第1章 汽車的動(dòng)力性[共29頁]

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1、汽車?yán)碚? 汽車?yán)碚撌茄芯科囍饕褂眯阅艿目茖W(xué)，是在分析汽車運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的基礎(chǔ)上研究汽車主要使用性能與其結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)在聯(lián)系，分析汽車主要使用性能的各種影響因素，從而指出正確設(shè)計(jì)汽車和合理使用汽車的基本途徑。 對(duì)汽車提出的使用性能的要求是多方面的，汽車?yán)碚撝饕芯科嚨膭?dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、制動(dòng)性、操縱穩(wěn)定性、平順性和通過性等。 第8章 汽車的動(dòng)力性 學(xué)習(xí)目標(biāo) 通過本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)重點(diǎn)掌握汽車的動(dòng)力性指標(biāo)，熟練分析汽車的受力情況，深入理解汽車的行駛方程式，并熟練運(yùn)用汽車的力平衡圖和功率平衡圖分析汽車的動(dòng)力性指標(biāo)。 汽車的動(dòng)力性是指汽車在良好路面上直線行駛時(shí)，由汽車受到的縱向外力決定的

2、、所能達(dá)到的平均行駛速度。汽車是一種高效率的運(yùn)輸工具，運(yùn)輸效率之高低很大程度上取決于汽車的動(dòng)力性。所以，動(dòng)力性是汽車各種性能中最基本最重要的性能。 1.1節(jié) 汽車動(dòng)力性指標(biāo) 從獲得盡可能高的平均行駛速度的觀點(diǎn)出發(fā)，汽車的動(dòng)力性主要有以下三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。 1.1.1 汽車的最高車速 最高車速是指在水平良好的路面(混凝土或?yàn)r青)上，汽車能達(dá)到的最高行駛車速。 1.1.2 汽車的加速時(shí)間 汽車的加速時(shí)間表示汽車的加速能力，它對(duì)平均行駛車速有很大影響。常用原地起步加速時(shí)間與超車加速時(shí)間來表明汽車的加速能力。原地起步加速時(shí)間，指汽車由Ⅰ檔或Ⅱ檔起步，并以最大的加速強(qiáng)度(包括選擇

3、恰當(dāng)?shù)膿Q檔時(shí)機(jī))逐步換至最高檔后，到某一預(yù)定的距離或車速所需的時(shí)間。超車加速時(shí)間，指用最高檔或次高檔由某一較低車速全力加速至某一高速所需的時(shí)間。由于超車時(shí)兩車輛并行，容易發(fā)生安全事故，所以超車加速能力強(qiáng)，并行行程短，行駛就安全。一般常用0→400m或0→100km/h所需的時(shí)間來表明汽車的原地起步加速能力。對(duì)超車加速能力還沒有一致的規(guī)定，采用較多的是用最高檔或次高檔，由某一中等車速全力加速行駛至某一高速所需的時(shí)間。轎車對(duì)加速時(shí)間尤為重視。 1.1.3 汽車的最大爬坡度 汽車滿載時(shí)，在良好路面上的最大爬坡度，表示汽車的上坡能力。顯然，汽車的最大爬坡度指Ⅰ檔最大爬坡度。轎車最高車速大，

4、加速時(shí)間短，經(jīng)常在較好的道路上行駛，一般不強(qiáng)調(diào)它的爬坡能力；而且它的Ⅰ檔加速能力大，故爬坡能力也強(qiáng)。貨車在各種地區(qū)的各種道路上行駛，所以必須具有足夠的爬坡能力。實(shí)際上，代表了汽車的極限爬坡能力，它應(yīng)比實(shí)際行駛中遇到的道路最大爬坡度超出很多。這是因?yàn)閼?yīng)考慮到在坡道上停車后，順利起步加速、克服松軟坡道路面的大阻力等要求的緣故。一般貨車在30%即16.7左右，越野汽車要在壞路或無路條件下行駛，因而爬坡能力是一個(gè)很重要的指標(biāo)，它的最大爬坡度可達(dá)60%即31左右。 三個(gè)指標(biāo)的測(cè)定，均應(yīng)在無風(fēng)的條件下進(jìn)行。 確定汽車的動(dòng)力性，就是確定汽車沿行駛方向的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。因此，需要掌握沿汽車行駛方向作用于

5、汽車上的各種外力，即驅(qū)動(dòng)力與行駛阻力。根據(jù)這些力的平衡關(guān)系，建立汽車行駛方程式，就可以估算汽車的最高車速、加速時(shí)間和最大爬坡度。 8.2節(jié) 汽車的驅(qū)動(dòng)力與行駛阻力 確定汽車的動(dòng)力性，就是確定汽車沿行駛方向的運(yùn)動(dòng)狀況。為此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(dòng)力與行駛阻力。根據(jù)這些力的平衡關(guān)系，建立汽車行駛方程式，就可以估算汽車的各項(xiàng)動(dòng)力性能指標(biāo)。 汽車的行駛方程式為 ∑ 式中 ——汽車驅(qū)動(dòng)力； ∑——行駛阻力之和。 1.2.1 汽車的驅(qū)動(dòng)力 在汽車行駛中，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的有效轉(zhuǎn)矩，經(jīng)變速器、傳動(dòng)軸、主減速器等后

6、，由半軸傳給驅(qū)動(dòng)車輪。如果變速器傳動(dòng)比為、主減速比為、傳動(dòng)系的機(jī)械效率為，則傳到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩，即驅(qū)動(dòng)力矩為 如圖1.1所示，此時(shí)作用于驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩，產(chǎn)生對(duì)地面的圓周力，則地面對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的反作用力，即為汽車驅(qū)動(dòng)力。如果驅(qū)動(dòng)車輪的滾動(dòng)半徑為，就有，因而，汽車驅(qū)動(dòng)力為 圖1.1汽車的驅(qū)動(dòng)力 (1.1) 下面將對(duì)式(1.1)中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩丁、傳動(dòng)系機(jī)械效率及車輪半徑等作進(jìn)一步討論，并作出汽車的驅(qū)動(dòng)力圖。 1.2.1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性 發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩及燃油消

7、耗率與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系，即為發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門全開，或高壓油泵處于最大供油量位置時(shí)，此特性稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性，對(duì)應(yīng)的關(guān)系曲線稱為外特性曲線；如果節(jié)氣門部分開啟，則稱為發(fā)動(dòng)機(jī)部分負(fù)荷特性曲線。 圖1.2為某發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性曲線。為發(fā)動(dòng) 圖1.2 某發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線 機(jī)最低穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的有效功率和有效轉(zhuǎn)矩都在增加，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值時(shí)，相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為，再增大發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，有效轉(zhuǎn)矩有所下降，但功率繼續(xù)增加，一直達(dá)到最大功率，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為，繼續(xù)提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，其功率反而下降。一般取=(1.1～1.2) 。

8、 如轉(zhuǎn)矩單位用Nm表示，功率單位用kW表示，轉(zhuǎn)速用r/min表示,它們之間有如下關(guān)系： (1.2) 發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠提供的發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線，一般是在試驗(yàn)臺(tái)架上不帶空氣濾清器、水泵、風(fēng)扇、消聲器、發(fā)電機(jī)等附屬設(shè)備條件下測(cè)試得到的。如果帶上上述附屬設(shè)備，測(cè)得的發(fā)動(dòng)機(jī)外特性的最大功率約小15%；轉(zhuǎn)速為時(shí)，功率約小2%～6%；轉(zhuǎn)速再低時(shí)，兩者相差更小。此外，由于在試驗(yàn)臺(tái)架上所測(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)工況相對(duì)穩(wěn)定，而在實(shí)際使用中，發(fā)動(dòng)機(jī)的工況通常是不穩(wěn)定的，但由于兩者差別不顯著，所以在進(jìn)行動(dòng)力估算時(shí)，仍可用穩(wěn)態(tài)工況時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

9、。 如果找不到外特性曲線的數(shù)據(jù)，若已知發(fā)動(dòng)機(jī)的和，則可用式(1.3)估算發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性-曲線： (1.3) 式中、——發(fā)動(dòng)機(jī)類型系數(shù)，汽油機(jī)==1，直接噴射式柴油機(jī)=0.5，=1.5，有預(yù)燃室式柴油機(jī)=0.6，=1.4。 如果在已知和之外，還已知了及，則可用式(1.4)估算發(fā)動(dòng)機(jī)的外 特性-曲線： (1.4) 式中——最大功率時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩。 1.2.1.2 傳動(dòng)系的機(jī)械效率 發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率，經(jīng)傳動(dòng)系傳到驅(qū)動(dòng)車輪的過程中，要克服傳動(dòng)系各部件的摩擦而有一定的損失。若損失的功率為，則傳到驅(qū)動(dòng)

10、輪的功率為-，傳動(dòng)系的機(jī)械效率為 (1.5) 傳動(dòng)系的功率損失由傳動(dòng)系中各部件——變速器、萬向節(jié)、主減速器等的功率損失所組成。其中變速器和主減速器的功率損失所占比重最大，其余部件功率損失較小。 損耗的功率含機(jī)械損失功率和液力損失功率。機(jī)械損失功率是指齒輪傳動(dòng)副、軸承、油封等處的摩擦損失的功率，其大小決定于嚙合齒輪的對(duì)數(shù)，傳遞的轉(zhuǎn)矩等因素。液力損失功率是指消耗于潤(rùn)滑油的攪動(dòng)、潤(rùn)滑油與旋轉(zhuǎn)零件之間的表面摩擦功率。其大小決定于潤(rùn)滑油的品質(zhì)、溫度、箱體內(nèi)的油面高度，以及齒輪等旋轉(zhuǎn)零件的轉(zhuǎn)速。液力損失隨傳動(dòng)零件轉(zhuǎn)速提高

11、、潤(rùn)滑油面高度及粘度增加而增大。 傳動(dòng)系的機(jī)械效率是在專門的實(shí)驗(yàn)裝置上測(cè)試得到的。在動(dòng)力性計(jì)算時(shí)，-機(jī)械效率取為常數(shù)。采用有級(jí)機(jī)械變速傳動(dòng)系的轎車取0.9～0.92，單級(jí)主傳動(dòng)貨車取0.9，44汽車取0.85。 1.2.1.3 車輪半徑 輪胎的尺寸及結(jié)構(gòu)直接影響汽車的動(dòng)力性。車輪按規(guī)定氣壓充好氣后，處于無載時(shí)的半徑，稱為自由半徑。 在汽車重力作用下，輪胎發(fā)生徑向變形。車輪中心與輪胎接地面的距離稱為靜力半徑。靜力半徑小于其自由半徑，它取決于載荷、輪胎的徑向剛度，以及支承面的剛度。 作用于車輪上除徑向載荷外，還有轉(zhuǎn)矩。車輪中心至輪胎與道路接觸面切向反

12、作用力之間的距離為動(dòng)力半徑。此時(shí)輪胎不僅產(chǎn)生徑向變形，同時(shí)還產(chǎn)生切向變形。其切向變形取決于輪胎的切向剛度、輪胎承受的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的離心慣性力等。 以車輪轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)與車輪實(shí)際滾動(dòng)距離之間關(guān)系換算得出的車輪半徑，稱為車輪的運(yùn)動(dòng)半徑(滾動(dòng)半徑)，即 (1.6) 顯然，對(duì)汽車作動(dòng)力學(xué)分析時(shí)，應(yīng)該用靜力半徑；而作運(yùn)動(dòng)學(xué)分析時(shí)應(yīng)該用滾動(dòng)半徑。但在一般的分析中常不計(jì)它們的差別，統(tǒng)稱為車輪半徑，即認(rèn)為 1.2.1.4 汽車的驅(qū)動(dòng)力圖 在各個(gè)排檔上，汽車驅(qū)動(dòng)力與車速之間的函數(shù)關(guān)

13、系曲線，稱為汽車驅(qū)動(dòng)力圖。它直觀地顯示變速器處于各檔位時(shí)，驅(qū)動(dòng)力隨車速變化的規(guī)律。 當(dāng)已知發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線、傳動(dòng)系的傳動(dòng)比及機(jī)械效率、車輪半徑等參數(shù)時(shí)，即可作出汽車驅(qū)動(dòng)力圖。具體方法如下： （1）從發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線上取若干(、)。 （2）根據(jù)選定的不同檔位傳動(dòng)比，按式(1)算出驅(qū)動(dòng)力值。 （3）根據(jù)轉(zhuǎn)速、變速器傳動(dòng)比及主減速比，由下式計(jì)算與所求對(duì)應(yīng)的速度： (1.7) （4）建立-坐標(biāo)，選好比例尺，對(duì)每個(gè)檔位，將計(jì)算出的值(，)分別描點(diǎn)并連成曲線，即得驅(qū)動(dòng)力圖。 圖1.3即為某五檔變速器貨車的驅(qū)動(dòng)力圖。從驅(qū)動(dòng)力圖中可以看出驅(qū)

14、動(dòng)力與其行駛速度的關(guān)系及不同檔位驅(qū)動(dòng)力的變化。驅(qū)動(dòng)力圖可以作為工具用來分析汽車的動(dòng)力性。 1.2.2 汽車的行駛阻力 汽車在水平道路上等速行駛時(shí)必須克服來自地面的滾動(dòng)阻力和來自空氣的空氣阻力；當(dāng)汽車在坡道上上坡行駛時(shí)，還必須克服 圖1.3 汽車驅(qū)動(dòng)力圖 重力沿坡道的分力，即坡度阻力；另外汽車加速行駛時(shí)還需要克服的阻力即加速阻力。因此汽車行駛的總阻力為 ∑+++ (1.8) 上述各種阻力中，滾動(dòng)阻力和空氣阻力是在任何行駛條件下均存在的。坡度阻力和加速阻力僅在一定行駛條件下存在。水平道路上等速行駛時(shí)就沒有坡度阻力

15、和加速阻力。 1.2.2.1 滾動(dòng)阻力 汽車行駛時(shí)，車輪與地面在接觸區(qū)域的徑向、切向和側(cè)向均產(chǎn)生相互作用力，輪胎與地面亦存在相應(yīng)的變形。無論是輪胎還是地面，其變形過程必然伴隨著一定的能量損失。這些能量損失是使車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生滾動(dòng)阻力的根本原因。 1.2.2.1.1 彈性車輪在徑向加載后卸載過程中形成的彈性遲滯損失 當(dāng)汽車車輪在水平路面上，且不受側(cè)向力作用時(shí)，車輪與地面間將產(chǎn)生徑向和切向的相互作用力。圖1.4為輪胎在硬支承路面上受徑向載荷時(shí)的變形過程及對(duì)應(yīng)的曲線。 圖1.4 輪胎徑向變形曲線 a)輪胎受力 b)變形曲線 從圖1.4中可見，當(dāng)彈性車輪在硬支

16、承路面上，對(duì)其進(jìn)行加載和卸載的過程中，徑向載荷與由其引起的輪胎徑向變形量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。加載變形曲線與卸載變形曲線并不重合，則可知加載與卸載不是可逆過程，存在著能量損失。面積為加載過程中對(duì)輪胎所作的功；面積為卸載過程中，輪胎恢復(fù)變形時(shí)釋放的功。兩面積之差即為加載與卸載過程的能量損失。這一部分能量消耗在輪胎各組成部分相互間的摩擦，以及橡膠、簾線等物質(zhì)分子間的摩擦，最后轉(zhuǎn)化為熱能而消失在大氣中。這種損失稱為彈性物質(zhì)的遲滯損失。 從圖1.4b中可見，在同樣變形量的情況下，處于加載過程的載荷較大，即圖中＞。這說明當(dāng)車輪在徑向載荷作用下滾動(dòng)時(shí)，由于彈性遲滯現(xiàn)象，使地面對(duì)車輪的法向支持力為不對(duì)稱

17、分布，其法向反力合力作用線，相對(duì)于車輪中心線前移了一段距離，因而形成了阻礙車輪滾動(dòng)的力偶矩。 1.2.2.1.2 等速滾動(dòng)從動(dòng)輪受力分析及滾動(dòng)阻力系數(shù) 圖1.5 從動(dòng)輪在硬路面上滾動(dòng)時(shí)的受力情況 a)受力分析 b)滾動(dòng)阻力 在水平路面等速直線滾動(dòng)的汽車從動(dòng)輪，如圖1.5a所示，其法向反力的合力相對(duì)車輪垂直中心線前移了一段距離。值隨彈性損失的增大而增大。車輪所承受的徑向載荷，與法向反力，大小相等，方向相反，即=-。 若法向反力通過車輪中心，則是從動(dòng)輪在硬路面上等速直線滾動(dòng)的受力情況，如圖1.5b所示。圖中力矩為作用于車輪上阻礙車輪滾動(dòng)的滾動(dòng)力偶矩，且=。要

18、使從動(dòng)輪等速直線滾動(dòng)，必須通過車輪中心，通過車軸施加以推力，它與地面切向反力構(gòu)成一力偶矩來克服滾動(dòng)力偶矩，由車輪中心力矩平衡條件，得 = 故所應(yīng)施加推力為 或 式中稱為滾動(dòng)阻力系數(shù)，可見滾動(dòng)阻力系數(shù)是單位汽車重力所需的推力。換言之，滾動(dòng)阻力等于滾動(dòng)阻力系數(shù)與車輪負(fù)荷的乘積。故車輪滾動(dòng)阻力為 (1.9) 這樣，在分析汽車的行駛阻力時(shí)，可不必具體計(jì)算阻礙車輪滾動(dòng)的力偶矩，而只計(jì)算滾動(dòng)阻力(實(shí)際作用在車輪上的是滾動(dòng)阻力偶矩)。 1.2.2.1.3 等速滾動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輪受力分析

19、 圖1.6為驅(qū)動(dòng)輪在硬路面上等速直線滾動(dòng)時(shí)的受力圖。 圖中為道路對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的切向反力，為車架通過懸架給輪軸的反推力，法向反作用力也由于輪胎彈性遲滯損失，使其作用線前移一段距離，即在驅(qū)動(dòng)輪上同樣作用有滾動(dòng)力偶矩。由對(duì)車輪中心的力矩平衡條件得： 圖1.6 驅(qū)動(dòng)輪在硬路面上滾動(dòng)時(shí)的受力情況 (1.10) 由上式可見，真正作用在驅(qū)動(dòng)輪上驅(qū)動(dòng)汽車行駛的力為地面對(duì)車輪的切向反作用力，其數(shù)值等于驅(qū)動(dòng)力減去驅(qū)動(dòng)輪滾動(dòng)阻力。 1.2.2.1.4 滾動(dòng)阻力系數(shù)的影響因素 滾動(dòng)阻力系數(shù)與路面種類及

20、其狀態(tài)、車速及輪胎等有關(guān)，其數(shù)值通過實(shí)驗(yàn)確定。 (1)路面種類及其狀態(tài)對(duì)滾動(dòng)阻力系數(shù)的影響 表1.1列出了車速為50km/h時(shí)，汽車在各種路面上行駛時(shí)的車輪滾動(dòng)阻力系數(shù)值。滾動(dòng)阻力系數(shù)主要受路面的影響。路面的種類及其狀態(tài)都影響滾動(dòng)阻力系數(shù)。 表1.1 滾動(dòng)阻力系數(shù)值 路面類型 滾動(dòng)阻力系數(shù) 良好的瀝青或混凝土路面 一般的瀝青或混凝土路面 碎石路面 良好卵石路面 坑洼的卵石路面 壓緊土路(干燥的) 壓緊土路(雨后的) 泥濘土路(雨季或解凍期) 干砂 濕砂 結(jié)冰路面 壓緊的雪道 0.010～0.018 0.018～0.020 0.020～0.025

21、0.025～0.030 0.035～0.050 0.025～0.035 0.050～0.150 0.100～0.250 0.100～0.300 0.060～0.150 0.015～0.030 0.030～0.050 (2)輪胎的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)對(duì)滾動(dòng)阻力系數(shù)的影響 子午線輪胎與普通斜交輪胎相比，具有較低的滾動(dòng)阻力系數(shù)。 減小簾線層可使胎體減薄，從而可相應(yīng)降低滾動(dòng)阻力系數(shù)。因此，采用高強(qiáng)力粘膠簾布、合成纖維簾布或鋼絲簾布等，均可在保證輪胎強(qiáng)度的條件下減少簾布層數(shù)。 (3)汽車行駛速度對(duì)滾動(dòng)阻力系數(shù)的影響 當(dāng)車速在100km/h以下時(shí)，滾動(dòng)阻力系數(shù)變化不大；當(dāng)車速在100

22、km/h以上時(shí)，滾動(dòng)阻力系數(shù)隨車速提高而增大較快，當(dāng)車速高到一定數(shù)值后，輪胎發(fā)生駐波現(xiàn)象，輪胎周緣不是圓形，出現(xiàn)明顯的波浪狀。滾動(dòng)阻力系數(shù)迅速增大，輪胎的溫度也迅速升高，使輪胎簾線層脫落，幾分鐘內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)爆破現(xiàn)象。 (4)輪胎氣壓對(duì)滾動(dòng)阻力系數(shù)的影響 輪胎氣壓對(duì)滾動(dòng)阻力系數(shù)的影響很大。在硬路面上行駛的汽車，輪胎氣壓低時(shí)，變形較大，滾動(dòng)時(shí)的遲滯損失增大，滾動(dòng)阻力系數(shù)相應(yīng)增大。隨著輪胎氣壓增高，硬路面上的滾動(dòng)阻力系數(shù)逐漸減小。 汽車在軟路面上行駛，氣壓低，輪胎變形大，使輪胎與地面接觸面積增大,單位面積壓力下降，地面變形小，使?jié)L動(dòng)阻力系數(shù)相應(yīng)減小。 1.2.2.2 空氣阻力 汽車直線行

23、駛時(shí)受到的空氣作用力在行駛方向上的分力，稱為空氣阻力。它分為壓力阻力和摩擦阻力兩部分。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稱為壓力阻力。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上的分力。 壓力阻力又分為四部分：形狀阻力、干擾阻力、內(nèi)循環(huán)阻力、誘導(dǎo)阻力。形狀阻力與車身主體形狀有關(guān)，流線型越好，形狀阻力越??；干擾阻力是車身表面突起物，如后視鏡、門把手、車燈等引起的阻力；發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系、車內(nèi)通風(fēng)等空氣流經(jīng)車體內(nèi)部時(shí)構(gòu)成的阻力，為內(nèi)循環(huán)阻力；誘導(dǎo)阻力是空氣升力在水平方向上的投影。 對(duì)于一般轎車，這幾部分阻力的比例大致為：形狀阻力占58%，干擾阻力占14%，內(nèi)循

24、環(huán)阻力占12%，誘導(dǎo)阻力占7%，摩擦阻力占9%。 空氣阻力中，形狀阻力占的比重最大，所以，改善車身流線形狀，是減小空氣阻力的關(guān)鍵。 空氣阻力(N)的計(jì)算公式為 (1.11) 式中 ——相對(duì)速度，在無風(fēng)時(shí)即為汽車的行駛速度(km/h)； ——迎風(fēng)面積(m2)； ——空氣阻力系數(shù)。 空氣阻力作用于由風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)得的風(fēng)帆中心，以代替分布于整個(gè)汽車表面的力。 為考查汽車造型對(duì)空氣阻力的影響，在圖1.7所示的4種車頭和4種車尾組合的轎車模型上做空氣阻力系數(shù)值的測(cè)定實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，用完全圓形的車頭C型

25、，代替擋風(fēng)玻璃傾角45階梯形車頭D型，對(duì)減小汽車空氣阻力并無明顯改善，但比較陡的擋風(fēng)玻璃(E)或垂直的擋風(fēng)玻璃(F)，使值顯著增加。 圖1.7 轎車模型的空氣阻力系數(shù) 由圖中所示Z型車尾呈細(xì)長(zhǎng)的a) 隨車型變化 b)汽車模型 空氣阻力系數(shù)值最小，但這 種造型是不實(shí)際的。車尾裝上適當(dāng)尺寸的擾流板、保險(xiǎn)杠下部或駕駛室頂部安裝適當(dāng)?shù)膶?dǎo)流板，都會(huì)減小空氣阻力系數(shù)。 為減小干擾阻力，首要的是減少車身外突起物的數(shù)量，其突起物的形狀也最好接近流線型。 1.2.2.3 坡度阻力 如圖1.8所示，當(dāng)汽車上坡行駛時(shí)，其重力沿坡道

26、斜面的分力表現(xiàn)為對(duì)汽車行駛的一種阻力，稱坡度阻力。坡度阻力(N)按下式計(jì)算： (1.12) 式中——道路坡度角()。 坡道的表示方法是用坡度，即用坡高與底長(zhǎng)之比表示： 圖1.8 汽車的上坡阻力 當(dāng)坡道角<10～15時(shí)， ，則： (1.13) 由于坡度阻力與滾動(dòng)阻力均屬與道路有關(guān)的汽車行駛阻力，故常把這兩種阻力之和稱為道路阻力(N)，即 (1.14) 令，稱為道

27、路阻力系數(shù)。 當(dāng)坡度角較小時(shí)，，，則 (1.15) 1.2.2.4 加速阻力 汽車加速行駛時(shí)，需克服其質(zhì)量的慣性，這就是加速阻力。汽車質(zhì)量分為平移質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量(飛輪、車輪等)兩部分。加速時(shí)平移質(zhì)量要產(chǎn)生慣性力，旋轉(zhuǎn)質(zhì)量要產(chǎn)生慣性力偶矩，為了便于計(jì)算，一般把旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力偶矩，轉(zhuǎn)化為平移質(zhì)量的慣性力，并以系數(shù)作為換算系數(shù)，則汽車加速時(shí)的加速阻力(N)為， (1.16) 式中——汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，(＞1), 主要與飛輪、車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，以及傳動(dòng)系的傳動(dòng)比

28、有關(guān)； ——汽車質(zhì)量，(kg)； ——汽車行駛加速度，(m/s2)。 1.3節(jié) 汽車的行駛方程式與汽車行駛條件 1.3.1 汽車行駛方程式 根據(jù)上節(jié)分析的汽車各行駛阻力，可以得到汽車的行駛方程式為 或 (1.17) 該方程式表示了驅(qū)動(dòng)力與行駛阻力的數(shù)量關(guān)系，但并未經(jīng)過周密的推導(dǎo)。本節(jié)將對(duì)汽車各部分取隔離體，進(jìn)行受力分析，以便更具體確切地說明汽車的總體受力，同時(shí)推導(dǎo)出旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)并建立汽車行駛方程式。 1.3.1.1 從動(dòng)輪在加速過程中的受力分析 圖1.9 加速時(shí)車輪的受力圖

29、 圖1.10 加速時(shí)驅(qū)動(dòng)輪的受力圖 —從動(dòng)輪上的載荷 —從動(dòng)輪的質(zhì)量 —驅(qū)動(dòng)輪上的載荷 —驅(qū)動(dòng)輪的質(zhì)量 —地面對(duì)從動(dòng)輪的法向反作用力 —地面對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的法向反作用力 —從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 —驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 —從動(dòng)軸對(duì)從動(dòng)輪的推力 —驅(qū)動(dòng)軸對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的阻力 —地面切向反作用力 —從動(dòng)輪滾動(dòng)阻力偶矩 地面切向反作用力 —從動(dòng)輪平移慣

30、性力 —驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)阻力偶矩 —繞從動(dòng)輪重心的慣性力偶 —半軸作用于驅(qū)動(dòng)輪的力矩 圖1.9為加速時(shí)從動(dòng)輪的受力圖。 根據(jù)力(力矩)平衡條件，沿水平方向各力合力為零，即 (1.18) 繞車輪中心力矩之和為零，即 由于，，則上式可寫成 (1.19) 故從動(dòng)軸對(duì)從動(dòng)輪的推力為

31、 (1.20) 可見，推動(dòng)從動(dòng)輪前進(jìn)的推力，要克服兩種阻力，即從動(dòng)輪的滾動(dòng)阻力和從動(dòng)輪的加速阻力。加速阻力又由平移質(zhì)量的加速阻力和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的加速阻力所組成。 1.3.1.2 驅(qū)動(dòng)輪在加速過程中的受力分析 圖1.10為加速時(shí)驅(qū)動(dòng)輪的受力圖。 根據(jù)平衡條件，得 令為加速過程中驅(qū)動(dòng)輪的實(shí)際驅(qū)動(dòng)力, 則 (1.21) 可見，克服三部分阻力，即由驅(qū)動(dòng)軸傳來的阻力、驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)阻力和驅(qū)動(dòng)輪的加速阻力。驅(qū)動(dòng)輪的加速阻力由平移質(zhì)量產(chǎn)生的加速阻力和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量產(chǎn)生的加速阻力所組成

32、。 加速時(shí)半軸作用于驅(qū)動(dòng)輪的力矩，是由發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的有效轉(zhuǎn)矩，克服發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)質(zhì)量(主要指飛輪)產(chǎn)生的慣性阻力矩而得到的。如果飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為，飛輪產(chǎn)生的角加速度為，則 (1.22) 而 所以 故 式中 ——飛輪加速阻力 ——汽車驅(qū)動(dòng)力。 因此 (1.23) 1.3.1.3 除從動(dòng)輪、驅(qū)動(dòng)輪以外汽車其余部分的受力分析 圖1.11為加速時(shí)除從動(dòng)輪、驅(qū)動(dòng)輪以外的汽車其余部分的受力圖。 依據(jù)力的平衡條件，得

33、 圖1.11 加速時(shí)除車輪以外的汽車部分受力圖 (1.24) 將式(1.20)和式(1.23)代人式(1.24)得 即 令旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)為，則 因此，汽車行駛方程可寫成： 若在坡道上行駛，方程式可寫成 此方程只表示各物理量之間的數(shù)量關(guān)系，這個(gè)關(guān)系式被用來進(jìn)行汽車動(dòng)力性分析，式中有些項(xiàng)并不表示作用于汽車的外力。如稱為驅(qū)動(dòng)力，但它并不是真正作用于驅(qū)

34、動(dòng)輪的地面切向反作用力，同樣，滾動(dòng)阻力也不是真正作用于汽車上的阻力，而是以滾動(dòng)阻力偶矩的形式作用于車輪上。此外，在進(jìn)行動(dòng)力性分析時(shí)，慣性力代表慣性力和慣性力矩的總效應(yīng)的一個(gè)數(shù)值。此方程經(jīng)過了嚴(yán)格的推導(dǎo)，結(jié)論是正確的。 1.3.2 汽車的行駛條件 由汽車的行駛方程得： 可見，驅(qū)動(dòng)力必須大于滾動(dòng)阻力、坡度阻力和空氣阻力后，才能加速行駛。若驅(qū)動(dòng)力小于這三個(gè)阻力之和，則汽車無法開動(dòng)，正在行駛中的汽車將減速直至停車。因此，汽車行駛的第一個(gè)條件為 (1

35、.25) 此條件為汽車行駛的驅(qū)動(dòng)條件，但它并不是汽車行駛的充分條件，實(shí)際上，驅(qū)動(dòng)力是受附著力限制的。增加發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩及增大傳動(dòng)比，可以增大驅(qū)動(dòng)力。但驅(qū)動(dòng)力達(dá)到路面可能給出的最大切向力，即附著力時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪會(huì)出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象，汽車不能前進(jìn)。 附著力是路面對(duì)驅(qū)動(dòng)輪切向反力的極限值，在硬路面上，它與驅(qū)動(dòng)輪法向反作用力成正比，即 驅(qū)動(dòng)輪地面法向反作用力與汽車的總體布置、行駛狀況及道路的坡度有關(guān)。式中為附著系數(shù)，它與路面的種類和狀況、車輪運(yùn)動(dòng)狀況、胎壓及花紋有關(guān)，行駛車速對(duì)附著系數(shù)也有影響。 在一般動(dòng)力性分析中只取附著系數(shù)的平均值，見表1.

36、2。 表1.2 輪胎與路面間的附著系數(shù) 路面 普通輪胎 高壓輪胎 干燥的瀝青或混凝土路面 潮濕的混凝土路面 潮濕的瀝青路面 碎石路面(干) 碎石路面(潮濕) 土路(干) 土路(濕) 土路(泥) 雪路(松軟) 雪路(壓實(shí)) 冰路面 0.70～0.80 0.5 0.45～0.6 0.60～0.70 0.40～0.50 0.50～0.60 0.30～0.40 0.15～0.25 0.20～0.35 0.20～0.35 0.10～0.20 0.50～0.70 0.4 0.35 0.50～0.60 0.30～0.40 0.40～0.50

37、 0.20～0.40 0.15～0.25 0.20～0.35 0.12～0.20 0.08～0.15 硬路面的接觸強(qiáng)度大，地面的堅(jiān)硬及微小的凸起物和輪胎表面的機(jī)械嚙合作用等，使輪胎與地面之間產(chǎn)生較大的附著力，故附著系數(shù)較大。潮濕的路面和微觀凸凹、被污穢、灰塵所填的路面，附著系數(shù)下降。 輪胎氣壓對(duì)附著系數(shù)有較大的影響，在干燥的硬路面上，降低輪胎的氣壓，輪胎與路面微觀不平處的嚙合面積增大，使附著系數(shù)加大。在潮濕的硬路面上，適當(dāng)提高輪胎氣壓，可以提高對(duì)路面的單位壓力，有利于擠出接觸處的水分，附著系數(shù)提高。此外，在硬路面上行駛的汽車，胎面花紋做成淺而細(xì)的形狀，可以增強(qiáng)胎面與

38、路面上微觀突起物間的嚙合作用，有利于提高附著系數(shù)。在軟路面上行駛的汽車，胎面花紋做成粗而深的花紋，可增大嵌入輪胎花紋內(nèi)的土壤的剪切斷面，達(dá)到提高附著系數(shù)的目的。輪胎花紋做成具有良好的排水功能的形狀，提高汽車在潮濕路面上的附著系數(shù)。 行駛車速對(duì)附著系數(shù)也有影響。在硬路面上，車速增加時(shí)，輪胎來不及與路面微小凸起部分很好嚙合，附著系數(shù)下降。雨天在硬路面上行駛，車速提高時(shí)，輪胎與路面間的水不易被擠出，使附著系數(shù)顯著下降。在松軟路面上行駛的汽車，由于汽車車速的提高，車輪的作用力很容易破壞土壤的結(jié)構(gòu)，造成附著系數(shù)也下降。 應(yīng)當(dāng)明確，附著力并不是汽車受到的一個(gè)力，它只是路面給車輪切向力的

39、極限值。當(dāng)?shù)孛媲邢蛄_(dá)到此值時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪將產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)，汽車不能行駛，因此，汽車行駛應(yīng)滿足的第二個(gè)條件——附著條件為(對(duì)于后輪驅(qū)動(dòng)的汽車) (1.26) 而，所以上式可近似為 或 (1.27) 式中 ——作用于所有驅(qū)動(dòng)輪上的地面法向反作用力。 聯(lián)立式(1.25)和式(1.27)得汽車行駛的驅(qū)動(dòng)與附著條件為 (1.28) 這就是汽車行駛的必要與充分條件。

40、 圖1.12為汽車加速上坡受力圖?？赏茖?dǎo)出、隨上述條件變化而變化的規(guī)律。 圖1.12 汽車加速上坡受力圖 1.4節(jié) 汽車驅(qū)動(dòng)力—行駛阻力平衡圖與動(dòng)力特性圖 1.4.1 驅(qū)動(dòng)力—行駛阻力平衡圖 前面得到汽車的行駛方程式為 或 此方程表明了汽車行駛時(shí)，驅(qū)動(dòng)力和各行駛阻力之間的平衡關(guān)系。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性、變速器傳動(dòng)比、主減速比、機(jī)械效率、車輪半徑、空氣阻力系數(shù)、汽車迎風(fēng)面積及汽車總質(zhì)量等初步確定后，便可利用此式分析汽車在良好路面（瀝青、混凝土路面）上的行駛能力，即確定節(jié)流閥全開時(shí)，汽車能達(dá)到的最高車速、加速能力和爬坡能

41、力。 為了清晰而形象地表明汽車行駛時(shí)的受力情況及其平衡關(guān)系，一般是采用汽車行駛方程式用圖解法來進(jìn)行分析的。汽車的驅(qū)動(dòng)力-行駛阻力平衡圖就是最基本的一種，將汽車行駛中經(jīng)常遇到的滾動(dòng)阻力和空氣阻力疊加后畫在驅(qū)動(dòng)力圖上，并表明該疊加量隨車速的變化關(guān)系曲線。圖1.13即為一具有五檔變速器汽車的驅(qū)動(dòng)力-行駛阻力平衡圖。 1.4.2 利用驅(qū)動(dòng)力—行駛阻力平衡圖圖解汽車動(dòng)力性指標(biāo) 利用汽車驅(qū)動(dòng)力-行駛阻力平衡圖，我們可以圖解分析汽車的各項(xiàng)動(dòng)力性指標(biāo)。 圖1.13 汽車驅(qū)動(dòng)力—行駛阻力平衡圖 1.4.2.1 最高車速 汽車的最高車速是指汽車在無風(fēng)的條件下，在水平、良好的路面

42、上，節(jié)流閥全開，變速器置于最高檔所能達(dá)到的車速。 根據(jù)汽車行駛方程 此時(shí)，，，，即驅(qū)動(dòng)力-行駛阻力平衡圖上曲線（此時(shí)為最高檔驅(qū)動(dòng)力曲線）與曲線的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的車速，就是最高車速（圖中為175km/h）。 從圖中還可以看出，當(dāng)車速低于最高車速時(shí)，驅(qū)動(dòng)力大于行駛阻力，這樣，汽車就可以利用剩下來的驅(qū)動(dòng)力加速或爬坡，或牽引掛車。當(dāng)需要在低于最高車速的某一車速(如160km/h)等速行駛時(shí)，駕駛員可以關(guān)小節(jié)流閥開度(圖中虛線)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)只用部分負(fù)荷特性工作，相應(yīng)地得到虛線所示驅(qū)動(dòng)力曲線，以使汽車達(dá)到新的平衡。 1.4.2.2 汽車的加速能力 汽車的加速能力可用它在水平良好路面上行駛時(shí)，能

43、產(chǎn)生的加速度來評(píng)價(jià)。由于加速度的數(shù)值不易測(cè)量；一般常用加速時(shí)間來表明汽車的加速能力。例如用直接檔行駛時(shí)，由最低穩(wěn)定速度加速到一定距離或80%所需時(shí)間（新車一般用0～100km/h所需的時(shí)間）。 由汽車行駛方程得： 顯然利用圖1.13，可計(jì)算得各檔的加速度曲線如圖1.14所示。有的汽車Ⅰ檔的值甚大，Ⅱ檔的加速度可能比I檔的還要大。 根據(jù)加速度圖，可以進(jìn)一步求得由某一車速加速至另一較高車速所需的時(shí)間。 由于 故 圖1.14 汽車的行駛加速度曲線 如果畫出加速度倒數(shù)隨速度變化的曲線，可用圖解積分法求出曲線下的面積，即為加速過程中的

44、加速時(shí)間。 1.4.2.3 汽車的爬坡能力 汽車的爬坡能力是用最大爬坡度來評(píng)定。最大爬坡度%是指汽車滿載時(shí)，在良好路面上以最低檔所能爬行的最大坡度。此時(shí)汽車在良好路面上克服后的力，全部用來克服坡度阻力，故，即 因此 式中，應(yīng)為，但的數(shù)值本來就較小，且，故可認(rèn)為 這樣利用圖1.13，即可求出汽車能爬上的坡道角，并相應(yīng)地求出坡度值，如圖1.15所示。其中最大爬坡度為Ⅰ檔時(shí)的最大爬坡度，直接檔最大爬坡度亦應(yīng)引起注意，因?yàn)槠嚱?jīng)常是以直接檔行駛的，如果過小，迫使汽 圖1.15 汽車爬坡度

45、圖 車在遇到較小的坡度時(shí)經(jīng)常換檔，這樣就影響了行駛的平均速度；其數(shù)值按下式求出： (1.29) 式中 ——直接檔時(shí)的最大驅(qū)動(dòng)力。 1.4.3 動(dòng)力因數(shù) 利用汽車驅(qū)動(dòng)力-行駛阻力平衡圖可以確定汽車的動(dòng)力性，但不能用來直接評(píng)價(jià)不同種類汽車的動(dòng)力性。因?yàn)榉N類不同的汽車，其質(zhì)量或外形有所不同，因此各行駛阻力也不同，也就是說即使驅(qū)動(dòng)力相近的汽車，其動(dòng)力性也不相近。所以可以預(yù)想到表征動(dòng)力性的指標(biāo)，應(yīng)該是一種既考慮驅(qū)動(dòng)力，又包含汽車自重和空氣阻力在內(nèi)的綜合性參數(shù)。將汽車行駛方程式進(jìn)行一定的變換，

46、便可找出評(píng)定汽車動(dòng)力性的參數(shù)。 (1.30) 式(1.30)的右邊是汽車行駛時(shí)的道路阻力系數(shù)及加速度與的乘積，左邊是汽車本身所具有的參數(shù)。若令為汽車的動(dòng)力因數(shù)，并以符號(hào)D表示，則 (1.31) 式(1.31)稱為汽車的動(dòng)力平衡方程。由式(1.31)可知，不論汽車自重等參數(shù)有何不同，只要有相等的動(dòng)力因數(shù)，便能克服同樣的坡度和產(chǎn)生同樣的加速度(設(shè)兩汽車的值相同)。因此，目前常把動(dòng)力因數(shù)作為

47、表征汽車動(dòng)力特性的指標(biāo)。 1.4.4 汽車的動(dòng)力特性圖及其應(yīng)用 利用-和的函數(shù)關(guān)系，根據(jù)式(1.31)計(jì)算出并作出-關(guān)系曲 線，因此，目前常把動(dòng)力因數(shù)作為表征汽車動(dòng)力特性的指標(biāo)。稱為動(dòng)力特性圖，如圖1.16所示。再將汽車滾動(dòng)阻力系數(shù)隨車速變化關(guān)系曲線，以同樣的比例尺畫在動(dòng)力特性圖上，就可以方便地分析汽車動(dòng)力特性。 1.4.4.1 最高車速 在汽車達(dá)到最高車速時(shí)，，，故汽車的動(dòng)力平衡方程式(31)變?yōu)?，即圖15 圖1.16 動(dòng)力特性圖 中高速檔動(dòng)力因數(shù)曲線與滾動(dòng)阻力系數(shù)曲線交點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的車速為最高車速。 1.4.4.2 各檔爬坡能力 在各檔爬最大

48、坡度時(shí)，加速度，動(dòng)力平衡方程式為 因此，曲線與曲線之間的距離，就是汽車各檔的爬坡能力。粗略估算時(shí)，，就是汽車的最大爬坡度。實(shí)際上,Ⅰ檔所能上的坡度一般較大，因此， ＜1，≠，故的誤差較太，此時(shí) 解此三角函數(shù)方程，求得 然后再根據(jù)換算成坡度。 1.4.4.3 加速能力 評(píng)定汽車的加速能力時(shí)，設(shè)，則動(dòng)力平衡方程為 因此，在汽車動(dòng)力特性圖上，曲線與曲線之間距離的倍；就是汽車各檔的加速度。當(dāng)求直接檔加速度時(shí)，若粗略判斷，可取，m/s2,則加速度值就是曲線

49、與曲線之間距離的10倍。 由上述可見，用動(dòng)力特性圖求解汽車的動(dòng)力性指標(biāo)十分合適和方便，在汽車的技術(shù)文件中常用動(dòng)力特性來表征汽車的動(dòng)力性。 在動(dòng)力特性圖上幾個(gè)重要參數(shù)如下： （1）汽車在水平良好路面上的最高車速。 （2） Ⅰ檔最大動(dòng)力因數(shù)。它可粗略地代表最大爬坡能力。 （3）直接檔的最大動(dòng)力因數(shù)。它說明了汽車以直接檔行駛時(shí)的爬坡與加速能力，該值對(duì)汽車行駛的平均速度有很大影響。 1.5節(jié) 汽車的功率平衡 汽車行駛時(shí)，不僅存在驅(qū)動(dòng)力與行駛阻力的平衡關(guān)系，而且也存在發(fā)動(dòng)機(jī)功率和汽車行駛的阻力功率間的平衡關(guān)系。即發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的有效功率，始終等于機(jī)械傳動(dòng)損失與全部運(yùn)動(dòng)阻力

50、所消耗的功率。 1.5.1 功率平衡方程 汽車運(yùn)動(dòng)阻力所消耗的功率，有滾動(dòng)阻力功率、空氣阻力功率、坡度阻力功率及加速阻力功率，它們的表達(dá)式為 功率平衡方程為 即 當(dāng)較小時(shí)，，，上式可寫成 1.5.2 功率平衡圖及其應(yīng)用 汽車的功率平衡關(guān)系也可以用圖解法表示。以縱坐標(biāo)表示功率，橫坐標(biāo)表示車速，將發(fā) 動(dòng)機(jī)功率、汽車經(jīng)常遇到的阻力功率，對(duì)應(yīng)于車速的關(guān)系曲線繪在坐標(biāo)圖上，即得到如圖1.17所示功率平衡圖。 可見由于發(fā)動(dòng)機(jī)功率隨車速的變化，實(shí)際上是隨轉(zhuǎn)速的變化，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

51、在各檔位對(duì)應(yīng)的行駛車速不同，因此得出圖示的各檔功率與行駛車速的關(guān)系曲線。 在低速范圍內(nèi)為一直線，在高速時(shí)由于是的一次函數(shù)，是的二次函數(shù)；而 圖1.17 汽車功率平衡圖 則是的三次函數(shù)。兩者疊加后，阻力功率曲線是一條斜率越來越大的曲線。它與檔位無關(guān)，只與車速有關(guān)，所以高速時(shí)，汽車主要克服空氣阻力而消耗功率。 1.5.2.1 最高車速 汽車達(dá)最高車速時(shí)，，，則 即功率平衡圖中，發(fā)動(dòng)機(jī)功率曲線(直接檔)與阻力功率曲線的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的車速，稍大于最高檔時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率對(duì)應(yīng)的車速。 1.5.2.2 加速能力 評(píng)價(jià)加速能力時(shí)，，則

52、 所以，不同車速時(shí)的加速度為 1.5.2.3 上坡能力 評(píng)價(jià)汽車上坡能力時(shí)，，粗略計(jì)算求出汽車的爬坡度為 功率平衡圖上，各檔功率曲線表示汽車在該檔上，不同車速時(shí)可能發(fā)出的功率。總阻力功率曲線表示在平直良好路上，以不同車速等速行駛時(shí)所需要的功率。兩者間的功率差值為后備功率，它可以用來使汽車加速、爬坡等。 利用功率平衡的方法求解動(dòng)力性問題顯得麻煩。但汽車的速度越高，遇到阻力越大，克服阻力所消耗的功率就越大，因此，功率平衡是從能量轉(zhuǎn)換角度研究汽車動(dòng)力性的。利用功率平衡，還可以研究行駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率，即一定工況下，克服阻力所需發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出功率

53、和該工況下發(fā)動(dòng)機(jī)能夠發(fā)出的最大功率的比值，以便研究經(jīng)濟(jì)性問題。 1.6 節(jié) 影響汽車動(dòng)力性的主要因素 1.6.1發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的影響 1.6.1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率的影響 發(fā)動(dòng)機(jī)功率愈大，汽車的動(dòng)力性愈好。設(shè)計(jì)中發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率的選擇必須保證汽車預(yù)期的最高車速。最高車速愈高，要求的發(fā)動(dòng)機(jī)功率愈大，其后備功率也大，加速和爬坡能力必然較好。但發(fā)動(dòng)機(jī)功率不宜過大，否則在常用條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷率過低，油耗增加。 單位汽車重力所具有的發(fā)動(dòng)機(jī)功率稱為比功率或功率利用系數(shù)。比功率和汽車的類型有關(guān)?？傊亓?9kN(5t)的貨車其比功率在較小范圍內(nèi)變化，一般在75kW/kN以上。轎車和總重力小于39

54、.2kN的貨車比功率較大，動(dòng)力性很好。重型自卸汽車速度低，比功率較小。 1.6.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩 發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩大，在、一定時(shí)，最大動(dòng)力因數(shù)較大，汽車的加速和上坡能力也強(qiáng)。 1.6.1.3 發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線的形狀 兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性曲線形狀不同，但其最大功率和相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速可能相等。假定汽車的總質(zhì)量、流線型、傳動(dòng)比均為已知，為了便于比較，并假定總阻力功率曲線與兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)功率曲線交于最大功率點(diǎn)，后備功率較大的外特性曲線所代表的汽車具有較大的加速能力和上坡能力，因而動(dòng)力性能較好。同時(shí)使汽車具有較低的臨界車速，換檔次數(shù)可以減少，因而有利于提高汽車的平均行駛速度。 1.6.2 主減速器

55、傳動(dòng)比的影響 傳動(dòng)系總傳動(dòng)比是傳動(dòng)系各部件傳動(dòng)比的乘積。普通汽車上沒有分動(dòng)器和副變速器，如果變速器的最高檔是直接檔，減速器傳動(dòng)比對(duì)汽車動(dòng)力性的影響，可利用汽車在直接檔行駛時(shí)的功率平衡圖來分析。 主減速器的傳動(dòng)比不同，汽車功率平衡圖上發(fā)動(dòng)機(jī)功率曲線的位置不同，與水平路面行駛阻力功率曲線的交點(diǎn)所確定的最高車速不同。當(dāng)阻力功率曲線正好與發(fā)動(dòng)機(jī)功率曲線交在其最大功率點(diǎn)上，此時(shí)所得的最高車速最大，，為發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率時(shí)的車速。因此，主減速器的傳動(dòng)比應(yīng)選擇到汽車的最高車速相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率時(shí)的車速，這時(shí)最高車速最大。 主減速器的傳動(dòng)比不同，汽車的后備功率也不同。增大，發(fā)動(dòng)機(jī)功率曲線左移，汽車的后備功

56、率增大，動(dòng)力性加強(qiáng)，但燃油經(jīng)濟(jì)性較差。減小，發(fā)動(dòng)機(jī)功率曲線右移，汽車的后備功率較小，但發(fā)動(dòng)機(jī)功率利用率高，燃油經(jīng)濟(jì)性較好。 1.6.3 傳動(dòng)系檔數(shù)的影響 無副變速器和分動(dòng)器時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)系檔數(shù)即為變速器前進(jìn)檔的檔數(shù)。變速器檔數(shù)增加時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)在接近最大功率工況下工作的機(jī)會(huì)增加，發(fā)動(dòng)機(jī)的平均功率利用率高，后備功率增大。有利于汽車加速和上坡，提高了汽車中速行駛時(shí)的動(dòng)力性。檔數(shù)多，可選用最合適的檔位行駛，發(fā)動(dòng)機(jī)有可能在大功率工況下工作。使功率利用的平均值增大。 檔數(shù)的多少還影響到檔與檔間傳動(dòng)比的比值。比值過大時(shí)會(huì)造成換檔困難。一般認(rèn)為比 值不宜大過1.7～1.8。因此變速器頭檔傳動(dòng)

57、比越大，檔數(shù)也應(yīng)越多。 各種汽車變速器檔數(shù)有大致的規(guī)律。貨車變速器檔數(shù)隨整車整備質(zhì)暈的增加而增多?？傎|(zhì)量3.5t以下輕犁貨車絕大多數(shù)采用四檔變速器。總質(zhì)量3.5～10t的汽車80%用五檔變速器?？傎|(zhì)量14t以上的汽車85%帶有副變速器，采用8、10、12個(gè)或更多檔。越野車總質(zhì)量在3.5t以下的多采用四檔變速器和兩檔分動(dòng)器。3.5t以上的采用五檔或六檔變速器和兩檔分動(dòng)器。轎車現(xiàn)在越來越多的采用五檔變速器。顯然，檔數(shù)多于五檔會(huì)使結(jié)構(gòu)和操縱變得大為復(fù)雜。 1.6.4汽車外形的影響 汽車的外形影響汽車的空氣阻力系數(shù)，對(duì)汽車動(dòng)力性也有影響。因?yàn)榭諝庾枇蛙囁倨椒匠烧龋朔諝庾枇λ牡墓β屎蛙?/p>

58、速的立方成正比，因此汽車的外形是否是流線型對(duì)汽車的最高車速影響很大。流線型外形對(duì)高速汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性影響十分顯著。但對(duì)汽車的爬坡能力和低速時(shí)的加速性能影響不大。 1.6.5 汽車質(zhì)量的影響 汽車在使用中，其總質(zhì)量隨載運(yùn)貨物和乘客的多少而變化。尤其是載貨汽車拖帶掛車時(shí)，總質(zhì)量的變化更大，汽車質(zhì)量對(duì)其動(dòng)力性有很大影響。 汽車總質(zhì)量增加時(shí)，動(dòng)力因數(shù)將隨之下降，而道路阻力和加速阻力隨之增大。故汽車的動(dòng)力性將隨汽車總質(zhì)量的增加而變差，汽車的最高行駛速度和上坡能力也下降。 汽車的自身質(zhì)量對(duì)汽車動(dòng)力性影響也大，對(duì)于具有相同額定載重量的不同車型，其自身質(zhì)量較輕的總質(zhì)量也較輕，因而動(dòng)力性也較

59、好。因此，對(duì)于額定載重質(zhì)量一定的汽車，在保證剛度與強(qiáng)度足夠的前提下，盡量減輕自身質(zhì)量，可以提高汽車的動(dòng)力性。 采用拖掛運(yùn)輸可以提高運(yùn)輸生產(chǎn)率，現(xiàn)在已被世界各國(guó)廣泛采用。汽車拖帶掛車或牽引車拖帶半掛車組成的汽車列車，其自身質(zhì)量相過較小(與同樣載重質(zhì)量的汽車相比)，同時(shí)可充分利用汽車的后備功率。因此，拖掛運(yùn)輸對(duì)提高運(yùn)輸效率和降低運(yùn)輸成本都有利。 1.6.6 輪胎尺寸與型式的影響 汽車的驅(qū)動(dòng)力與滾動(dòng)阻力以及附著力都受輪胎的尺寸與型式的影響，故輪胎的選用與汽 車的動(dòng)力性的關(guān)系十分密切。 汽車的驅(qū)動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)輪的半徑成反比，汽車的行駛速度與驅(qū)動(dòng)輪半徑成正比。但一般車輪半徑是根據(jù)汽

60、車類型選定。輪胎花紋對(duì)附著性能有顯著影響。因而合理選用輪胎花紋與型 式對(duì)汽車的動(dòng)力性有重要意義。 1.6.7汽車運(yùn)行條件的影響 運(yùn)行條件對(duì)汽車動(dòng)力性影響的主要因素有：氣候條件、高原山區(qū)、道路條件。 在我國(guó)南方行駛的車輛，由于氣溫高，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系散熱不良，容易過熱和降低發(fā)動(dòng)機(jī) 功率。試驗(yàn)指出汽車長(zhǎng)時(shí)間在高氣溫環(huán)境下工作后，發(fā)動(dòng)機(jī)功率只能發(fā)揮30%～45%。 在高原地區(qū)行駛的車輛，由于海拔較高，空氣稀薄(氣壓和空氣密度下降)，使發(fā)動(dòng)機(jī) 充氣量與氣缸內(nèi)壓縮終點(diǎn)壓力降低，因而使發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降。 汽車在使用過程中，道路條件不斷地變化。有時(shí)行駛在壞路(雨季翻漿土路、冬季冰雪路和

61、覆蓋砂土路)和無路(松軟土路、草地和灌木林等地帶)的條件下，在這種情況下行駛，由于路面的附著系數(shù)減小和車輪滾動(dòng)阻力增加，因而使汽車動(dòng)力性能大大下降。 1.7節(jié) 汽車動(dòng)力性試驗(yàn) 汽車動(dòng)力性試驗(yàn)包括動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)（最高車速、加速時(shí)間、最大爬坡度）、驅(qū)動(dòng)力、行駛阻力及附著力的測(cè)量。動(dòng)力性試驗(yàn)可在道路上和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。道路試驗(yàn)主要是測(cè)定最高車速、加速能力、最大爬坡度等評(píng)價(jià)指標(biāo)。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)可測(cè)量汽車的驅(qū)動(dòng)力和各種阻力。1.7.1 道路試驗(yàn) 道路試驗(yàn)應(yīng)在混凝土或?yàn)r青路面的直線路段上進(jìn)行。路面要求平整、干燥、清潔、坡度不大于0.1%。試驗(yàn)時(shí)，大氣溫度應(yīng)在-10～30℃之間，風(fēng)速不大于3m/s。

62、 道路試驗(yàn)測(cè)試項(xiàng)目有： 1.7.1.1 最高車速 汽車在試驗(yàn)道路上行駛，達(dá)到最高車速后，測(cè)定汽車通過1km路段所需要的時(shí)間，計(jì)算出值。通過的時(shí)間用光電測(cè)時(shí)儀或秒表來測(cè)定。 1.7.1.2 加速時(shí)間 原地起步加速時(shí)間測(cè)定，汽車用Ⅰ檔起步，節(jié)流閥開度開至最大，按最佳換檔時(shí)機(jī)，以最大的加速強(qiáng)度逐步換至高檔，全力加速至100km/h的加速過程所需時(shí)間。也有用原地起步加速行駛400m所需的時(shí)間來表明汽車的加速性能。 超車加速時(shí)間測(cè)定，汽車在最高檔工作，節(jié)流閥開至最大，由30km/h加速至0.8的加速過程所需時(shí)間。 加速過程可采用車速測(cè)量?jī)x，并配合磁帶記錄儀及X-Y記錄儀，直接繪制

63、出速度—時(shí)間和速度—行程曲線。不與地面接觸的車速測(cè)量?jī)x是利用光電原理和跟蹤濾波技術(shù)，將車輛的行駛速度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)頻率來測(cè)量汽車車速，安裝方便，測(cè)量精度高，適用于高車速測(cè)量，最高測(cè)量速度可達(dá)250km/h，但在低車速時(shí)測(cè)量誤差大。加速過程也可以采用數(shù)字式電子裝置五輪儀來測(cè)定，但用五輪儀進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，由于道路不平使第五輪產(chǎn)生跳動(dòng)和側(cè)滑，影響測(cè)量精度。 8.7.1.3 最大爬坡度 測(cè)量汽車的最大爬坡度，應(yīng)有一系列不同坡度的坡道，坡道長(zhǎng)度應(yīng)大于汽車長(zhǎng)度的2～3倍。試驗(yàn)時(shí)，汽車接上最低檔，以最低速度駛至坡前，然后迅速將節(jié)流閥開至最大，駛上坡道。汽車所能爬上的最陡坡道的坡度，就是汽車的最大爬坡度。如

64、果沒有合適的坡度，坡度過大或過小，可以采用增減負(fù)荷或變換排檔的方法，折算出最大爬坡度。 式中 ——換算后的爬坡度； ——試驗(yàn)時(shí)實(shí)際爬坡度； ——汽車最大總質(zhì)量的重力； ——試驗(yàn)時(shí)的汽車重力； ——變速器Ⅰ檔傳動(dòng)比； ——試驗(yàn)時(shí)變速器所用檔位的傳動(dòng)比。 8.7.1.4 汽車滾動(dòng)阻力與空氣阻力 圖1.18 滑行過程中的曲線與曲線 汽車的滾動(dòng)阻力與空氣阻力可以用滑行試驗(yàn)來測(cè)定?；性囼?yàn)是汽車加速至某一預(yù)定速度，然后摘檔脫開發(fā)動(dòng)機(jī)，汽車滑行，直至停車。試驗(yàn)時(shí)，記錄滑行過程中的速度與時(shí)間的關(guān)系曲線，通過計(jì)算可以得到減速度與車速的關(guān)系曲線（圖1.18

65、）。 滑行時(shí)汽車的滾動(dòng)阻力與空氣阻力之和為 式中 ——滑行時(shí)傳動(dòng)系加于驅(qū)動(dòng)輪的摩擦阻力矩。 若已知，則根據(jù)一定車速下的減速度值，便能確定在該車速下的與之和。由于低速時(shí)空氣阻力小，所以可利用低速時(shí)的減速度值，不計(jì)空氣阻力，直接求出低速時(shí)的滾動(dòng)阻力。 輪胎的滾動(dòng)阻力也常用裝有測(cè)力傳感器的輪胎試驗(yàn)拖車來測(cè)量。地面與輪胎間的附著系數(shù)，用裝有制動(dòng)器或能驅(qū)動(dòng)輪胎的試驗(yàn)拖車進(jìn)行實(shí)地測(cè)量。 8.7.2 室內(nèi)試驗(yàn) 室內(nèi)的動(dòng)力性試驗(yàn)主要是驅(qū)動(dòng)力的測(cè)量，傳動(dòng)系機(jī)械效率、輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)及汽車空氣阻力系數(shù)的測(cè)定等。實(shí)驗(yàn)室常用的試驗(yàn)設(shè)備有： 8.7.2.1 汽車測(cè)功機(jī) 圖1.19

66、 汽車測(cè)功機(jī)——轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái) 汽車的驅(qū)動(dòng)力由汽車測(cè)功機(jī)（也稱為轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)）來測(cè)量。通常有單鼓式和雙鼓式兩種測(cè)功機(jī)，圖1.19是一種單鼓式的汽車測(cè)功機(jī)。試驗(yàn)汽車的驅(qū)動(dòng)輪放在轉(zhuǎn)鼓上，驅(qū)動(dòng)輪的中心應(yīng)與轉(zhuǎn)鼓的中心在同一垂直平面內(nèi)。轉(zhuǎn)鼓軸端部裝有液力測(cè)功器或電力測(cè)功器。測(cè)功器能產(chǎn)生一定的阻力矩并能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速，也就相當(dāng)于調(diào)節(jié)汽車的車速。由測(cè)力裝置可以測(cè)出施加于轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)矩值 式中 ——由拉力表測(cè)出的作用于測(cè)功器外殼長(zhǎng)臂上的拉力； ——測(cè)功器外殼長(zhǎng)臂上的長(zhǎng)度。 試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)用鋼絲繩拉住試驗(yàn)汽車。并在鋼絲繩中裝上拉力表，表上可讀出汽車的掛鉤拉力，而 根據(jù)汽車驅(qū)動(dòng)輪和轉(zhuǎn)鼓的力矩平衡，有 由此可得驅(qū)動(dòng)輪上的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為 故汽車的驅(qū)動(dòng)力為 在各檔位、各種車速下測(cè)得的節(jié)流閥全開時(shí)的和值，既能得到表征汽車動(dòng)力性的驅(qū)動(dòng)力圖。 為了在實(shí)驗(yàn)室能直接測(cè)量汽車的加速性能，汽車測(cè)功機(jī)裝有由電子調(diào)節(jié)器控制電子測(cè)功機(jī)負(fù)荷的裝置，可以模擬加速過程中的全部阻力——滾動(dòng)阻力、空氣阻力和