1、2022-8-142022-8-14汽车运用基础汽车主要性能汽车的环保性和安全性汽车运行材料及合理使用汽车在特殊条件下的使用汽车在特殊条件下的使用第一章第二章第三章第四章第五章第五章第六章第六章第七章第八章汽车技术管理汽车性能试验电动汽车的运用技术电动汽车的运用技术汽车动力性汽车燃料经济性汽车制动性汽车操纵稳定性汽车行驶平顺性第一节第二节第三节第四节第五节汽车通过性第六节 汽车的动力性、经济性、制动性、操纵稳定性、行驶平顺性以及通过性作为汽车的主要性能够反映了汽车技术水平的高低。合理利用或改善汽车的使用性能，可以充分发挥汽车的功能够提高汽车运输生产率和降低运输成本。汽车动力性是指汽车以最大可能
2、的平均行驶速度运送货物或乘客的能力。汽车作为一 种高效率的运输工具，其运输效率的高低在很大程度上取决于汽车的动力性。因此，汽车动 力性是汽车各种使用性能中最基本、最重要的一种性能。第一节、汽车动力性 从获得尽可能高的汽车平均行驶速度的观点出发，汽车的动力性可由汽车最高车速、汽车加速时间和汽车最大爬坡度等指标来评价。提高汽车的平均行驶速度，可提高汽车的运输生产率。汽车的最高车速是指汽车在风速不大于/的条件下，在干燥、清洁、平直的良好路面(混凝土或沥青路面)上满载行驶所能达到的最高行驶速度(/)。汽车最高车速对长途 运输车辆的平均行驶速度影响最大。随着汽车制造业水平的提高，汽车最高车速有增加的趋势
3、。第一节、汽车动力性一、汽车动力性评价指标 1.最高车速微型（经济型）轿车（发动排量/L1.0）奥拓 0.8 120km/h 吉利 1.0 120km/h 夏利 1.0 137km/h 奇瑞QQ 0.8 130km/h 普及（紧凑）型轿车（1.0发动排量/L 1.6）吉利 1.3 155km/h 夏利 1.3 165km/h 羚羊 1.3 168km/h 西耶那 1.5 168km/h 赛欧 1.6 165km/h 波罗 1.4 172km/h 富康 1.6 180km/h 捷达 1.6 170km/h 飞度 1.3手动 165km/h 飞度 1.3CVT 160km/h 飞度 1.5手动 1
4、80km/h 飞度 1.5CVT 175km/h第一节、汽车动力性1.最高车速一、汽车动力性评价指标 中高级轿车2.5发动机排量/L4.0凯迪拉克赛威 2.8 201km/h奥迪A6L 2.8 235km/h宝马530i 250km/h奔驰E 280 250km/h中级轿车（1.6发动机排量/L2.5）普桑 1.8 150km/h桑塔纳3000 1.8 185km/h宝来 1.8手动 206km/h宝来 1.8T手动 221km/h宝马318i 214km/h蒙迪欧 2.0 205km/h本田雅阁 2.0 197km/h本田雅阁 2.4 219km/h奥迪A4 1.8T 220km/h奥迪A4
5、 2.0 230km/h高级轿车红旗CA7460 185km/h奔驰S600(5.8L)250km/h宝马760 250km/h宾利雅致(6.8L)270km/h迈巴赫(5.5L)250km/h劳斯莱斯幻影(6.7L)240km/h第一节、汽车动力性1.最高车速一、汽车动力性评价指标 汽车加速时间表示汽车的加速能力。它对平均行驶车速有着很大影响。汽车加速时间是指汽车在风速不大于 3m/s的条件下，在干燥、清洁、平直的良好路面上，满载时由某一低 速加速到某一高速所需的时间()。常用原地起步加速时间和超车加速时间来表示汽车的加速能力。原地起步加速时间是指汽车由1挡或2挡起步，并以最大的加速强度，选
6、择恰当的换挡时机逐步换至最高挡后到某一预定车速所需的时间。一般常用0100km/h的秒数来表明汽车原地起步加速能力。原地起步加速时间越短，则使用低速挡的时间就越短。汽车平均行驶速度就越高，这对市区运输车辆有较大的影响。超车加速时间是指用最高挡或次高挡由30km/h 或40km/全力加速行驶至某一高速所需的时间。第一节、汽车动力性一、汽车动力性评价指标2.加速时间 汽车上坡能力用汽车最大爬坡度 来表示。最大爬坡度 是指汽车在良好的路面上满载等速行驶所能通过的最大坡度。显然，它就是汽车最低挡时的最大爬坡度。汽车的类型不同，则对最大爬坡度的要求也不同。由于货车在各种路面上行驶，故要求具有较高的爬坡能
7、力，一般货车的 在30左右。而越野车由于经常在差路或无路条件下行驶，故应有更高的爬坡能力，通常越野车的最大爬坡度在60左右。轿车通常在较好路面上行驶，一般 不强调其爬坡能力，但由于轿车第挡的加速能力大，故轿车的爬坡能力也较强。汽车最大爬坡度对于在山区行驶车辆的平均行驶速度有很大的影响。maxi第一节、汽车动力性一、汽车动力性评价指标3.最大爬坡度 m aximaxi 欲使停止的汽车开始行驶，必须有与行驶方向相同的驱动力作用于汽车上。驱动力用 来克服汽车行驶中的各种阻力，使汽车产生运动。若要汽车正常行驶，则必须满足汽车行驶的驱动与附着条件。汽车驱动力是指汽车行驶时，由地面提供给驱动轮的克服各种行
8、驶阻力推动汽车前进的作用力。汽车驱动力产生原理如图2-1所示，汽车行驶时，发动机的输出转矩经由传动系统的离合器、变速器、传动轴、主减速器施加一个驱动力矩 至驱动轮上，力图使驱动轮旋转。tT第一节、汽车动力性二、汽车行驶原理.汽车驱动力及驱动力图 当驱动轮转动时，在轮胎与地面接触点，车轮对地面施加一个向后的切向作用力 。与 此同时，路面对车轮也施加了一个数值相等、方向与汽车行驶方向相同的切向反作用力 ，就是推动汽车行驶的驱动力。驱动力的数值与发动机的转矩、传动系统的参数和车轮滚动半径有关，其大小为:（2-1）tFtFtq g 0tttT i iTFrr 不同类型的汽车，其传动系统也各有所异。对于
9、装有分动器、轮边减速器、液力传动等装置的汽车，式(2-1)应计入相应的传动比和机械效率。第一节、汽车动力性二、汽车行驶原理.汽车驱动力及驱动力图 TtF0Ftrtq g0TtT i iFrrTFttttq g0TTT i iuaTt驱动力矩；Ttq 发动机转矩；ig变速器传动比；i0主减速器传动比；T传动系的机械效率。第一节、汽车动力性二、汽车行驶原理.汽车驱动力及驱动力图 一般用驱动力与车速之间的函数关系曲线 来全面表示汽车的驱动力，称为汽车驱动力图。汽车驱动力图直观地显示变速器处于各挡位时，驱动力随车速变化的规律。在发动机外特性曲线、传动系统的传动比、传动系统的机械效率、车轮半径等参数已知
10、或确定后，首先通过式(2-1)求出汽车变速器处于各挡位、不同发动机转速时的驱动力 值，再根据发动机转速 与汽车行驶速度 之间的转换关系:(2-2）求出各发动机转速 和在变速器处于不同挡位时的车速 ，即可求得各个挡位的 -曲 线，即汽车驱动力图。图2-2是挡汽车的驱动力图。tFaVtFaVn0ga377.0iirnu naVtFaV第一节、汽车动力性二、汽车行驶原理.汽车驱动力及驱动力图 图2-2是汽车装有普通变速器时的驱动力图。如果汽车装有液力变矩器，计算汽车驱动 力图时则需考虑液力变矩器的无因次特性(图2-3)及液力变矩器的输出特性(图2-4)，并利用该输出特性和式(2-3)，就可求出汽车的
11、动力特性图(图2-5)。，（2-3）式中：为液力变矩器后面传动装置的传动比；为液力变矩器后面传动装置的传动效率。Ta0.377rnuiriTFTTt iT第一节、汽车动力性二、汽车行驶原理.汽车驱动力及驱动力图 图2-2 5挡汽车的驱动力图 图2-3 综合式透过性液力变矩器 的 无 因 次特性 图2-4 综合式透过性液力 图2-5 装有液力变矩器汽车的驱动图 变矩器的输出特性第一节、汽车动力性二、汽车行驶原理.汽车驱动力及驱动力图 汽车行驶过程中，阻止汽车前进的阻力有滚动阻力、空气阻力、坡度阻力和加速阻力，这些阻力合称为汽车行驶阻力。)滚动阻力 滚动阻力是指车轮在路面滚动时，轮胎与路面之间的相
12、互作用和相应变形所产生的阻力。它主要由轮胎与路面变形所产生的能量损失引起。弹性车轮在硬路面上滚动时，路面的变形很小，轮胎的变形是主要的。轮胎的弹性迟滞损失是产生滚动阻力的根本原因。车轮在沿松软路面(如松软土路、沙地、雪地等)滚动时，轮胎的变形较小，而路面的变形较大。路面变形引起的能量损失占主导地位。此外，轮胎与路面存在纵向、横向的局部滑移以及汽车减振系统和车轮轴承内部都存在着摩擦。车轮在 滚动时产生的这些变形和摩擦都要消耗发动机一定的动力，因而形成滚动阻力。第一节、汽车动力性二、汽车行驶原理.汽车行驶阻力 汽车滚动阻力是以滚动阻力力偶矩表现出来的。从动轮在硬路面上滚动时的受力情况如图-所示。欲
13、使从动轮在硬路面上等速滚动，必须在车轮中心施加一个推力 。它与 地面切向反作用力构成一个力偶矩来克服上述滚动阻力力偶矩。由力矩平衡得:（2-4)故 （2-5)若令 ，且考虑到 与 大小相等，常将式（2-4）和式（2-5）写作：或 （2-6）式中:滚动阻力系数 1pFf1pTrFraFrTFzf1pafrzFWfWF1pWFf1pf第一节、汽车动力性二、汽车行驶原理.汽车行驶阻力 可见，滚动阻力系数是车轮在一定条件下滚动时所需推力与车轮负荷之比，即单位汽车 重力所需推力。换而言之，滚动阻力等于滚动阻力系数与车轮负荷之乘积。且 这样，在分析汽车行驶阻力时，不必具体考虑车轮滚动时所受到的滚动阻力力偶
14、矩，而只要知道滚动阻力系数就可求出滚动阻力(当然，滚动阻力无法在真正的受力图上表现出来，它只是一个数值)。这将有利于动力性分析的简化。图-7是驱动轮在硬路面上等速滚动时的受力图，图中 为驱动力矩 所引起的道路 对车轮的切向反作用力。为驱动轴作用于车轮的水平力。法向反作用力 也由于轮胎迟滞现象而使其作用点向前移动了一个距离 ，即在驱动轮上也作用有滚动阻力力偶矩 。fWFfrTFff2xFtTp2FzFafT第一节、汽车动力性二、汽车行驶原理.汽车行驶阻力 aunWp1F1XFarZFauWp2F2XFZFtTar图2-6 从动轮在硬路面上 图2-7 驱动轮在硬路面上等速滚 滚动时的受力情况 动时
15、的受力图 由平衡条件，得:（2-8）（2-9)ft2XTTrFftft2XFFrTrTF第一节、汽车动力性二、汽车行驶原理.汽车行驶阻力 对照图2-1可知，图2-1没有考虑车轮滚动阻力而求得驱动力 。由式(2-9)可知，真 正作用在驱动轮上驱动汽车行驶的力为地面切向反作用力 。它的数值为驱动力 减去驱动轮上的滚动阻力 。所以，图2-1只是一种定义，和滚动阻力一样，在受力图上驱动力是画不出来的。滚动阻力系数一般由汽车道路试验确定。滚动阻力系数的大小与路面的种类、行驶车 速以及轮胎的构造、材料、胎压等有关。表2-1给出了汽车在不同路面上以中、低速行驶时 滚动阻力系数的大致数值。行驶车速对滚动阻力系
16、数有很大影响。货车及轿车轮胎在车速低于100k/时，滚动阻力系数随车速增加而逐渐增大但变化不大。轿车轮胎在140k/以上时增长较快，车速 达到某一临界车速(如200k/)时，滚动阻力系数迅速增大，此时轮胎发生驻波现象，轮胎、周缘不再是圆形而呈明显的波浪状，轮胎温度也很快增加到100以上。胎面与轮胎帘布层脱落，几分钟内就会出现爆破现象。这对高速行车是一件很危险的事情。tFx2FtFfF第一节、汽车动力性二、汽车行驶原理.汽车行驶阻力 滚动阻力系数 的数值 表2-1 f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
17、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0.0150.030压紧的雪道压紧的雪道0.0300.050第一节、汽车动力性二、汽车行驶原理.汽车行驶阻力 轮胎的结构、帘线和橡胶的品种对滚动阻力都有影响。子午线轮胎的滚动阻力系数较低。轮胎充气压力对 值有
18、很大影响，气压降低时 值迅速增加。这是因为气压降低时，滚动的轮胎变形大，迟滞损失增加。径向载荷对滚动阻力系数的影响很小，可以用经验公式，大致估算在良好路面上滚动阻力系数的数值。例如，有人推荐轿车轮胎的滚动阻力系数可用式(2-10)估算:（2-10）式中，值，良好沥青或混凝土路面为0.014，卵石路面为0.025，砂石路面为0.020。货车轮胎气压高，推荐用式(2-11)计算滚动阻力系数:（2-11）ff194002a0uff0fa000056.00076.0uf第一节、汽车动力性二、汽车行驶原理.汽车行驶阻力 2)空气阻力 汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力称为空气阻力。空气阻力
19、分为 压力阻力与摩擦阻力两部分。作用在汽车外形表面上的法向压力的合力在行驶方向的分力称为压力阻力。摩擦阻力是由于空气的黏性在车身表面产生的切向力的合力在行驶方向的分力。压力阻力又分为四部分:形状阻力、干扰阻力、内循环阻力和诱导阻力。形状阻力占 压力阻力的大部分，与车身主体形状有很大关系；干扰阻力是车身表面凸起物如后视镜、门 把、引水槽、悬架导向杆、驱动轴等引起的阻力；发动机冷却系统、车身通风等所需空气流经 车体内部时构成的阻力即为内循环阻力；诱导阻力是空气升力在水平方向的投影。在轿车中，这几部分阻力的大致比例为：形状阻力占58%，干扰阻力占14%，内循环阻 力占12%，诱导阻力占7%，摩擦阻力
20、占9%。第一节、汽车动力性二、汽车行驶原理.汽车行驶阻力 CD空气阻力系数；A迎风面积；ur相对速度；空气密度。汽车空气阻力的数值通常都总结成与气流相对速度的动压力成正比的形式，即:（2-12）2rD21uACFw 如汽车行驶速度 单位为/，则空气阻力 (单位为)为:（2-13）wFaV15.212aDWuACF第一节、汽车动力性二、汽车行驶原理.汽车行驶阻力 式(2-13)表明，空气阻力是与 及 值成正比的。值受到乘坐使用空间的限制不易 进一步减少，所以降低 值是降低空气阻力的主要手段。20世纪50-70年代，轿车 值维持在0.4-0.6。但在20世纪70年代“世界能源危机”后，为了进一步降
21、低燃料消耗，各国都致力于设法降低 值，在20世纪90年代 值已减小到0.25-0.40。目前，对货车与半挂车的空气阻力也很重视，半挂车的牵引车驾驶室上已装用导流板等 装置，以减小空气阻力、节约燃料。值得指出的是，汽车的 值实际上随着车身的离地距离、俯仰角以及侧向风的大小而变化。一般应给出额定载荷下（如轿车为半载）、无侧向风时的空气阻力系 值。DCDCDCDCDCAA第一节、汽车动力性二、汽车行驶原理.汽车行驶阻力 DCDC 3）加速阻力 当汽车上坡行驶时，如图2-8所示，汽车重力沿波道的分力表现为汽车坡度阻力 ，即：（2-14）式中：作用于汽车上的重力，N。道路坡度以坡高和底长之比来表示，即：
22、(2-15）iFsiniGF Gtan/Shi 根据我国的公路工程技术标准，平原微丘区1级路面最大坡度为4%，山岭重丘区1级路面最大坡度为9%。所以在一般路面上坡度较小，此时：（2-16）故：（2-17）itansinGiGGFtansini图2-8 汽车的坡道阻力第一节、汽车动力性二、汽车行驶原理.汽车行驶阻力 F 由于坡度阻力与滚动阻力均属于与道路有关的阻力，而且均与汽车重力成正比，故可把这两种阻力合在一起称为道路阻力，以 表示，即：(2-18)当 不大时，。则：(2-19)令 ，称为道路阻力系数，则：(2-20)cos1itansin()FGfGiG fifiFG第一节、汽车动力性cos
23、sinfiFFFGfG二、汽车行驶原理.汽车行驶阻力 4）加速阻力 汽车加速行驶时，需要克服其质量加速运动时的惯性力，就是加速阻力 。汽车的质量分为平移质量和旋转质量两部分。加速时不仅平移质量产生惯性力，旋转质量也要产生惯性力偶矩。为方便便于计算，一般把旋转质量的惯性力偶矩转化为平移质量的惯性力，并以系数 作为计入旋转质量惯性力偶矩后的汽车质量换算系数。因而汽车加速阻力（单位为N）可写作：（2-21）主要与飞轮转动惯量、车轮的转动惯量以及传动系的传动比有关。汽车旋转质量换算系数的定义可写成（2-22）（2-22）jFdtdujmFjjj/)(FFF第一节、汽车动力性二、汽车行驶原理.汽车行驶阻
24、力 如果以 和 分别表示发动机飞轮的转动惯量与所有车轮的转动惯量之和，和 分别表示发动机飞轮和车轮的角加速度，则汽车加速时，发动机飞轮和全部车轮产生的惯性力偶矩分别为 与 ，它们转化到车轮边缘的力之和为:（2-23）由于:（2-24）则：（2-25）注意到 ，由此可求出汽车旋转质量换算系数：（2-26）wIfIfwffIwwIrIiiIF/)wwT0gffj（0gwfiidtdu1wrdtdu)(wT202gfjrIiiIFdtdujmF2T202gf2wjj111/1riiImrImFF第一节、汽车动力性二、汽车行驶原理.汽车行驶阻力 fIwI 在进行动力性初步计算时，若不知道准确 ，的值，
25、则作如下经验处理：令：，则：（2-27）系数 和 对一般汽车为0.030.05，可取其平均值，则：（2-28）2w1/mrI2T20f2/mriI2g211i122g0.041.04i第一节、汽车动力性二、汽车行驶原理.汽车行驶阻力 1）汽车行驶方程式 汽车行驶过程中，处于一种动态平衡状态，受到的驱动力和行驶阻力相等，即:（2-29）（2-30）这个等式就是汽车行驶方程式，表示驱动力与行驶阻力之间的关系。可以根据对汽车 各部分取隔离体进行受力分析推导出汽车行驶方程式。式(-30）只是表示了各物理量之间的数量关系，有些项并不是真正作用于汽车的外力。例如 被称为驱动力，但它并不是真正作用于驱动轮的
26、地面切向反作用力，只是为了分析方便起见，才把它称为驱动力。此外，作用在汽车质心的惯性力为 ，并不是 ；除此之外，飞轮的惯性力矩是作用在汽车横截面上的，所以 只是进行动力性分析时代表惯性力和惯性力矩总效应的一个数值而已。jiwftFFFFFdtdu15.21DT0gtqmGiACGfriiTriiTF/T0gtqttumd/dd/dm utdu/dtjmF第一节、汽车动力性二、汽车行驶原理3.汽车行驶的驱动附着条件2）驱动条件由汽车行驶方程可得：（2-31）即汽车驱动力必须大于滚动阻力、坡度阻力和空气阻力后才能加速行驶。若驱动力小于这三个阻力之和，则静止的汽车无法开动起来，正在行驶的汽车将减速直
27、至停车。所以汽车行驶的第一个条件为：（2-32）上式称为（2-32）就是汽车的驱动条件表达式。)(dtduiwftFFFFmiwftFFFF第一节、汽车动力性二、汽车行驶原理3.汽车行驶的驱动附着条件3）附着条件 汽车行驶的驱动条件不是汽车行驶的充分条件。松软路面或建筑工地上有时会见到汽车驱动轮陷入泥坑，驱动轮相对地面产生滑转，汽车不能行驶的现象，驾驶员采用加大节气门的方法，力图增大汽车驱动力，其结果只能使驱动轮加速旋转，汽车仍不能行驶。这种现象说明，地面作用在驱动轮上的切向反力，受地面接触强度的限制，并不能随意增大。汽车行驶除满足驱动条件外，还要满足地面接触强度提供的条件即附着条件，汽车才能
28、正常行驶。地面对轮胎切向反作用力的极限值称为附着力 。在硬路面上附着力取决于轮胎与地面间的相互摩擦，它与驱动轮法向反作用力 成正比，常写成：（2-33）它是由路面与轮胎决定的。所以地面切向反作用力不能大于附着力，否则将发生驱动轮滑转现象。FZFZxmaxFFF第一节、汽车动力性二、汽车行驶原理3.汽车行驶的驱动附着条件 对于后轮驱动的汽车：（2-34）（2-35）比起附着系数 来，滚动阻力系数f的值很小，可近似写成：（2-36）或更一般地 （2-37）式中，作用于所有驱动轮上的地面法向反作用力。此即为汽车行驶的第二个条件附着条件。把汽车的驱动条件和附着条件两公式合起来写，则有：（2-38）这就
29、是汽车行驶的必要与充分条件，称为汽车行驶的驱动附着条件。2z2ft2x/)(FrTTF)(2ztfFF2ztFF ztFF zFztiwfFFFFF第一节、汽车动力性二、汽车行驶原理3.汽车行驶的驱动附着条件 汽车驱动力平衡是指汽车行驶时驱动力恒等于行驶阻力。即：（2-39）或 （2-40）当发动机的转速特性、变速器的传动比、主减速比、传动效率、车轮半径、空气阻力系数、汽车迎风面积以及汽车质量等初步确定后或已知，便可利用此式分析在附着性能良好的典型路面（混凝土、沥青路面）上的行驶能力，即确定汽车的最高车速、加速能力和爬坡能力。为了清晰而形象地表明汽车行驶时的受力情况及其平衡关系，一般将汽车行驶
30、方程式用图解法来进行分析。jiwftFFFFFdtdu15.21DT0gtqmGiACGfriiT第一节、汽车动力性三、汽车动力性分析1.驱动力-行驶阻力平衡图2.1 汽车动力性 图2-9为一具有五挡变速器汽车的驱动力-行驶阻力平衡图。图上画出了各挡的驱动力、滚动阻力及滚动阻力和空气阻力叠加后得到的行驶阻力曲线。1）确定汽车最高车速 当汽车处于最高车速时，其坡度阻力和加速阻力均应为零，由汽车行驶方程式分析可知 此时 ，曲线与 曲线的交点便是最高车速 。图2-9 汽车的驱动力-行驶阻力平衡图第一节、汽车动力性三、汽车动力性分析1.驱动力-行驶阻力平衡图wftFFF5tF)(fwFF 2.1 汽车
31、动力性 从图2-9中还可以看出，当车速低于最高车速时，驱动力大于行驶阻力。这样，汽车就可以利用剩下来的驱动力来加速或爬坡。当需要中速或低速行驶时，驾驶员可以关小节流阀节气门开度（图中虚线），此时发动机只用部分负荷特性工作，相应地得到虚线所示驱动力曲线以使汽车达到新的平衡。2）确定汽车加速能力 当车速小于最高车速时，驱动力就大于行驶阻力，当汽车在水平路面行驶时，多余的驱动力就可用来加速。根据汽车行驶方程式可求得汽车在水平良好路面的加速度为：（2-41）)(1dtduwftFFFm第一节、汽车动力性三、汽车动力性分析1.驱动力-行驶阻力平衡图 图2-9和上式（2-41）可计算得到各挡油门全开时的加
32、速度曲线，见图2-10。图2-10 各挡油门全开时的 加速度曲线 有的汽车1挡 的值甚大，2挡的加速度可能比1挡的加速度还大。根据加速度图可以进一步求出由某一车速 加速至另一较高车速 所需的时间。由运动学可知：（2-42）（2-43）1u2udu1dtjaAdu1dttjuut021a第一节、汽车动力性三、汽车动力性分析1.驱动力-行驶阻力平衡图 即加速时间可用计算机进行积分或用图解积分法求出。用图解积分法时，将 曲线转化成 曲线（图2-11），曲线下两个速度区间的面积就是通过此速度区间的加速时间；常将速度区间分为若干间隔，通过确定面积 来计算（总）加速时间（参见图2-12）。在进行一般动力性
33、分析而计算原地起步加速时间时，可以忽略原地起步时的离合器打滑过程，即设在最初时刻，汽车已具有起步挡的最低车速来计算。加速过程中的换挡时刻可根据各挡的 曲线来确定。若1挡和2挡的加速度倒数曲线有交点，显然，为了获得最短加速时间，应在交点对应车速由1挡换2挡，若1挡和2挡加速度倒数曲线不相交，则应在1挡加速行驶至发动机转速达到最高转速时换入2挡。其他各挡的换挡时刻亦按此原则确定。换挡过程所经历的时间常忽略不计。ajua a1/jaua1/jau第一节、汽车动力性三、汽车动力性分析1.驱动力-行驶阻力平衡图图2-11 加速度倒数曲线 图2-12 面积的计算方法第一节、汽车动力性三、汽车动力性分析1.
34、驱动力-行驶阻力平衡图3）爬坡能力 一般所谓汽车的爬坡能力，是指汽车在良好路面上克服 后的余力全部用来克服坡度阻力时能爬上的坡度（汽车等速行驶），所以 ，故：（2-44）式中，应为 ，但 的数值本来就小，且 ，故可认为：（2-45）从而：（2-46）或 （2-47）汽车最大爬坡度 为1挡时的最大爬坡度。直接挡最大爬坡度 亦应引起注意，因为汽车经常是以直接挡行驶的，如果 过小，迫使汽车遇到较小的坡时经常换挡，这样就影响了行驶的平均速度。图2-13为一轿车的爬坡度图。0dtdu)(wftiFFFFfFcosGffFcos12aDwf15.21uACGfFF)(sinwftiFFFGFGFFFc)(
35、sinarwftmaxi0maxi0maxi第一节、汽车动力性三、汽车动力性分析1.驱动力-行驶阻力平衡图图2-13 汽车的爬坡度图图2-14 动力特性图第一节、汽车动力性三、汽车动力性分析1.驱动力-行驶阻力平衡图 也可用动力特性图来分析汽车的动力性的。将汽车行驶方程式两边除以汽车重力 并整理如下：（2-48）（2-49）令 ，称为汽车的动力因数。注意到：故：（2-50）汽车在各挡下的动力因数与车速的关系曲线称为动力特性图 （见图2-14）。在动力特性图上作滚动阻力系数曲线 ，显然，线与 曲线的交点即为汽车的最高车速。GjiwftFFFFFdtduifwtGmGFFGFFDGFFwtifGi
36、fGGFF)(ifauf faDudtdugD第一节、汽车动力性三、汽车动力性分析2.动力特性图 在求最大爬坡度时，则：（2-51）因此，曲线与 曲线间的距离就表示汽车的上坡能力。1挡时，坡度较大，此时 计算误差较大，应用下式计算：式应为 （2-52）用 代入上式并整理得：（2-53）即为最大爬坡度。加速时，故：（2-54）用动力特性图亦可求得加速度值，然后换算为加速时间。0dtduDfifDmax1maxiDf1maxmaxmaxcossinDf2maxmaxcos1 sin221max1maxmax21arcsin1DfDffmaxmaxtgi0i)(t dudfDg第一节、汽车动力性三、
37、汽车动力性分析2.动力特性图 汽车行驶时，不仅驱动力和行驶阻力互相平衡，发动机功率和汽车行驶的阻力功率也是互相平衡的。即在汽车行驶的每一瞬间，发动机发出的功率始终等于机械传动损失和全部运动阻力所消耗的功率。汽车运动所消耗的功率有滚动阻力功率 、空气阻力功率 、坡度阻力功率 及加速阻力功率 。将汽车行驶方程式两边乘以行驶车速 ，并经单位换算整理出汽车功率平衡方程式（式中功率单位为kW）如下：为 （2-55）若以纵坐标表示功率，横坐标表示车速，将发动机功率 、汽车经常遇到的阻力功率 对车速的关系曲线绘在坐标图上，即为汽车功率平衡图，见图2-15。fPwPiPjP）tu360076140360036
38、001aaDaaTeddmuAuCGiuGfu(P3第一节、汽车动力性三、汽车动力性分析3.动力平衡图aVeP 发动机功率与行驶车速的关系曲线 可根据发动机外特性及公式 ，将发动机转速转换成车速绘得。显然，在不同挡位时，功率大小不变，只是各挡发动机功率曲线所对应的车速位置不同，且低挡时车速低所占速度变化区域窄；高挡时车速高所占速度变化区域宽。最高挡时与发动机最大功率相对应的车速 一般等于或稍小于最高车速。图2-15中直接挡发动机功率曲线（或超速挡）与常阻力功率曲线交点处的车速，即在良好水平路面上汽车的最高车速 。当汽车在水平良好路面上以车速 行驶时（等速），汽车的阻力功率为：（2-56）此时，
39、驾驶员部分开启节流阀节气门，发动机功率曲线如图2-15中虚线所示，以维持汽车等速行驶。但是发动机在汽车行驶速度为 时能发出的功率（节流阀节气门全开时）为 （见图2-15），于是 （2-57）aeuP 03770iinr.ugamaxvaaubcPP)1wTf（acP eabbcacPPP)1wfTe（第一节、汽车动力性va三、汽车动力性分析3.动力平衡图 可用来加速或爬坡。被称为汽车的后备功率。就是说，在一般情况下维持汽车等速行驶所需的发动机功率并不大，发动机节流阀节气门开度较小。当需要爬坡或加速时，驾驶员加大节流阀节气门开度，使汽车的全部或部分后备功率发挥作用。因此，汽车的后备功率愈大，汽车
40、的动力性愈好。图2-16是各个排挡的后备功率。利用后备功率也可以具体地确定汽车的爬坡度或加速度。利用功率平衡定性分析、设计使用中有关动力性问题较为方便，因为它是从能量转换角度研究汽车动力性，利用功率平衡图可以形象地表明后备功率，能看出汽车行驶时发动机的负荷率，所以燃油燃料经济性分析中常用它。)(1wfPPPTe第一节、汽车动力性三、汽车动力性分析3.动力平衡图 图2-15 汽车功率平衡图 图2-16 汽车的后备功率第一节、汽车动力性三、汽车动力性分析3.动力平衡图 汽车为了提高汽车的动力性汽车动力性，使汽车具有合理的动力性参数和良好的使用条件，必须对影响汽车动力性的主要因素进行分析。1.发动机
41、参数 发动机的最大功率和最大转矩对汽车动力性影响最大。发动机最大功率、最大转矩越大，汽车动力性就越好。但发动机功率过大，也是不合理的。一方面发动机功率过大导致发动机尺寸、质量、制造成本增大，同时还导致发动机负荷率过低使汽车燃油燃料经济性显著下降；另一方面，汽车驱动力的提高受到附着条件的限制，不可无限制地增大，所以过高的发动机功率、转矩也是无益的。通常用汽车比功率（kW/t）来衡量汽车发动机功率是否匹配，。汽车比功率是指发动机最大净功率与汽车最大允许总质量之比。汽车比功率与汽车的类型有关，轿车的比功率更大。第一节、汽车动力性四、影响汽车动力性的因素1）传动系机械效率 发动机发出的功率经传动系传至
42、驱动轮的过程中，必然会消耗一部分功率。常用传动系机械效率 来描述其消耗程度。传动系机械效率的大小决定于传动系各传动副的效率和润滑状况。T2）主减速器传动比 变速器处于直接挡时，主减速器传动比 将直接影响汽车动力性。对于变速器无超速挡的汽车，主减速器传动比将决定汽车的最高车速和克服行驶阻力的能力。图2-17表示其他条件相同而主减速器传动比不同的直接挡功率平衡图。图2-17 不同主传动比下的 功率平衡图第一节、汽车动力性四、影响汽车动力性的因素2.传动系参数0i 当选择 时，汽车最高车速等于发动机最大功率点的车速，此时汽车最高车速是最大的。如增大 ，使其 ，则汽车的后备功率增大，汽车的加速能力和爬
43、坡能力提高，汽车低速动力性较好，但汽车最高车速降低；若减小 ，使其 ，则汽车的后备功率减小，同时汽车的最高车速也有所降低，动力性变差，但发动机功率利用率提高，燃油燃料经济性较好。因此，为了提高汽车动力性 应选得适中。020ii 0i030ii 0i010ii 0i第一节、汽车动力性四、影响汽车动力性的因素2.传动系参数图2-17 不同主传动比下的 功率平衡图 变速器挡数增多，发动机在最大功率附近高功率工作的机会增加，发动机的平均功率利用率高，后备功率大。例如，在两挡变速器的1挡与直接挡之间增加两个挡位时,汽车的最高车速和最大爬坡度均不变，但在一定的速度范围内，可利用的后备功率增大了，有利于汽车
44、的加速和爬坡，汽车的动力性好。当变速器挡数很多时，汽车行驶的驱动力特性就接近理想的动力特性，汽车就具有良好的加速性和爬坡能力。另外挡数较多，可使换挡容易，操纵性好，同时汽车在低燃油消耗率燃料消耗率区间工作的机会加大。但挡数过多，会使变速器的结构大为复杂，同时操纵机构也相应复杂。通常，轿车变速器采用3-5个挡，轻、中型货车变速器采用4-5个挡，重型汽车变速器多于5个挡。为保证有足够多的挡位而结构又不复杂，不少重型汽车的变速器后还接上一个具有2个挡位或3个挡位的副变速器，在越野汽车的变速器后带有一个具有高、低挡的分动器。，第一节、汽车动力性3)变速器挡数 四、影响汽车动力性的因素2.传动系参数 汽
45、车以最低挡行驶时，必须保证汽车具有足够的驱动力，以使汽车具有克服最大行驶阻力的能力。如其他条件相同，1挡传动比直接影响汽车起步加速性能和最大爬坡能力。这是因为1 挡传动比愈大，该挡的最大驱动力和动力因数也就愈大。因此，1 挡传动比应足够大。当然，1 挡传动比增大的程度必须满足附着条件，当1 挡发出最大驱动力时，驱动轮不应产生滑转。有些汽车变速器的最小传动比为1，但有很多汽车特别是小轿车变速器的最小传动比小于1。变速器传动比小于1 的挡位，称为超速挡，利用超速挡的目的主要是提高汽车在良好路面上行驶时的发动机负荷率，从而提高汽车的燃油燃料经济性。第一节、汽车动力性4)变速器传动比 四、影响汽车动力
46、性的因素2.传动系参数 根据动力因数的公式可知，若汽车总重力与驱动力不变，空气阻力越小，则汽车动力因数 越大，汽车最高车速也越高，汽车的动力性就越好。但汽车在高速行驶时，空气阻力很大。为提高汽车的动力性，应减少空气阻力。而减少空气阻力的主要手段是降低空气阻力系数 ，现代汽车设计师都注重改善车身的流线形，对轿车车身常采用下列方法来降低空气阻力系数。1）整车 整个车身应向前12；水平投影应为“腰鼓”形，后端稍稍收缩，前端呈半圆形。2）车身前部 车身前部的发动机罩应向前下倾；面与面交接处的棱角应为圆柱状；风窗玻璃应尽可能躺平且与车顶圆滑过渡；前支柱应圆滑，侧窗应与车身相平；尽量减少灯、后视镜等凸出物
47、，凸出物的形状应接近流线形。第一节、汽车动力性四、影响汽车动力性的因素3.空气阻力系数3）汽车后部 汽车后部最好采用舱背式或直背式车身，舱背式车身是指后窗玻璃与水平线呈2550角的车身，而直背式车身是指后窗玻璃与水平线夹角小于25的车身。若采用折背式车身，则行李箱盖板应高而短，后面应有鸭尾式结构。4）车身底部 底部用平滑的盖板将车身下平面内面的所有零部件盖住，其盖板从车身中部或由后轮以后向上稍稍升高。现代轿车的空气阻力系数已大大降低，高级轿车的空气阻力系数值已达0.3以下，有的车身空气阻力系数值已达接近0.2。这对减少高速行驶时的功率消耗是非常有利的，可提高汽车动力性。第一节、汽车动力性四、影
48、响汽车动力性的因素3.空气阻力系数 汽车质量对汽车动力性影响很大。除空气阻力外，其他行驶阻力都与汽车质量成正比。而动力因数则与汽车质量成反比。因此，随着汽车质量的增大，其行驶阻力增加，动力因数降低，汽车的动力性下降。汽车作为一种运输工具，不能通过减少装载质量来提高汽车的动力性，而最有效的方法就是减轻汽车的整备质量来提高汽车动力性。因此，汽车轻量化设计是汽车设计的主要研究方向之一。减轻汽车整备质量的主要措施是：用计算机优化设计；增加铝与复合材料在汽车上应用的比例；改善汽车各总成乃至零件的结构，使强度充分发挥，减小结构尺寸和用料量；采用承载式车身；提高轮胎的可靠性，去掉备胎等。第一节、汽车动力性四
49、、影响汽车动力性的因素4.汽车质量 汽车驱动形式不同，汽车的附着条件就不同，汽车所能获得的最大驱动力就不同，因而对汽车的动力性就有影响。单轴驱动汽车，一般以后轴作为驱动轴，有利于提高汽车的动力性。当汽车上坡、加速、高速行驶需要加大驱动力时，地面作用于驱动轮的法向反作用力增大，附着力也随之增大，汽车容易获得足够的附着力而保证所需的驱动力。采用全轮驱动的汽车比单轴驱动汽车具有更好的动力性，因为它能够利用的附着力是最大的，同时当某一驱动轴失去驱动能力时，则另外的驱动轴仍可继续驱动。四轮全驱也存在汽车结构复杂、重量大、燃料消耗大等不足。第一节、汽车动力性四、影响汽车动力性的因素5.汽车驱动形式 汽车行
50、驶时轮胎的滚动阻力和附着性能对汽车动力性产生较大的影响。为了提高汽车动力性，应尽量减少汽车轮胎的滚动阻力，同时增加道路与轮胎间的附着力。根据这一原则，在硬路面上行驶的汽车，应采用子午线轮胎，细而浅的花纹，较高的轮胎气压；在松软路面上行驶的汽车，应采用粗而深的轮胎花纹，较低的轮胎气压。轮胎的尺寸对动力性也有影响。当其他条件相同时，其驱动力与轮胎半径成反比，而车速又与轮胎半径成正比，这说明轮胎半径对与动力性有关的驱动力和车速的影响是矛盾的。现在，行驶于良好路面上的汽车，轮胎尺寸有减小的趋势，因为汽车在良好路面行驶时，附着力较大，若用小直径的轮胎，可得到较大的驱动力，而车速的提高可用减小主减速器传动
