第二章 汽车动力性
汽车行驶时所需要的功率取决于行驶阻力：
当 匀速
加速
§ 2-1 汽车行驶需要的功率和能量
)( aVFPP ????驱
)( aVFPP ????驱
一、汽车的行驶阻力
1．车辆阻力 2．空气阻力 3．上坡（度）阻力 4．加速阻力
1,车轮阻力
组成,1） 滚动阻力
2） 路面阻力
3） 轮胎侧偏阻力
1） 滚动阻力
a,变形阻力
b,摩擦力
1） 滚动阻力 a,变形阻力 b,摩擦力
a,变形阻力
轮胎在滚动时, 有两种变形：
径向变形 周向变形
轮胎滚动时的滞后损失 。
弹性轮胎在硬路面上的滚动实质，如下图
滚动阻力,
∵
∴
令, 即滚动阻力系数,
lFM zg ??
lFMrT gd 21 ??
r
eF
r
MT
Zg ??
az GZF ??
ref ?
b,摩擦力
a) 胎面与路面的摩擦
b) 轮胎变形使外胎与内胎, 内胎与 垫之间
c) 汽车振动时, 钢板间及各活动悬架之间
2） 路面阻力
a,柔软路面 b,积 水路面
3) 轮胎侧偏阻力
当 Va=40km/h时
变形阻力,90～ 95%
摩擦阻力,2～ 10%
影响滚动阻力的因素：
1） 车重：转动 ↑ 轮胎变形 ↑ f↑
2） 路面：路面塑性变形大 f↑
3） 轮胎结构：子干胎比普通胎 f↓ 刚度好变形小
4） 轮胎气压：气压 ↓ 变形 ↑ f↑ 但坏路 f↓
5） 车速,当 Va＜ 50km/h f≈c
当 Va＞ 100 f↑ Va＜ 150～ 200
当 Va↑,振动 Hz↑,轮胎周向, 侧向扭曲变形 ↑
2,空气阻力
定义,汽车在直线行驶时, 空气作用力在行驶方向上的分力 。
1） 组成,空气阻力由表面阻力和压力阻力组成 。
表面阻力：空气有粘度
压力阻力：车外形状
诱导阻力：空气升力在水平方向投影
内部阻力：流经散热器, 发动机, 车箱的阻力
干扰阻力：表面突起物, 车门把手, 后视镜底盘
其中, 压差和诱导阻力,50～ 90% （ 干扰在内 ）
内部阻力,2～ 11%
表面阻力,3～ 30%
2） 计算方法：
空气对物体的阻力与下列因素有关 。
流速 U, 对汽车来说, 相对速度 V= Va± Vf
密度, 空气密度, 在一定条件下是常数
迎风面积 A,与车形有关
式中 为无因次的空气阻力系数 。
?
2
0 2 ?
???? ACF
D
DC
在一般动力计算中, 认为空气阻力作用在风帆中心,
NAVCF DW 15.21
2
?
式中,CD—— 空气阻力系数，实验得出；
A—— 迎面面积, 汽车在行驶方向的投影, m2；
V—— 相对速度, km/h。
例,A
典型轿车 1.4～ 2.6 0.4～ 0.6
货 车 3～ 7 0.8～ 1.0
大 客 车 4～ 7 0.6～ 0.7
3） 影响空气阻力因素
（ 1） 车速,与 V2成正比关系, 而功率则与 V3成正比关系
（ 2） A,车型, H↓为好
（ 3） 表面,突出物及光洁程度
（ 4）, 车身形状 （ 流线型好 ）
DC
DC
式中,—— 坡道角度
∵
对公路来说,i 很小 ＜ 9%
∴
故
由于坡道阻力及滚动阻力与道路有关, 所以通常以道路阻力代表两者之和 。
4,加速阻力
定义：汽车加速时, 需要克服其质量加速时的惯性力 。
汽车质量：
① 平移质量
② 旋转质量
3,坡度阻力：汽车重力沿坡道的分力 。
?s in?? GFi
?
?tg?? shi
?? tgsin ?
gdt
G d vF
jt ?
rIF jr /???
iGGGF fi ?????? ?? tgs i n
为了便于计算：
把旋转质量惯性力转化为平移质量惯性力，以系数 作为
计入旋转质量后的“汽车质量换算系数”。
即
（ N）
其中,—— 汽车旋转质量换算系数 （ ＞ 1） ；
G —— 汽车质量, Kg；
—— 行驶加速度, m/s2。
主要与飞轮的转动惯量
车轮的转动惯量
传动系转动惯量 有关
?
dt
dvm
g
G
dt
dvF
j,?? ??
?
?
dtdv
?
202 iiIm ?
RI
2
0iIc
忽略传动系：
当进行动力性初步计算时, 若不知道准确, 可按下列经验公式估算：
m
kmR
r
iiI
mr
I
m ?? 2
2
0
2
2
111 ????
Rm II,
2211 ki??? ???
05.0~03.021 ?? ??
二, 汽车行驶方程式
根据上述分析,
可得出汽车行驶方程式
或
1,式中表明了各物理量之间的数量关系, 可方便地进行动力分析 。
2,式中某量并不表示汽车外力：
质心的
（ 总效应 ）
3,结论是正确的 。
所需要的功率：
jift FFFFF ???? ?
dt
dvGVACG
r
iiM
miaDf
d
Tks ?? ??????? 20 15.21
ft FF、
dt
dv
dt
dvm
m??
aaaaa VV
ACV
dt
dvmVifGP ?????? 2
15.21.)( ?
三, 循环行驶
1,几种典型的行驶循环
例 1：日本 1975年排气规定,
10人以下的轿车, 25人以下的轻型车,按 10工况热循环试验：模拟起步,
停车多的市中心行驶条件, =17.7km/h。
n工况冷循环试验：发动机起动后还未走热, 汽车已起程, 例如从郊区向
市内行驶, km/h。
2,循环行驶的能量
平路无风条件下：
其中, 滚动阻力部分消耗,
风阻部分消耗：
加速阻力部分消耗：
以上就是循环行驶中功率和能量的关系 。
V
5.30?V
? ??? t dtPW 0
? ???? t aaD dtVVACdtdvgGfGW 0 2 }15.21.{ ?
? ?? t aR dtVGfW 0
? ?? t aD dtVACWw 0 315.21
? ?? t aj dtVdtdvgGW 0 ?
§ 2-2 汽车的驱动系统
一, 汽车动力装置的评价与选择
1,使用性能：特性曲线, 操纵性, 起动性
2,经济性：燃料消耗, 泵位功率的成本
3,对环境的影响：排气, 噪声, 振动
二, 活塞式内燃机特性
发动机特性曲线：发动机功率, 转矩,
油耗与发动机转速之间的函数关系曲线 。
当节流阀全开：发动机外特性曲线
当节流阀部分开：发动机负荷特性曲线
转矩, 功率和转速之间的关系式：
kw
式中,—— 发动机转矩, N.m；
—— 发动机转速, r/min。
9 5 4 9
.nMP
e ?
M
n
注意：
1,发动机制造厂提供的特性曲线：在试验台上无空
滤, 水泵, 风扇, 消声, 发电机等件, 若全带上则称
为, 使用特性曲线, 。
2,台架试验是在稳定转速下测定 P,M。
实际上, 发动机热工况, 混合气浓度与台架不同 。 例
如加速时, M比稳定工况下降 5～ 8%。
但是 1,变工况的研究不多见
2,数值相差不大
所以, 动力性估算中, 仍用台架使用外特性 。
三、离合器和液力偶合器特性
特点：,
效率：
滑转率：
功率损失：
AE MM ? AE nn ?
E
A
EE
AA
E
A
n
n
nM
nM
P
P ???
.
.?
????? 1
E
AE
n
nnS
EE PSP,)1( ?? ?
1,机械式离合器
主动片：外特性一点,,,
从动片：, 当 时,, （ 接合完毕 ）
2,液力偶合器
（ 主动 ） 泵轮：
其中,是随涡轮与泵轮转速比变化的系数 。
当 ～一个工作点
当 接合完毕
当
为减少损失 尽量接近,一般
c cn cMcP
cA MM ? cA nn ? 0?S
EA PP ?
22 PP DKnM ??
K
0/ ?PT nn
M
cnn PT ?/
1/ ?PT nn 0?K
Tn Pn PT nn 98.0?
四,变速器和液力变扭器特性
驱动轮上理想的扭矩、功率特性。
在整个转速范围内都能使用最大功率 。
特点,1） 功率曲线平行于 轴
2） 扭矩曲线是双曲线
效率：
功率损失：
n
EE
AA
E
A nM nMPP ???
EP)1( ??
1,机械式变速器
固定速比,（ ）
例如,4档变速器 E
A
A
E
M
M
n
ni ?? 1??
∵ 与理想扭矩特性有空隙
∴ a,合理选速比
b,多设档位
最高档速比 —— 最高车速
最低档速比 —— 最大驱动扭矩, 汽车最低稳定车速
中间速比 —— 发动机工作稳定性
aV
即在扭矩曲线 点右边工作
发动机稳定工况条件
dV
dm
dV
dM e '?
maxM )( m a xMnn ?
换档时：
① 相邻两档中, 高档在
立即换入低档：低档应在 )( m a xMn maxn
② 设计时, 高档略高于
低档略低于
)( m axMn
maxn
③ 实际换档, 不考虑车速下降
即 令
如上所述
10
1
0
.2.2
?
? ????
k
dk
k
dk
ii
rn
ii
rnV ??
k
k
k
k
n
n
i
i 11 ?? ? kknnq 1??
)( m a x
m a x
Mn
nq ?
0.2~5.1m a x ?q
速比分配方法：
1,等比级数分配
车速与档位关系：
速比等比级数分配图如右：
cq?
342321,qiqiqii ?????
k
d
K ii
nrU
0
.2 ???? ?
例题
已知,CA10B 一档 四档
求,按等比级数分配的,
解：
∵
∴
∴
故
24.61 ?i
14 ?i
2i 3i
qiiiiii ???
4
3
3
2
2
1
14 ?i
321 iii ?? 232 ii ? 331 ii ?
3 13 ii ?
1i 3 212 ii ? 3 13 ii ? 14 ?i
2） 渐近式速比分配
现代轿车使用车速范围大, 多采用渐进式速比分配 。
以 4档变速为例：； ； ；
高速间速比值小于低挡间速比比值 。
cq ?
0
21
4
3 qq
i
i ?? 121
3
2 qq
i
i ? 2
21
2
1 qq
i
i ? 2.1~1.12 ?q
从下图中可看出
① 在高档 ↓
② 特性场中空隙低档比高档大
2,液力变矩器
,自学,
V?
§ 2-3 动力性分析
一, 驱动力 —— 行驶阻力平衡图, 动力特性图, 功率平衡图
* 汽车行驶方程式：
a） 车速 km/h
式中,—— 车轮滚动半径, m；
—— 发动机转速, r/min。
b） 半径
自由半径 —— 轮胎自由状态下的半径 。
滚动半径 =滚动圆周 /
动态半径：受扭矩时的 m
式中,—— 轮辋直径, in；
—— 轮胎宽度, in；
—— 径向变形系数,0.1～ 0.16。
jwift FFFFF ????
dt
dVmVACiGfG
r
niiM a
a
d
mks,
45.21..
,200 ??????
0
3 7 7.0 ii nrV
k
a ?
??
r
n
??
?
?
?
95.0:
97.0:2
自由半径普通
自由半径子午?
?????? ??? )1.(20 2 5 4.0 ?bdr d
?
b
d
c） 传动效率
功率损失,① 机械损失
② 液力损失
由实验得到
1,驱动力 — 车速图：
各档驱动力与车速的关系 。
驱动力 — 行驶阻力图：
在上图上再画上行驶阻力曲线 。
2,动力特性图：动力因数 — 车速关系曲线
物理意义,单位车重所具有的后备驱动力,
标志着汽车克服,, 能力,
可用于比较不同重量, 不同空气阻力的汽车 。
e
T
e
Tem
P
P
P
PP ???? 1?
m?
G
FFD wt ??
fF iF jF
3,功率平衡图：驱动功率, 行驶阻力功率与车速的关系 。
kw
mst PP ??? 9549nMPs ??
二, 分析驱动平衡图可方便, 形象地确定汽车最高车速,
加速性能和爬坡能力
1,最高车速
驱动力曲线与总阻力曲线的交点
wift FFFF ???
2,汽车的爬坡能力
汽车爬坡能力指在良好路面上, 克服之后, 剩余驱动
力全部用来爬坡所能爬上的坡度 。 wf FF ?
0?dtdv
)( wfti FFFF ??? )(s i n wft FFFG ???? ?
G
FFF wft )(s in ???? m a xc o s ???? fD
3,汽车的加速能力
当 可知, 可求出, 作出 图 。
由于 需用仪器测定, 一般常用加速时间评价汽车加速性能 。
例如：最高档加速性能 15km/h 0.8
当从
但 与 的关系式不易确定, 所以一般用图解法,
gfDgG FFFdtdv wft ?? ????? )(
j
? Vj?j
maxV
dt
dvj ?
1V2V
? ??? t VV dvjdtT 0 21 1
j1 dv
一, 汽车行驶的驱动 —— 附着条件
∵
∴ 才能加速行驶
1,驱动条件 —— 第一条件
2,附着条件 —— 第二条件
附着力 —— 地面对轮胎切向反作用力极限值 。
在硬路面上
其中 为附着系数 。
对于后轮驱动的汽车：
∵ ∴
又 ∵
（ 附着条件 ）
综合上述, 汽车驱动附着条件：
§ 2-4 行驶附着条件
)(,iwft fFFFdtdvm ?????
iwft FFFF ???
??,m a x ZX FFF ??
?
?? ???? 22 ZftX FMMF )(2 fFF Zt ?? ?
0?f
??? 2Zt FF
?? ????? Ztwif FFFFF
二, 车轮法向反作用力
汽车的附着力取决于法向反作用力
和附着系数, 其中附着系数在第四章
介绍这里仅介绍车轮法向反作用力 。
1.静态法向反力
前轴：
后轴：
2,惯性力引起的法向反力
前轴：
后轴：
L
LGF
Z 210 ?
L
LGF
Z 120 ?
l
h
dt
dvmF
dZ ???1
l
h
dt
dvmF
dZ ??2
021 ?? dZdZ FF
3,空气阻力引起的法向反力
前轴：
后轴：
4,升力引起的法向反力
前轴：
后轴：
其中, 为前后轴升力 。
综合上述, 汽车行驶前后轴的反力
分别为：
L
hFF w
wwZ ??1
LhFF wwwZ ?2
ssZ FF ??? 11
ssZ FF ??? 22
sF?1 sF?2
?
?
?
??
?
?
????
????
s
w
waZ
s
w
waZ
F
L
h
F
L
h
dt
dv
m
L
L
GF
F
L
h
F
L
h
dt
dv
m
L
L
GF
2
1
2
1
2
1
?
?
三, 附着条件限制的加速能力
条件：低速档加速能力 （ 最大 ）
1 及 忽略
2 忽略旋转惯性力矩
前驱动
其中 —— 极限值
∵
∴
故
同理, 后驱动：
全驱动,∵
∴
xX2
wF sF
iF
XmFXmFF ffX ???? ????? 221 ?
??? 11 ZX FF
LhdtdvmLLGF aZ ?? 21
dtdvgGFLhdtdvmLLG fa ???????? ? 22 ?
ghfL LLfdtdv ??? ??? )(, 21? ?
ghfL LLfdtdv ??? ??? )(, 12? ?
dtdvgGG a ???
gdtdv,??
四, 附着条件限制的上坡能力
前驱动,相当于
∵ 相当于
后驱动：
∵
∴
全驱动：
五, 驱动系统布置和行驶附着条件
从公式中
与, 有关
前驱动
牵引系数：
X? ?sin?g
g ?cos?g
?? ?? co s)(s i n 21 ???? ???? ghfL LLfg
hfL
LfLtgi
???
????
)(
21
?
??
?? s inggX ????
hfL
LfLtgi
???
????
)( 12?
??
?? ?? tgi
hfL
LLftgi
)(
,21
??
????
?
??
i 1L 2L
??
?
质量轴间分布
发动机布置
G
F
L
Ltgi Z 0.12 ????? ??? ????
汽车重力
驱动轮静态反力??
汽车行驶时所需要的功率取决于行驶阻力：
当 匀速
加速
§ 2-1 汽车行驶需要的功率和能量
)( aVFPP ????驱
)( aVFPP ????驱
一、汽车的行驶阻力
1．车辆阻力 2．空气阻力 3．上坡（度）阻力 4．加速阻力
1,车轮阻力
组成,1） 滚动阻力
2） 路面阻力
3） 轮胎侧偏阻力
1） 滚动阻力
a,变形阻力
b,摩擦力
1） 滚动阻力 a,变形阻力 b,摩擦力
a,变形阻力
轮胎在滚动时, 有两种变形：
径向变形 周向变形
轮胎滚动时的滞后损失 。
弹性轮胎在硬路面上的滚动实质，如下图
滚动阻力,
∵
∴
令, 即滚动阻力系数,
lFM zg ??
lFMrT gd 21 ??
r
eF
r
MT
Zg ??
az GZF ??
ref ?
b,摩擦力
a) 胎面与路面的摩擦
b) 轮胎变形使外胎与内胎, 内胎与 垫之间
c) 汽车振动时, 钢板间及各活动悬架之间
2） 路面阻力
a,柔软路面 b,积 水路面
3) 轮胎侧偏阻力
当 Va=40km/h时
变形阻力,90～ 95%
摩擦阻力,2～ 10%
影响滚动阻力的因素：
1） 车重：转动 ↑ 轮胎变形 ↑ f↑
2） 路面：路面塑性变形大 f↑
3） 轮胎结构：子干胎比普通胎 f↓ 刚度好变形小
4） 轮胎气压：气压 ↓ 变形 ↑ f↑ 但坏路 f↓
5） 车速,当 Va＜ 50km/h f≈c
当 Va＞ 100 f↑ Va＜ 150～ 200
当 Va↑,振动 Hz↑,轮胎周向, 侧向扭曲变形 ↑
2,空气阻力
定义,汽车在直线行驶时, 空气作用力在行驶方向上的分力 。
1） 组成,空气阻力由表面阻力和压力阻力组成 。
表面阻力：空气有粘度
压力阻力：车外形状
诱导阻力：空气升力在水平方向投影
内部阻力：流经散热器, 发动机, 车箱的阻力
干扰阻力：表面突起物, 车门把手, 后视镜底盘
其中, 压差和诱导阻力,50～ 90% （ 干扰在内 ）
内部阻力,2～ 11%
表面阻力,3～ 30%
2） 计算方法：
空气对物体的阻力与下列因素有关 。
流速 U, 对汽车来说, 相对速度 V= Va± Vf
密度, 空气密度, 在一定条件下是常数
迎风面积 A,与车形有关
式中 为无因次的空气阻力系数 。
?
2
0 2 ?
???? ACF
D
DC
在一般动力计算中, 认为空气阻力作用在风帆中心,
NAVCF DW 15.21
2
?
式中,CD—— 空气阻力系数，实验得出；
A—— 迎面面积, 汽车在行驶方向的投影, m2；
V—— 相对速度, km/h。
例,A
典型轿车 1.4～ 2.6 0.4～ 0.6
货 车 3～ 7 0.8～ 1.0
大 客 车 4～ 7 0.6～ 0.7
3） 影响空气阻力因素
（ 1） 车速,与 V2成正比关系, 而功率则与 V3成正比关系
（ 2） A,车型, H↓为好
（ 3） 表面,突出物及光洁程度
（ 4）, 车身形状 （ 流线型好 ）
DC
DC
式中,—— 坡道角度
∵
对公路来说,i 很小 ＜ 9%
∴
故
由于坡道阻力及滚动阻力与道路有关, 所以通常以道路阻力代表两者之和 。
4,加速阻力
定义：汽车加速时, 需要克服其质量加速时的惯性力 。
汽车质量：
① 平移质量
② 旋转质量
3,坡度阻力：汽车重力沿坡道的分力 。
?s in?? GFi
?
?tg?? shi
?? tgsin ?
gdt
G d vF
jt ?
rIF jr /???
iGGGF fi ?????? ?? tgs i n
为了便于计算：
把旋转质量惯性力转化为平移质量惯性力，以系数 作为
计入旋转质量后的“汽车质量换算系数”。
即
（ N）
其中,—— 汽车旋转质量换算系数 （ ＞ 1） ；
G —— 汽车质量, Kg；
—— 行驶加速度, m/s2。
主要与飞轮的转动惯量
车轮的转动惯量
传动系转动惯量 有关
?
dt
dvm
g
G
dt
dvF
j,?? ??
?
?
dtdv
?
202 iiIm ?
RI
2
0iIc
忽略传动系：
当进行动力性初步计算时, 若不知道准确, 可按下列经验公式估算：
m
kmR
r
iiI
mr
I
m ?? 2
2
0
2
2
111 ????
Rm II,
2211 ki??? ???
05.0~03.021 ?? ??
二, 汽车行驶方程式
根据上述分析,
可得出汽车行驶方程式
或
1,式中表明了各物理量之间的数量关系, 可方便地进行动力分析 。
2,式中某量并不表示汽车外力：
质心的
（ 总效应 ）
3,结论是正确的 。
所需要的功率：
jift FFFFF ???? ?
dt
dvGVACG
r
iiM
miaDf
d
Tks ?? ??????? 20 15.21
ft FF、
dt
dv
dt
dvm
m??
aaaaa VV
ACV
dt
dvmVifGP ?????? 2
15.21.)( ?
三, 循环行驶
1,几种典型的行驶循环
例 1：日本 1975年排气规定,
10人以下的轿车, 25人以下的轻型车,按 10工况热循环试验：模拟起步,
停车多的市中心行驶条件, =17.7km/h。
n工况冷循环试验：发动机起动后还未走热, 汽车已起程, 例如从郊区向
市内行驶, km/h。
2,循环行驶的能量
平路无风条件下：
其中, 滚动阻力部分消耗,
风阻部分消耗：
加速阻力部分消耗：
以上就是循环行驶中功率和能量的关系 。
V
5.30?V
? ??? t dtPW 0
? ???? t aaD dtVVACdtdvgGfGW 0 2 }15.21.{ ?
? ?? t aR dtVGfW 0
? ?? t aD dtVACWw 0 315.21
? ?? t aj dtVdtdvgGW 0 ?
§ 2-2 汽车的驱动系统
一, 汽车动力装置的评价与选择
1,使用性能：特性曲线, 操纵性, 起动性
2,经济性：燃料消耗, 泵位功率的成本
3,对环境的影响：排气, 噪声, 振动
二, 活塞式内燃机特性
发动机特性曲线：发动机功率, 转矩,
油耗与发动机转速之间的函数关系曲线 。
当节流阀全开：发动机外特性曲线
当节流阀部分开：发动机负荷特性曲线
转矩, 功率和转速之间的关系式：
kw
式中,—— 发动机转矩, N.m；
—— 发动机转速, r/min。
9 5 4 9
.nMP
e ?
M
n
注意：
1,发动机制造厂提供的特性曲线：在试验台上无空
滤, 水泵, 风扇, 消声, 发电机等件, 若全带上则称
为, 使用特性曲线, 。
2,台架试验是在稳定转速下测定 P,M。
实际上, 发动机热工况, 混合气浓度与台架不同 。 例
如加速时, M比稳定工况下降 5～ 8%。
但是 1,变工况的研究不多见
2,数值相差不大
所以, 动力性估算中, 仍用台架使用外特性 。
三、离合器和液力偶合器特性
特点：,
效率：
滑转率：
功率损失：
AE MM ? AE nn ?
E
A
EE
AA
E
A
n
n
nM
nM
P
P ???
.
.?
????? 1
E
AE
n
nnS
EE PSP,)1( ?? ?
1,机械式离合器
主动片：外特性一点,,,
从动片：, 当 时,, （ 接合完毕 ）
2,液力偶合器
（ 主动 ） 泵轮：
其中,是随涡轮与泵轮转速比变化的系数 。
当 ～一个工作点
当 接合完毕
当
为减少损失 尽量接近,一般
c cn cMcP
cA MM ? cA nn ? 0?S
EA PP ?
22 PP DKnM ??
K
0/ ?PT nn
M
cnn PT ?/
1/ ?PT nn 0?K
Tn Pn PT nn 98.0?
四,变速器和液力变扭器特性
驱动轮上理想的扭矩、功率特性。
在整个转速范围内都能使用最大功率 。
特点,1） 功率曲线平行于 轴
2） 扭矩曲线是双曲线
效率：
功率损失：
n
EE
AA
E
A nM nMPP ???
EP)1( ??
1,机械式变速器
固定速比,（ ）
例如,4档变速器 E
A
A
E
M
M
n
ni ?? 1??
∵ 与理想扭矩特性有空隙
∴ a,合理选速比
b,多设档位
最高档速比 —— 最高车速
最低档速比 —— 最大驱动扭矩, 汽车最低稳定车速
中间速比 —— 发动机工作稳定性
aV
即在扭矩曲线 点右边工作
发动机稳定工况条件
dV
dm
dV
dM e '?
maxM )( m a xMnn ?
换档时：
① 相邻两档中, 高档在
立即换入低档：低档应在 )( m a xMn maxn
② 设计时, 高档略高于
低档略低于
)( m axMn
maxn
③ 实际换档, 不考虑车速下降
即 令
如上所述
10
1
0
.2.2
?
? ????
k
dk
k
dk
ii
rn
ii
rnV ??
k
k
k
k
n
n
i
i 11 ?? ? kknnq 1??
)( m a x
m a x
Mn
nq ?
0.2~5.1m a x ?q
速比分配方法：
1,等比级数分配
车速与档位关系：
速比等比级数分配图如右：
cq?
342321,qiqiqii ?????
k
d
K ii
nrU
0
.2 ???? ?
例题
已知,CA10B 一档 四档
求,按等比级数分配的,
解：
∵
∴
∴
故
24.61 ?i
14 ?i
2i 3i
qiiiiii ???
4
3
3
2
2
1
14 ?i
321 iii ?? 232 ii ? 331 ii ?
3 13 ii ?
1i 3 212 ii ? 3 13 ii ? 14 ?i
2） 渐近式速比分配
现代轿车使用车速范围大, 多采用渐进式速比分配 。
以 4档变速为例：； ； ；
高速间速比值小于低挡间速比比值 。
cq ?
0
21
4
3 qq
i
i ?? 121
3
2 qq
i
i ? 2
21
2
1 qq
i
i ? 2.1~1.12 ?q
从下图中可看出
① 在高档 ↓
② 特性场中空隙低档比高档大
2,液力变矩器
,自学,
V?
§ 2-3 动力性分析
一, 驱动力 —— 行驶阻力平衡图, 动力特性图, 功率平衡图
* 汽车行驶方程式：
a） 车速 km/h
式中,—— 车轮滚动半径, m；
—— 发动机转速, r/min。
b） 半径
自由半径 —— 轮胎自由状态下的半径 。
滚动半径 =滚动圆周 /
动态半径：受扭矩时的 m
式中,—— 轮辋直径, in；
—— 轮胎宽度, in；
—— 径向变形系数,0.1～ 0.16。
jwift FFFFF ????
dt
dVmVACiGfG
r
niiM a
a
d
mks,
45.21..
,200 ??????
0
3 7 7.0 ii nrV
k
a ?
??
r
n
??
?
?
?
95.0:
97.0:2
自由半径普通
自由半径子午?
?????? ??? )1.(20 2 5 4.0 ?bdr d
?
b
d
c） 传动效率
功率损失,① 机械损失
② 液力损失
由实验得到
1,驱动力 — 车速图：
各档驱动力与车速的关系 。
驱动力 — 行驶阻力图：
在上图上再画上行驶阻力曲线 。
2,动力特性图：动力因数 — 车速关系曲线
物理意义,单位车重所具有的后备驱动力,
标志着汽车克服,, 能力,
可用于比较不同重量, 不同空气阻力的汽车 。
e
T
e
Tem
P
P
P
PP ???? 1?
m?
G
FFD wt ??
fF iF jF
3,功率平衡图：驱动功率, 行驶阻力功率与车速的关系 。
kw
mst PP ??? 9549nMPs ??
二, 分析驱动平衡图可方便, 形象地确定汽车最高车速,
加速性能和爬坡能力
1,最高车速
驱动力曲线与总阻力曲线的交点
wift FFFF ???
2,汽车的爬坡能力
汽车爬坡能力指在良好路面上, 克服之后, 剩余驱动
力全部用来爬坡所能爬上的坡度 。 wf FF ?
0?dtdv
)( wfti FFFF ??? )(s i n wft FFFG ???? ?
G
FFF wft )(s in ???? m a xc o s ???? fD
3,汽车的加速能力
当 可知, 可求出, 作出 图 。
由于 需用仪器测定, 一般常用加速时间评价汽车加速性能 。
例如：最高档加速性能 15km/h 0.8
当从
但 与 的关系式不易确定, 所以一般用图解法,
gfDgG FFFdtdv wft ?? ????? )(
j
? Vj?j
maxV
dt
dvj ?
1V2V
? ??? t VV dvjdtT 0 21 1
j1 dv
一, 汽车行驶的驱动 —— 附着条件
∵
∴ 才能加速行驶
1,驱动条件 —— 第一条件
2,附着条件 —— 第二条件
附着力 —— 地面对轮胎切向反作用力极限值 。
在硬路面上
其中 为附着系数 。
对于后轮驱动的汽车：
∵ ∴
又 ∵
（ 附着条件 ）
综合上述, 汽车驱动附着条件：
§ 2-4 行驶附着条件
)(,iwft fFFFdtdvm ?????
iwft FFFF ???
??,m a x ZX FFF ??
?
?? ???? 22 ZftX FMMF )(2 fFF Zt ?? ?
0?f
??? 2Zt FF
?? ????? Ztwif FFFFF
二, 车轮法向反作用力
汽车的附着力取决于法向反作用力
和附着系数, 其中附着系数在第四章
介绍这里仅介绍车轮法向反作用力 。
1.静态法向反力
前轴：
后轴：
2,惯性力引起的法向反力
前轴：
后轴：
L
LGF
Z 210 ?
L
LGF
Z 120 ?
l
h
dt
dvmF
dZ ???1
l
h
dt
dvmF
dZ ??2
021 ?? dZdZ FF
3,空气阻力引起的法向反力
前轴：
后轴：
4,升力引起的法向反力
前轴：
后轴：
其中, 为前后轴升力 。
综合上述, 汽车行驶前后轴的反力
分别为：
L
hFF w
wwZ ??1
LhFF wwwZ ?2
ssZ FF ??? 11
ssZ FF ??? 22
sF?1 sF?2
?
?
?
??
?
?
????
????
s
w
waZ
s
w
waZ
F
L
h
F
L
h
dt
dv
m
L
L
GF
F
L
h
F
L
h
dt
dv
m
L
L
GF
2
1
2
1
2
1
?
?
三, 附着条件限制的加速能力
条件：低速档加速能力 （ 最大 ）
1 及 忽略
2 忽略旋转惯性力矩
前驱动
其中 —— 极限值
∵
∴
故
同理, 后驱动：
全驱动,∵
∴
xX2
wF sF
iF
XmFXmFF ffX ???? ????? 221 ?
??? 11 ZX FF
LhdtdvmLLGF aZ ?? 21
dtdvgGFLhdtdvmLLG fa ???????? ? 22 ?
ghfL LLfdtdv ??? ??? )(, 21? ?
ghfL LLfdtdv ??? ??? )(, 12? ?
dtdvgGG a ???
gdtdv,??
四, 附着条件限制的上坡能力
前驱动,相当于
∵ 相当于
后驱动：
∵
∴
全驱动：
五, 驱动系统布置和行驶附着条件
从公式中
与, 有关
前驱动
牵引系数：
X? ?sin?g
g ?cos?g
?? ?? co s)(s i n 21 ???? ???? ghfL LLfg
hfL
LfLtgi
???
????
)(
21
?
??
?? s inggX ????
hfL
LfLtgi
???
????
)( 12?
??
?? ?? tgi
hfL
LLftgi
)(
,21
??
????
?
??
i 1L 2L
??
?
质量轴间分布
发动机布置
G
F
L
Ltgi Z 0.12 ????? ??? ????
汽车重力
驱动轮静态反力??
