1、1/48 1.2 汽车驱动力和行驶阻力汽车驱动力和行驶阻力 TgtqtttjwiftiiTTrTFFFFFFFF0汽车动力传递路线：发动机汽车动力传递路线：发动机离合器离合器变速器变速器副变速器副变速器传动轴传动轴主减速器主减速器差速器差速器半半轴轴轮边减速器轮边减速器车轮车轮 问题问题1、汽车的动力传递路线？、汽车的动力传递路线？2/48 图1-2 汽车驱动力 autF0FrZFWtTrTFtt0FFtTractive Force 3/48 部分负荷特性部分负荷特性：节气门部分开启时，转矩或功率：节气门部分开启时，转矩或功率等与转速的关系等与转速的关系 min/,9549),(rnkWnTP
2、NmnfTtqetq外特性曲线外特性曲线：节气门：节气门(油门油门)全开时，转矩或功率等与转速的关系全开时，转矩或功率等与转速的关系 slr/602min/n4/48 maxePmaxtqTtqnpnminnmaxn 图图1-3 汽油发动机外特性汽油发动机外特性 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，功率和转矩下降约在过渡工况，功率和转矩下降约5%5%6%6%。0008.00007.0tqstqstqTdtdTTTT6/48 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
3、 n2 n3 nn Pe1 Pe2 Pe3 Pen Tt1 Tt2 Tt3 Ttn be1 be2 be3 ben tTePntTeP7/48)(,.,3213210 xfyxnyTnanananaaTtqmtqm),(,),(2121xxfyxnxTybTnfbtqetqe8/48 图图1-4 汽油发动机外特性及部分负荷特性汽油发动机外特性及部分负荷特性 tTePntTeP9/48 外特性曲线：外特性曲线：通常是在试验台上未带水泵、发电机等条通常是在试验台上未带水泵、发电机等条件下测得。件下测得。使用外特性曲线使用外特性曲线：即带有全部附件时的负荷特性，通常：即带有全部附件时的负荷特性，通常
4、汽油机较外特性小汽油机较外特性小15左右，而柴油机小左右，而柴油机小10左右。左右。图图1-6 发动机外特性和使用外特性发动机外特性和使用外特性 10/48 传动系机械效率传动系机械效率T 主要损失部件主要损失部件 变速器和主减速器变速器和主减速器(含差速器含差速器)主要损失形式主要损失形式 液力损失和机械摩擦损失。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、液力损失：如搅动和磨擦。它与润滑油品种、温度、转速、油面高度等有关转速、油面高度等有关。机械损失：齿轮传动副、轴承、油封等处的摩擦损失机械损失：齿轮传动副、轴承、油封等处的摩擦损失%100)1(%100ePPPP
5、PTeTeT11/48 传动系机械效率的确定传动系机械效率的确定 通常，传动系机械效率是在专门的试验台上测得的，下图为某通常，传动系机械效率是在专门的试验台上测得的，下图为某变速器在四档（直接档）、五档（超速档）工作时的传动效率。变速器在四档（直接档）、五档（超速档）工作时的传动效率。问题：问题：为什么四档的效率较五档大？为什么四档的效率较五档大？同一档位转矩增加时，润滑油损失减小，效率高；同一档位转矩增加时，润滑油损失减小，效率高；转速低时，搅油损失小，传动效率高。转速低时，搅油损失小，传动效率高。1-1200r/min,2-1600r/min 3-1900r/min,4-2200r/min
6、 12/48 汽车传动系总成机械效率 46档变速器T=0.96 68档变速器T=0.95 传动轴T=0.98 主减速器T=0.96(单级)T=0.92(双级)汽车传动系机械效率 轿车T=0.900.92 商用车T=0.820.85 越野车T=0.800.85 13/48 某汽车变速器的机械效率某汽车变速器的机械效率 1,01,0236.00058.000098.0)()()0325.0exp(076.02400130)443.0exp(938.05006)()()()(),(2444321ggggggEtqtqTgEtqgEtqTiiiiififTTTnifTfnfTfiTnTf14/48 车
7、轮半径车轮半径 r 自由半径自由半径r 静力半径静力半径 rs 滚动半径滚动半径 rr=S/(2n)S滚动距离，n滚动圈数 欧洲车轮委员会欧洲车轮委员会 rr=Fd/(2)其中:子午线轮胎 F=3.05 斜交轮胎 F=2.99 动力学分析时，用静力半径动力学分析时，用静力半径；运动学分析时，；运动学分析时，用滚动半径。常不计它们的差别，而认为：用滚动半径。常不计它们的差别，而认为：rr=rs=r 15/48 定义：定义：用用Ft-ua曲线图来全面地描述汽车的驱动力。曲线图来全面地描述汽车的驱动力。若已知外特性曲线、传动系传动比、传动系机若已知外特性曲线、传动系传动比、传动系机械效率就可以计算驱
8、动力。械效率就可以计算驱动力。)()(atqufnfTaurtqTtF1tF2tF3tF4tFtF驱动力au车速，汽车驱动力图rTFtt17/48 汽车行驶阻力汽车行驶阻力 滚动阻力滚动阻力Ff :轮胎内部摩擦产生的迟轮胎内部摩擦产生的迟滞损失滞损失。这种迟滞损失表现为阻碍车这种迟滞损失表现为阻碍车轮运动的阻力偶。轮运动的阻力偶。jiwfFFFFF18/48 CDKNF,mmh/ZF图图1-9 轮胎径向变形曲线轮胎径向变形曲线 19/48 1ZFa1xF1fT1W1pFau图图1 11111 从动轮从动轮 20/48 滚动阻力系数滚动阻力系数 轮胎内部摩擦产生迟滞损失，这种轮胎内部摩擦产生迟滞
9、损失，这种损失表现为阻碍车轮运动的阻力偶。损失表现为阻碍车轮运动的阻力偶。111111111111WFffWFrafFraFrFrFaFTWFppzppxzfz则令滚动阻力系数ff21/48 滚动阻力系数滚动阻力系数 车轮在一定条件下，滚动所车轮在一定条件下，滚动所需要推力需要推力Fp1与负荷与负荷W1之比，之比，即单位重力的推力即单位重力的推力：rTFWFffpp1111且22/48 阻力偶用滚动阻力描述阻力偶用滚动阻力描述 滚动阻力无法在受力图上画出，它是滚动阻力无法在受力图上画出，它是一个数值一个数值，在受力图上它是切向反力。在受力图上它是切向反力。11xFWf在实际计算时在实际计算时，
10、可不必考虑阻力偶，而用可不必考虑阻力偶，而用滚滚动阻力替代动阻力替代 23/48 2ZFa2xF2pF2WtT222WfFraFzf22222222/ftxfxtZxtZxtFFFFFFraFFrTaFrFT图图112 驱驱动动轮轮受受力力图图 au24/48 真正驱动车轮前进的力是地面切向反真正驱动车轮前进的力是地面切向反力力Fx2。数值上等于汽车驱动力数值上等于汽车驱动力Ft与滚与滚动阻力动阻力Ff之差。之差。22222ftftxftxFFrTrTFTTT25/48 滚动阻力系数的试验确定法滚动阻力系数的试验确定法 牵引法、滑行法和转鼓法牵引法、滑行法和转鼓法 1.速度速度ua对对 f 的
11、影响的影响 脱落和爆裂。产生驻波现象，高温、fhkmuconstfhkmuaa,/200.,/100对对 f 的影响的影响因素因素 26/48 2.轮胎的结构、材料、帘线对轮胎的结构、材料、帘线对f 的影响也很大。的影响也很大。子午线轮胎子午线轮胎 f 小，天然橡胶小，天然橡胶 f 低。低。fPfWPfPaaa参与变形（稍微）道路寿命道路受力27/48 f 的的经验公式经验公式 aaaauf,ufu.f)/u(ff商用车轿车商用车：轿车：220000056000760194401甚至增加几十倍。侧滑时。通常不考虑转弯的影响转弯时f%,f1005028/48 一、车轮滚动阻力FR Fg轮胎滚动阻
12、力；Fs路面阻力；FQ轮胎侧偏引起的阻力。QsgRFFFF1.轮胎滚动阻力Fg 1)弹簧轮模型通常以弹簧轮模型解释轮胎变形产生阻力（变形、与地面摩擦）的原因。在硬路面上，变形阻力是轮胎滚动阻力的主要组成。29/48 (a)弹性车轮在硬路面上的滚动 一、车轮滚动阻力FR 弹性物质的迟滞损失 (b)迟滞损失造成的反力合力中心前移 30/48 2 2）轮胎滚动阻力各成分构成比例随车速的变化关系）轮胎滚动阻力各成分构成比例随车速的变化关系 一、车轮滚动阻力FR 变形阻力占9095%，摩擦阻力占210%，轮胎空气阻力所占比例很小。31/48 轮胎滚动阻力在轮胎滚动阻力在144km/h（40m/s）以上以
13、上时增加较快时增加较快，162km/h(45m/s)以上增以上增加更快加更快，180km/h(50m/s)达到某一临达到某一临界车速时急剧增加界车速时急剧增加，轮胎发生轮胎发生驻波驻波现现象象，轮胎周缘不再是圆形而呈现明显轮胎周缘不再是圆形而呈现明显的波浪形的波浪形。出现驻波后出现驻波后，不但滚动阻力显著增加不但滚动阻力显著增加，轮轮胎的温度也很快增加到胎的温度也很快增加到100度度以上以上，胎胎面与轮胎帘布层脱落面与轮胎帘布层脱落，几分钟内就会几分钟内就会出现出现爆破爆破现象现象，对高速行驶的车辆极对高速行驶的车辆极为危险为危险。一、车轮滚动阻力FR 32/48 3 3）轮胎滚动阻力系数轮胎
14、滚动阻力系数f fg g的定义的定义 单位轮荷的轮胎滚动阻力来定义无因次的滚动阻力系数单位轮荷的轮胎滚动阻力来定义无因次的滚动阻力系数fg ZFfgg/Fg轮胎滚动阻力 Z 轮胎载荷,可用FZ表示 一、车轮滚动阻力FR ZfFgg即 33/48 dggreZFf根据力矩平衡式：0eFrFMzdgg从而：一、车轮滚动阻力FR 4）轮胎滚动阻力同车轮上的力及力矩的关系 结论：滚动阻力与偏心距和轮胎半径有关 34/48 一、车轮滚动阻力FR eFrFzdp1eFMrFzgdx235/48 2.2.各种路面上车轮滚动的附加阻力各种路面上车轮滚动的附加阻力 1）由路面不平产生的附加阻力）由路面不平产生的
15、附加阻力fb：悬架系统的变形形成阻尼功并转化为热能，悬架系统的变形形成阻尼功并转化为热能，产生附加阻力，通常情况下可以忽略产生附加阻力，通常情况下可以忽略 一、车轮滚动阻力FR 2）由路面变形（柔性路面）产生的附加阻力 36/48 一、车轮滚动阻力FR 37/48 3 3）积水路面上的阻力）积水路面上的阻力 轮胎排水产生排水阻力轮胎排水产生排水阻力:221vhbFs h 水层厚度；b 轮胎宽度；水的密度；v 挤水速度。排水阻力系数 fs=Fs/Z ，与车速的关系见后图 一、车轮滚动阻力FR 38/48 一、车轮滚动阻力FR 39/48 3.3.轮胎侧偏引起的附加阻力轮胎侧偏引起的附加阻力 侧偏
16、附加阻力系数 fQ=FQ/Z 前束角为时，FQ1=2Ysin/2 侧偏附加阻力 FQ=Ysin Y 侧向力；侧偏角。一、车轮滚动阻力FR 40/48 4.4.车轮阻力系数各分量与车速的关系车轮阻力系数各分量与车速的关系 一、车轮滚动阻力FR 41/48 在实际计算中可由下表中选用。在实际计算中可由下表中选用。GfFRR一、车轮滚动阻力FR 从而有：QsgRFFFF最后有：GfFRR42/48 2)(21faWWvvACF空气密度。空气阻力系数；车辆迎面面积；风速；车速；WfaCAvv二、空气阻力FW 长方体试验，给出了CW与气流速度、物体特征尺寸等因素的关系。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。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。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，约占形状阻力主要与汽车的形状有关，约占58。计算公式为：计算公式为：43/48 二、空气阻力FW 44/48 图中雷诺数：lvRwe气体运动粘度长方体特征尺寸；气体流速；
