中的F Fi i和和F Fj j都等于都

10、等于0 0。第15页/共50页17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轮胎变形形轮胎变形和路面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？轮胎变形为什么会产生滚动阻力？轮胎的迟滞损失轮胎的迟滞损失：轮胎在加载变形时所消耗的能量在卸：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损失上，产生热量，这种损失称为轮胎的迟滞损失迟滞损失。1.滚动阻力Ff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思考第16页/共5

11、0页18ua加载变形区加载变形区卸载变形卸载变形区区思考 由轮胎的迟滞损失图看，在轮胎径向变形相同的情况下，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？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？第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻汽车的驱动力与行驶阻力力第17页/共50页191）从动轮受力分析第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻汽车的驱动力与行驶阻力力FZdFZd第18页/共50页20f滚动阻力系数滚动阻力系数第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻汽车的驱动力与行驶阻力力令令即，对于从动轮而言，滚动阻力就是地面给即，对于从动轮而言，滚

12、动阻力就是地面给车轮的阻力。车轮的阻力。第19页/共50页21 即即 路面真正作用于驱动轮的切向力路面真正作用于驱动轮的切向力FX2比驱比驱动动力力Ft要小，其差异就是滚动阻力。要小，其差异就是滚动阻力。2）驱动轮受力分析第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻汽车的驱动力与行驶阻力力第20页/共50页对于汽车性能分析而言，我们无需细究驱动对于汽车性能分析而言，我们无需细究驱动轮和从动轮的不同受力状况，而只需要知道轮和从动轮的不同受力状况，而只需要知道整车受到的总的滚动阻力：整车受到的总的滚动阻力：Ff=GfG整车重力；整车重力；f滚动阻力系数。滚动阻力系数。其中，其中，滚动阻力系数滚动阻力系数f

13、f是一个很重要的参数。它的大小，和轮是一个很重要的参数。它的大小，和轮胎结构、轮胎气压、法向载荷、行驶车速和道路条件等因素有胎结构、轮胎气压、法向载荷、行驶车速和道路条件等因素有关。在一般性分析、计算中，常认为在确定车辆和路面的条件关。在一般性分析、计算中，常认为在确定车辆和路面的条件下，下，滚动阻力系数是常数。滚动阻力系数是常数。比如，普通轮胎在正常充气压力下，在常见的沥青或混凝土路比如，普通轮胎在正常充气压力下，在常见的沥青或混凝土路面上，滚动阻力系数大约在面上，滚动阻力系数大约在0.012-0.0180.012-0.018范围内。范围内。第21页/共50页23 ua高高 f 大大 货车货

14、车 f=0.0076+0.000056ua 3）具体影响因素第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻汽车的驱动力与行驶阻力力轿车轿车（1）车速 ua第22页/共50页24 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；滚动阻力滚动阻力与轮胎的帘线（棉、人造丝、尼龙、钢丝）与轮胎的帘线（棉、人造丝、尼龙、钢丝）和橡胶品质有关。和橡胶品质有关。（2）轮胎结构第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻汽车的驱动力与行驶阻力力第23页/共50页25（3）气压第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻汽车的驱动力与行驶阻力力 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

15、产生的迟滞损失就越小，滚动阻力也越小。滚动阻力也越小。第24页/共50页26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

16、.0150.030压紧的雪道压紧的雪道0.0300.050第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻汽车的驱动力与行驶阻力力 由轮胎与土壤之间的粘着性所致（4）路面条件表表1-2 滚动阻力系数滚动阻力系数 f 的数值的数值第25页/共50页对于汽车性能分析而言，我们无需细究驱动对于汽车性能分析而言，我们无需细究驱动轮和从动轮的不同受力状况，而只需要知道轮和从动轮的不同受力状况，而只需要知道整车受到的总的滚动阻力：整车受到的总的滚动阻力：Ff=GfG整车重力；整车重力；f滚动阻力系数。滚动阻力系数。其中，其中，滚动阻力系数滚动阻力系数f f是一个很重要的参数。它的大小，和轮是一个很重要的参数。它的大小，

17、和轮胎结构、轮胎气压、法向载荷、行驶车速和道路条件等因素有胎结构、轮胎气压、法向载荷、行驶车速和道路条件等因素有关。在一般性分析、计算中，常认为在确定车辆和路面的条件关。在一般性分析、计算中，常认为在确定车辆和路面的条件下，下，滚动阻力系数是常数。滚动阻力系数是常数。比如，普通轮胎在正常充气压力下，在常见的沥青或混凝土路比如，普通轮胎在正常充气压力下，在常见的沥青或混凝土路面上，滚动阻力系数大约在面上，滚动阻力系数大约在0.012-0.0180.012-0.018范围内。范围内。第26页/共50页28（1）压力阻力（占（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汽车直线行驶时受到

18、的空气作用力在行驶方向的分力称为空气阻力。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。2.空气阻力FW第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻汽车的驱动力与行驶阻力力二、汽车的行驶阻力第27页/共50页29 取决于车身主体形状。取决于车身主体形状。1）形状阻力第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻汽车的驱动力与行驶阻力力第28页/共50页30后视镜后视镜 车身表面的凸起物引起的阻力。车身表面的凸起物引起的阻力。2）干扰阻力第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻汽车的驱动力与行驶阻力力第29页/共50页31后视镜后视镜 后视镜设计

19、也要注重流线形第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻汽车的驱动力与行驶阻力力第30页/共50页32后视镜后视镜 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻汽车的驱动力与行驶阻力力第31页/共50页33门把手门把手 第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻汽车的驱动力与行驶阻力力第32页/共50页34悬架导向杆和传动轴悬架导向杆和传动轴 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第33页/共50页35 满足冷却、通风等需要，使空气流经车体内部时构成的阻力。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。空气升力在水平方向的投影。第二节第二节 汽车的驱动

20、力与行驶阻力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由于流经车顶的气流速度大于流经车底的气流速度，度大于流经车底的气流速度，使得车底的空气压力大于车使得车底的空气压力大于车顶，从而空气作用在车身上顶，从而空气作用在车身上的垂直方向的压力形成压差，的垂直方向的压力形成压差，这就是这就是空气升力。第34页/共50页36思考夏季在高速公路上开空调省油还是开窗通风省油夏季在高速公路上开空调省油还是开窗通风省油？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打开天窗换气和打开侧窗换气有何不同？打开天窗换气和打开侧窗换气有何不同？打开天窗换气时，天窗上打开天窗换气时，天窗上方

21、的压力低于车内的压力。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。力在行驶方向的分力。第35页/共50页汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向的分力称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。（也就是我们常说的为空气阻力。（也就是我们常说的“风阻风阻”。）。）第二节第二节 汽车的驱动力与汽车的驱动力与行驶阻力行驶阻力空气阻力的计算：空气阻力的计算：其中，其中，CD空气阻力系数；空气阻力系数；A迎风面积（迎风面积（m2）；）；Ua车速（车速（km/hkm/h）。）。需要注意

22、，上式必须按指定的单位计算，得到的空气需要注意，上式必须按指定的单位计算，得到的空气阻力阻力Fw单位就是单位就是N。N（3）空气阻力FW的计算第36页/共50页38减小减小减小减小C CDD值要遵循的要点总结如下：值要遵循的要点总结如下：值要遵循的要点总结如下：值要遵循的要点总结如下：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第37页/共50页39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未来轿车的外形未来轿车的外形第38页/共50页40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

23、驰奔驰S级级0.27 保时捷保时捷0.31 陆虎览胜陆虎览胜0.38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在现代汽车设计中，通过降低空气阻力系数来提高车在现代汽车设计中，通过降低空气阻力系数来提高车辆的动力性（和燃油经济性）是非常重要的。下面是辆的动力性（和燃油经济性）是非常重要的。下面是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。第39页/共50页41汽车重力沿坡道的分力。汽车重力沿坡道的分力。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3.坡度阻力Fi第40页/共50页42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

24、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一些常见路面的坡度第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力第41页/共50页43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第42页/共50页44道路阻力道路阻力第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力滚动阻力和坡度阻力之和。滚动阻力和坡度阻力之和。一般道路一般道路 较小，较小，1，i令令f+

25、i=，为道路阻力系数为道路阻力系数第43页/共50页45平移质量的惯性力平移质量的惯性力 旋转质量的惯性力偶矩旋转质量的惯性力偶矩第二节第二节 汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力与行驶阻力汽车加速行驶时，克服其质量加速运动时的惯性力。汽车加速行驶时，克服其质量加速运动时的惯性力。旋转质量换算系数旋转质量换算系数IW 车轮转动惯量；车轮转动惯量；If飞轮转动惯量。飞轮转动惯量。4.加速阻力第44页/共50页46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挡位不同，挡位不同，值不同值不同第45页/共50页47 总质量越小的车，旋转质量换算系数值越大。总质量越小的车，旋转质量换算系数值

26、越大。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总质量不同，总质量不同，值不同值不同第46页/共50页48旋转质量换算系数旋转质量换算系数大于大于1，这是考虑到汽车加速时，不仅整车质量，这是考虑到汽车加速时，不仅整车质量要平移加速，飞轮和车轮等旋转质量也在加速，所以加速阻力比仅要平移加速，飞轮和车轮等旋转质量也在加速，所以加速阻力比仅有平移质量有平移质量m时要大些。时要大些。同一汽车，传动比越大，同一汽车，传动比越大，越大。（即，低挡的旋转质量换算系数大。）越大。（即，低挡的旋转质量换算系数大。）旋转质量换算系数的具体推导比较复杂，基本思想如下：旋转质量换算系数的具体推导比较复

27、杂，基本思想如下：当车辆加速时，发动机（曲轴）输出功率不会完全转化为传动系当车辆加速时，发动机（曲轴）输出功率不会完全转化为传动系输入功率，飞轮会扣除一部分用于自身加速，即，作用在驱动轮输入功率，飞轮会扣除一部分用于自身加速，即，作用在驱动轮上的实际驱动力比名义驱动力上的实际驱动力比名义驱动力 小。小。而为了使车轮加速旋转，驱动轮和从动轮都不能再保持力矩平衡，而为了使车轮加速旋转，驱动轮和从动轮都不能再保持力矩平衡，而需要一个向前旋转的合力矩，为此，地面需要给车轮一个而需要一个向前旋转的合力矩，为此，地面需要给车轮一个“额额外外”的切向反力，方向向后。的切向反力，方向向后。即，加速时，车轮获得的推力减小，而阻力增大。所以加速度前即，加速时，车轮获得的推力减小，而阻力增大。所以加速度前面要乘以一个大于面要乘以一个大于1的旋转质量换算系数。的旋转质量换算系数。其基本思想是其基本思想是“加速度加速度变小了变小了”。第47页/共50页49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三、汽车行驶方程式第48页/共50页50第二节 汽车的驱动力与行驶阻力本节内容结束下一节第49页/共50页