1/48
1.2 汽车驱动力和行驶阻力
汽车动力传递路线：发动机 → 离合器 → 变速器 → 副变速器 →
传动轴 → 主减速器 → 差速器 → 半轴 → 轮边减速器 → 车轮
2/48
图 1-2 汽车驱动力
au
tF
0F
r
ZF
W
tT
0FF t ?
Tractive Force
3/48
部分负荷特性,节气门部分开启时，转矩
或功率等与转速的关系
使用特性曲线,即带有附件时的负荷特性，
通常汽油机小 15％，而柴油机小 10％
m in/,
,
9549
),(
rn
kW
nT
P
NmnfT
tq
e
tq
?
?
外特性曲线,节气门 (油门 )全开时，转
矩或功率等与转速的关系
slr /
60
2mi n/ ???
??n
4/48
m axeP
m axtqT
tqn pn
minn
maxn图 1-3 汽油发动机外特性
Braking Torque
Braking Horsepower
5/48
发动机过渡工况的速度特性
在过渡工况，功率和转矩下降约 5%～ 6%。
6/48
外特性使用或制作方法
表格法（辅助插值）
曲线族方法
数学模型法
n1 n2 n3 …
…
…
…
nn
Pe1 Pe2 Pe3 …
…
…
…
Pen
Tt1 Tt2 Tt3 …
…
…
…
Ttn
be1 be2 be3 … … ben
tT
eP
n
tT
eP
7/48
tT
eP
n
tT
eP
8/48
9/48
图 1-4 汽油发动机外特性及部分负荷特性
tT
eP
n
tT
eP
10/48
11/48
传动系机械效率 ηT
主要损失部件
★ 变速器和主减速器 (含差速器 )
主要损失形式
★ 液力损失和机械摩擦损失。
液力损失,如搅动和磨擦。它与润滑油品
种、温度、转速、油面高度等有关 。
12/48
汽车传动系总成机械效率
4～ 6档变速器 ηT =0.96
6～ 8档变速器 ηT =0.95
传动轴 ηT = 0.98
主减速器 ηT = 0.96 (单级 )
ηT = 0.92(双级 )
汽车传动系机械效率
?轿车 ηT=0.90~0.92
?商用车 ηT=0.82~0.85
?越野车 ηT=0.80~0.85
13/48
某汽车变速器的机械效率
14/48
车轮半径 r
自由半径 r
静力半径 rs
滚动半径 rr= rs = r=s/(2πn)
S行驶距离,n转动圈数
欧洲车轮委员会 rr= F× d/(2π)
其中,子午线轮胎 F=3.05
斜交轮胎 F=2.99
15/48
定义：
用 Ft-ua曲线图来全面地描述
汽车的驱动力。若已知外特性曲
线、传动系速比、传动系机械效
率就可求计算驱动力。
au
r
tqT
?
16/48
1tF
2tF
3tF
4tF
tF
驱动力
au车速，
汽车驱动力图
17/48
汽车行驶阻力
滚动阻力 Ff, 轮胎内部摩擦产生
的迟滞损失 。 这种迟滞损失表现
为阻碍车轮运动的阻力偶。
18/48
C
D
KNF,
mmh /
ZF
图 1-9 轮胎径向变形曲线
19/48
1ZF
a
1xF
1fT
1W
1pF
au
图 1－ 11
20/48
滚动阻力系数
轮胎内部摩擦产生迟滞损失，这种
损失表现为阻碍车轮运动的阻力偶。
21/48
滚动阻力系数
车轮在一定条件下，滚动所
需要推力 Fp1与负荷 W1之比，
即单位重力的推力,
22/48
阻力偶用滚动阻力描述
滚动阻力无法在受力图上画出，它是
一个数值, 在受力图上它是切向反力。
在实际计算时, 可不必考虑阻
力偶，而用 滚动阻力替代
23/48
滚动阻力系数的试验确定法
牵引法、滑行法和转鼓法
1,速度 ua对 f 的影响
脱落和爆裂。产生驻波现象，高温、
???
??
fhkmu
c o n s tfhkmu
a
a
,/200
.,/100
对 f 的影响 因素
24/48
2,轮胎的结构、材料、帘线对 f 的
影响也很大。子午线轮胎 f 小，天然
橡胶 f 低。
25/48
f 的 经验公式
26/48
2ZF
a
2xF
2pF
2W
tT
图 1－ 12
驱
动
轮
受
力
图
au
27/48
真正驱动车轮前进的力是地面切
向反力 Fx2。 其 在数值上等于汽车
驱动力 Ft与滚动阻力 Ff之差。
2
2
2
22
ft
ft
x
ftx
FF
r
T
r
T
F
TTT
????
??
28/48
定义,汽车直线行驶时受到的空
气阻力在汽车行驶方向上的
分力。
分类,压力阻力和摩擦阻力
☆ 压力阻力主要受形状、扰动和
诱导阻力组成。
☆ 形状阻力主要与汽车的形状有
关，约占 58％ 。
29/48
☆ 干扰阻力：汽车突出部件，如后视镜、
门把手、导水槽、驱动轴、悬架导向
杆等，约占 14％ 。
☆ 内循环阻力,发动机冷却系、车身通
风等气流流过汽车内部，占 12％ 。
☆ 诱导阻力：空气升力在水平方向的分
力，占 7％ 。
☆ 摩擦阻力, 9％ 。
空气阻力 Fw正比于气流相对运动的动
压力：
30/48
影响 Fw 的因素,CD 和 A
由于乘坐空间的制约 A变化不大
但 CD变化较大, 1950~70年 CD =0.4~0.6
1990年 CD =0.25~0.40
概念车 CD =0.2
CD大小对轿车（高速）汽车的性能影响极大
帕萨特 (Passat ) CD= 0.28
15.21
2
rD
w
AuC
F ?
31/48
★ 前部低，
★ 过渡平滑，
★ 后部加扰流板，
★ 掠背式，
★ 底部导流，平整化，向后应逐
步升高，
★ 整车俯视形状为腰鼓式，
★ 改进通风进口、出口位置，
★ 商用车顶部安装导流罩系统。
CD
32/48
汽车降低空气阻力的基本思路
33/48
坡道阻力
34/48
35/48
36/48
从动轮受力图
dt
d?
dt
du
audt
d
I w
?
1
1ZF
1fT
1pF
dt
dum
1
1W
1xF
?
37/48
rgmfrF
dtr
du
I
dtr
du
dt
d
grfmT
TrF
dt
d
I
FF
dt
du
g
W
FW
xw
f
fxw
xpZ
??????
?
?
?
?
?
?
???
?
????
111
11
111
11
1
11
且
从动轮受力分析
dtd?
dtdu
audt
dIw ?1
1ZF
1fT
1pF
dtdum1
1W
1xF
?
38/48
gmf
dt
du
r
I
mF
gmf
dtr
du
I
dt
du
mF
gmf
dtr
du
IF
w
p
wp
wx
?????
???
?
??
???
?
?
1
2
1
11
1
2
111
1
2
11
)(
从动轮受力分析 （ 续 ） dtd? dtdua
udt
dI
w
?
1
1ZF
1fT
1pF
dt
dum
1
1W
1xF
?
39/48
主动轮受力图
dt
d?
dt
du
au
dt
dI
w
?
2
2ZF
2fT
2pF
dt
dum
2
2W
2xF
tT
40/48
驱动轮受力分析
rF
dt
du
r
I
FF
T
dt
d
ITrF
FF
dt
du
m
f
w
x
fwtx
px
t
????
????
??
2
2'
2
22
'
2
222
?
且
41/48
驱动轮受力分析（ 续 ）
42/48
gm 3
1ZF 2ZF
1pF
2pF
wF
dt
du
m 3
加速时车身受力图－图 221
43/48
车体受力分析
Tgg
ftq
t
Tg
e
ftqt
wpp
iiii
dt
du
r
I
r
T
F
ii
dt
d
ITT
FFF
dt
du
m
?
?
?
??????
????
???
00
2
'
0
'
123
)(
)(
44/48
wf
w
pp
F
dt
du
mF
dt
du
)
r
I
m(
F
dt
du
mFF
?????
???
?
31
2
1
1
312
车体受力分析（续）
45/48转动质量换算系数
r
igi
dt
du
r
iiI
TF
FF
dt
du
II
rdt
du
m
dt
du
mF
dt
du
r
I
m
FF
dt
du
r
I
mF
T
gf
tqt
wfww
w
w
ff
w
t
???
??
??
?????
????
????
0
0'
21
2
3
2
2
2
21
2
1
1
'
)(
)(
1
)(
)(
且
46/48
转动质量换算系数 (续 )
47/48
48/48
小结
★ 汽车行驶方程仅表示各个 物理量之间的数量 关系
★ 汽车行驶方程有些项 并不是外力
★ Ft不是作用于车轮的地面 （切向） 反作用力，仅
为了计算方便才将其定义为 驱动力
★ 滚动阻力 也不是作用于汽车上的阻力，而是以 滚
动阻力偶矩 的形式作用 于 车轮上
★ 作用在汽车上的惯性力是 mdu/dt而不是 mδdu/dt
★ 飞轮的 惯性力矩作用在汽车的横截面 上，而不作
用 于 车轮上
★ Fj只是代表惯性力和惯性力矩的 总效应
1.2 汽车驱动力和行驶阻力
汽车动力传递路线：发动机 → 离合器 → 变速器 → 副变速器 →
传动轴 → 主减速器 → 差速器 → 半轴 → 轮边减速器 → 车轮
2/48
图 1-2 汽车驱动力
au
tF
0F
r
ZF
W
tT
0FF t ?
Tractive Force
3/48
部分负荷特性,节气门部分开启时，转矩
或功率等与转速的关系
使用特性曲线,即带有附件时的负荷特性，
通常汽油机小 15％，而柴油机小 10％
m in/,
,
9549
),(
rn
kW
nT
P
NmnfT
tq
e
tq
?
?
外特性曲线,节气门 (油门 )全开时，转
矩或功率等与转速的关系
slr /
60
2mi n/ ???
??n
4/48
m axeP
m axtqT
tqn pn
minn
maxn图 1-3 汽油发动机外特性
Braking Torque
Braking Horsepower
5/48
发动机过渡工况的速度特性
在过渡工况，功率和转矩下降约 5%～ 6%。
6/48
外特性使用或制作方法
表格法（辅助插值）
曲线族方法
数学模型法
n1 n2 n3 …
…
…
…
nn
Pe1 Pe2 Pe3 …
…
…
…
Pen
Tt1 Tt2 Tt3 …
…
…
…
Ttn
be1 be2 be3 … … ben
tT
eP
n
tT
eP
7/48
tT
eP
n
tT
eP
8/48
9/48
图 1-4 汽油发动机外特性及部分负荷特性
tT
eP
n
tT
eP
10/48
11/48
传动系机械效率 ηT
主要损失部件
★ 变速器和主减速器 (含差速器 )
主要损失形式
★ 液力损失和机械摩擦损失。
液力损失,如搅动和磨擦。它与润滑油品
种、温度、转速、油面高度等有关 。
12/48
汽车传动系总成机械效率
4～ 6档变速器 ηT =0.96
6～ 8档变速器 ηT =0.95
传动轴 ηT = 0.98
主减速器 ηT = 0.96 (单级 )
ηT = 0.92(双级 )
汽车传动系机械效率
?轿车 ηT=0.90~0.92
?商用车 ηT=0.82~0.85
?越野车 ηT=0.80~0.85
13/48
某汽车变速器的机械效率
14/48
车轮半径 r
自由半径 r
静力半径 rs
滚动半径 rr= rs = r=s/(2πn)
S行驶距离,n转动圈数
欧洲车轮委员会 rr= F× d/(2π)
其中,子午线轮胎 F=3.05
斜交轮胎 F=2.99
15/48
定义：
用 Ft-ua曲线图来全面地描述
汽车的驱动力。若已知外特性曲
线、传动系速比、传动系机械效
率就可求计算驱动力。
au
r
tqT
?
16/48
1tF
2tF
3tF
4tF
tF
驱动力
au车速，
汽车驱动力图
17/48
汽车行驶阻力
滚动阻力 Ff, 轮胎内部摩擦产生
的迟滞损失 。 这种迟滞损失表现
为阻碍车轮运动的阻力偶。
18/48
C
D
KNF,
mmh /
ZF
图 1-9 轮胎径向变形曲线
19/48
1ZF
a
1xF
1fT
1W
1pF
au
图 1－ 11
20/48
滚动阻力系数
轮胎内部摩擦产生迟滞损失，这种
损失表现为阻碍车轮运动的阻力偶。
21/48
滚动阻力系数
车轮在一定条件下，滚动所
需要推力 Fp1与负荷 W1之比，
即单位重力的推力,
22/48
阻力偶用滚动阻力描述
滚动阻力无法在受力图上画出，它是
一个数值, 在受力图上它是切向反力。
在实际计算时, 可不必考虑阻
力偶，而用 滚动阻力替代
23/48
滚动阻力系数的试验确定法
牵引法、滑行法和转鼓法
1,速度 ua对 f 的影响
脱落和爆裂。产生驻波现象，高温、
???
??
fhkmu
c o n s tfhkmu
a
a
,/200
.,/100
对 f 的影响 因素
24/48
2,轮胎的结构、材料、帘线对 f 的
影响也很大。子午线轮胎 f 小，天然
橡胶 f 低。
25/48
f 的 经验公式
26/48
2ZF
a
2xF
2pF
2W
tT
图 1－ 12
驱
动
轮
受
力
图
au
27/48
真正驱动车轮前进的力是地面切
向反力 Fx2。 其 在数值上等于汽车
驱动力 Ft与滚动阻力 Ff之差。
2
2
2
22
ft
ft
x
ftx
FF
r
T
r
T
F
TTT
????
??
28/48
定义,汽车直线行驶时受到的空
气阻力在汽车行驶方向上的
分力。
分类,压力阻力和摩擦阻力
☆ 压力阻力主要受形状、扰动和
诱导阻力组成。
☆ 形状阻力主要与汽车的形状有
关，约占 58％ 。
29/48
☆ 干扰阻力：汽车突出部件，如后视镜、
门把手、导水槽、驱动轴、悬架导向
杆等，约占 14％ 。
☆ 内循环阻力,发动机冷却系、车身通
风等气流流过汽车内部，占 12％ 。
☆ 诱导阻力：空气升力在水平方向的分
力，占 7％ 。
☆ 摩擦阻力, 9％ 。
空气阻力 Fw正比于气流相对运动的动
压力：
30/48
影响 Fw 的因素,CD 和 A
由于乘坐空间的制约 A变化不大
但 CD变化较大, 1950~70年 CD =0.4~0.6
1990年 CD =0.25~0.40
概念车 CD =0.2
CD大小对轿车（高速）汽车的性能影响极大
帕萨特 (Passat ) CD= 0.28
15.21
2
rD
w
AuC
F ?
31/48
★ 前部低，
★ 过渡平滑，
★ 后部加扰流板，
★ 掠背式，
★ 底部导流，平整化，向后应逐
步升高，
★ 整车俯视形状为腰鼓式，
★ 改进通风进口、出口位置，
★ 商用车顶部安装导流罩系统。
CD
32/48
汽车降低空气阻力的基本思路
33/48
坡道阻力
34/48
35/48
36/48
从动轮受力图
dt
d?
dt
du
audt
d
I w
?
1
1ZF
1fT
1pF
dt
dum
1
1W
1xF
?
37/48
rgmfrF
dtr
du
I
dtr
du
dt
d
grfmT
TrF
dt
d
I
FF
dt
du
g
W
FW
xw
f
fxw
xpZ
??????
?
?
?
?
?
?
???
?
????
111
11
111
11
1
11
且
从动轮受力分析
dtd?
dtdu
audt
dIw ?1
1ZF
1fT
1pF
dtdum1
1W
1xF
?
38/48
gmf
dt
du
r
I
mF
gmf
dtr
du
I
dt
du
mF
gmf
dtr
du
IF
w
p
wp
wx
?????
???
?
??
???
?
?
1
2
1
11
1
2
111
1
2
11
)(
从动轮受力分析 （ 续 ） dtd? dtdua
udt
dI
w
?
1
1ZF
1fT
1pF
dt
dum
1
1W
1xF
?
39/48
主动轮受力图
dt
d?
dt
du
au
dt
dI
w
?
2
2ZF
2fT
2pF
dt
dum
2
2W
2xF
tT
40/48
驱动轮受力分析
rF
dt
du
r
I
FF
T
dt
d
ITrF
FF
dt
du
m
f
w
x
fwtx
px
t
????
????
??
2
2'
2
22
'
2
222
?
且
41/48
驱动轮受力分析（ 续 ）
42/48
gm 3
1ZF 2ZF
1pF
2pF
wF
dt
du
m 3
加速时车身受力图－图 221
43/48
车体受力分析
Tgg
ftq
t
Tg
e
ftqt
wpp
iiii
dt
du
r
I
r
T
F
ii
dt
d
ITT
FFF
dt
du
m
?
?
?
??????
????
???
00
2
'
0
'
123
)(
)(
44/48
wf
w
pp
F
dt
du
mF
dt
du
)
r
I
m(
F
dt
du
mFF
?????
???
?
31
2
1
1
312
车体受力分析（续）
45/48转动质量换算系数
r
igi
dt
du
r
iiI
TF
FF
dt
du
II
rdt
du
m
dt
du
mF
dt
du
r
I
m
FF
dt
du
r
I
mF
T
gf
tqt
wfww
w
w
ff
w
t
???
??
??
?????
????
????
0
0'
21
2
3
2
2
2
21
2
1
1
'
)(
)(
1
)(
)(
且
46/48
转动质量换算系数 (续 )
47/48
48/48
小结
★ 汽车行驶方程仅表示各个 物理量之间的数量 关系
★ 汽车行驶方程有些项 并不是外力
★ Ft不是作用于车轮的地面 （切向） 反作用力，仅
为了计算方便才将其定义为 驱动力
★ 滚动阻力 也不是作用于汽车上的阻力，而是以 滚
动阻力偶矩 的形式作用 于 车轮上
★ 作用在汽车上的惯性力是 mdu/dt而不是 mδdu/dt
★ 飞轮的 惯性力矩作用在汽车的横截面 上，而不作
用 于 车轮上
★ Fj只是代表惯性力和惯性力矩的 总效应
