汽車驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力

1.2汽車驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力汽車動(dòng)力傳遞路線：發(fā)動(dòng)機(jī)→離合器→變速器→副變速器→傳動(dòng)軸→主減速器→差速器→半軸→輪邊減速器→車輪問(wèn)題1、汽車的動(dòng)力傳遞路線？圖1-2汽車驅(qū)動(dòng)力TractiveForce部分負(fù)荷特性：節(jié)氣門部分開(kāi)啟時(shí)，轉(zhuǎn)矩或功率等與轉(zhuǎn)速的關(guān)系外特性曲線：節(jié)氣門(油門)全開(kāi)時(shí)，轉(zhuǎn)矩或功率等與轉(zhuǎn)速的關(guān)系發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性

圖1-3汽油發(fā)動(dòng)機(jī)外特性BrakingTorqueBrakingHorsepower發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)渡工況的速度特性在過(guò)渡工況，功率和轉(zhuǎn)矩下降約5%～6%。外特性使用或制作方法表格法（輔助插值）曲線族方法數(shù)學(xué)模型法n1n2n3…………nnPe1Pe2Pe3…………PenTt1Tt2Tt3…………Ttnbe1be2be3…………ben外特性及負(fù)荷特性數(shù)學(xué)描述圖1-4汽油發(fā)動(dòng)機(jī)外特性及部分負(fù)荷特性外特性曲線：通常是在試驗(yàn)臺(tái)上未帶水泵、發(fā)電機(jī)等條件下測(cè)得。使用外特性曲線：即帶有全部附件時(shí)的負(fù)荷特性，通常汽油機(jī)較外特性小15％左右，而柴油機(jī)小10％左右。外特性與使用外特性圖1-6發(fā)動(dòng)機(jī)外特性和使用外特性傳動(dòng)系機(jī)械效率ηT主要損失部件

★變速器和主減速器(含差速器)主要損失形式

★液力損失和機(jī)械摩擦損失。液力損失：如攪動(dòng)和磨擦。它與潤(rùn)滑油品種、溫度、轉(zhuǎn)速、油面高度等有關(guān)。

機(jī)械損失：齒輪傳動(dòng)副、軸承、油封等處的摩擦損失傳動(dòng)系機(jī)械效率的確定通常，傳動(dòng)系機(jī)械效率是在專門的試驗(yàn)臺(tái)上測(cè)得的，下圖為某變速器在四檔（直接檔）、五檔（超速檔）工作時(shí)的傳動(dòng)效率。問(wèn)題：為什么四檔的效率較五檔大？同一檔位轉(zhuǎn)矩增加時(shí)，潤(rùn)滑油損失減小，效率高；轉(zhuǎn)速低時(shí)，攪油損失小，傳動(dòng)效率高。1-1200r/min,2-1600r/min3-1900r/min,4-2200r/min汽車傳動(dòng)系總成機(jī)械效率4～6檔變速器ηT=0.966～8檔變速器ηT=0.95傳動(dòng)軸ηT=0.98主減速器ηT=0.96(單級(jí))

ηT=0.92(雙級(jí))汽車傳動(dòng)系機(jī)械效率轎車ηT=0.90~0.92商用車ηT=0.82~0.85越野車ηT=0.80~0.85典型的傳動(dòng)系效率值某汽車變速器的機(jī)械效率車輪半徑r自由半徑r靜力半徑rs滾動(dòng)半徑

rr=S/(2πn)

S—滾動(dòng)距離，n—滾動(dòng)圈數(shù)歐洲車輪委員會(huì)rr=F×d/(2π)

其中:子午線輪胎F=3.05

斜交輪胎F=2.99動(dòng)力學(xué)分析時(shí)，用靜力半徑

；運(yùn)動(dòng)學(xué)分析時(shí)，用滾動(dòng)半徑。常不計(jì)它們的差別，而認(rèn)為：rr=rs=r定義：用Ft-ua曲線圖來(lái)全面地描述汽車的驅(qū)動(dòng)力。若已知外特性曲線、傳動(dòng)系傳動(dòng)比、傳動(dòng)系機(jī)械效率就可以計(jì)算驅(qū)動(dòng)力。汽車的驅(qū)動(dòng)力圖汽車行駛阻力滾動(dòng)阻力Ff:

輪胎內(nèi)部摩擦產(chǎn)生的遲滯損失。這種遲滯損失表現(xiàn)為阻礙車輪運(yùn)動(dòng)的阻力偶。圖1-9輪胎徑向變形曲線圖1－11從動(dòng)輪滾動(dòng)阻力系數(shù)

輪胎內(nèi)部摩擦產(chǎn)生遲滯損失，這種損失表現(xiàn)為阻礙車輪運(yùn)動(dòng)的阻力偶。滾動(dòng)阻力系數(shù)車輪在一定條件下，滾動(dòng)所需要推力Fp1與負(fù)荷W1之比，即單位重力的推力：滾動(dòng)阻力系數(shù)阻力偶用滾動(dòng)阻力描述

滾動(dòng)阻力無(wú)法在受力圖上畫(huà)出，它是一個(gè)數(shù)值，在受力圖上它是切向反力。在實(shí)際計(jì)算時(shí)，可不必考慮阻力偶，而用滾動(dòng)阻力替代圖1－12驅(qū)動(dòng)輪受力圖真正驅(qū)動(dòng)車輪前進(jìn)的力是地面切向反力Fx2。數(shù)值上等于汽車驅(qū)動(dòng)力Ft與滾動(dòng)阻力Ff之差。驅(qū)動(dòng)力與地面縱向（切向）力滾動(dòng)阻力系數(shù)的試驗(yàn)確定法

牽引法、滑行法和轉(zhuǎn)鼓法1.速度ua對(duì)

f的影響對(duì)

f的影響因素

2.

輪胎的結(jié)構(gòu)、材料、簾線對(duì)f的影響也很大。子午線輪胎

f

小，天然橡膠

f

低。f的經(jīng)驗(yàn)公式

一、車輪滾動(dòng)阻力FRFg—輪胎滾動(dòng)阻力；Fs—路面阻力；FQ—輪胎側(cè)偏引起的阻力。1.輪胎滾動(dòng)阻力Fg

1)彈簧輪模型——通常以彈簧輪模型解釋輪胎變形產(chǎn)生阻力（變形、與地面摩擦）的原因。在硬路面上，變形阻力是輪胎滾動(dòng)阻力的主要組成。

(a)彈性車輪在硬路面上的滾動(dòng)一、車輪滾動(dòng)阻力FR彈性物質(zhì)的遲滯損失

(b)遲滯損失造成的反力合力中心前移

2）輪胎滾動(dòng)阻力各成分構(gòu)成比例隨車速的變化關(guān)系一、車輪滾動(dòng)阻力FR變形阻力占90~95%，摩擦阻力占2~10%，輪胎空氣阻力所占比例很小。輪胎滾動(dòng)阻力在144km/h（40m/s）以上時(shí)增加較快，162km/h(45m/s)以上增加更快，180km/h(50m/s)達(dá)到某一臨界車速時(shí)急劇增加，輪胎發(fā)生駐波現(xiàn)象，輪胎周緣不再是圓形而呈現(xiàn)明顯的波浪形。出現(xiàn)駐波后，不但滾動(dòng)阻力顯著增加，輪胎的溫度也很快增加到100度以上，胎面與輪胎簾布層脫落，幾分鐘內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)爆破現(xiàn)象，對(duì)高速行駛的車輛極為危險(xiǎn)。一、車輪滾動(dòng)阻力FR3）輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)fg的定義單位輪荷的輪胎滾動(dòng)阻力來(lái)定義無(wú)因次的滾動(dòng)阻力系數(shù)fg

Fg——輪胎滾動(dòng)阻力

Z——輪胎載荷,可用FZ表示一、車輪滾動(dòng)阻力FR即根據(jù)力矩平衡式：從而：一、車輪滾動(dòng)阻力FR4）輪胎滾動(dòng)阻力同車輪上的力及力矩的關(guān)系結(jié)論：滾動(dòng)阻力與偏心距和輪胎半徑有關(guān)一、車輪滾動(dòng)阻力FR2.各種路面上車輪滾動(dòng)的附加阻力1）由路面不平產(chǎn)生的附加阻力fb：懸架系統(tǒng)的變形形成阻尼功并轉(zhuǎn)化為熱能，產(chǎn)生附加阻力，通常情況下可以忽略一、車輪滾動(dòng)阻力FR2）由路面變形（柔性路面）產(chǎn)生的附加阻力一、車輪滾動(dòng)阻力FR3）積水路面上的阻力輪胎排水產(chǎn)生排水阻力:

h—水層厚度；b—輪胎寬度；ρ—水的密度；v—擠水速度。排水阻力系數(shù)fs=Fs/Z，與車速的關(guān)系見(jiàn)后圖

一、車輪滾動(dòng)阻力FR一、車輪滾動(dòng)阻力FR

3.輪胎側(cè)偏引起的附加阻力側(cè)偏附加阻力系數(shù)fQ=FQ/Z前束角為δ時(shí)，F(xiàn)Q1=2Ysinδ/2側(cè)偏附加阻力FQ=YsinαY——側(cè)向力；α——側(cè)偏角。一、車輪滾動(dòng)阻力FR4.車輪阻力系數(shù)各分量與車速的關(guān)系一、車輪滾動(dòng)阻力FR在實(shí)際計(jì)算中可由下表中選用。一、車輪滾動(dòng)阻力FR從而有：

最后有：二、空氣阻力FW長(zhǎng)方體試驗(yàn)，給出了CW與氣流速度、物體特征尺寸等因素的關(guān)系。汽車直線行駛時(shí)受到的空氣阻力在汽車行駛方向上的分力。分類：壓力阻力和摩擦阻力☆壓力阻力主要受形狀、擾動(dòng)和誘導(dǎo)阻力組成?！钚螤钭枇χ饕c汽車的形狀有關(guān)，約占58％?！钣?jì)算公式為：二、空氣阻力FW圖中雷諾數(shù)：

試驗(yàn)表明：圓角半徑對(duì)阻力影響很大。當(dāng)圓角半徑選擇適當(dāng)，空氣阻力系數(shù)可以降低到0.15左右。在無(wú)風(fēng)條件下，va的單位為km/h；A的單位為m2；一般ρ=1.2258N·s2·m-4，則：二、空氣阻力FW二、空氣阻力FW50~70年代初，轎車CW在0.4~0.6左右；70年代能源危機(jī)后，為降低油耗，各國(guó)都致力于降低CW值；90年代，不少轎車的CW值已降到0.3甚至更低。如Passat轎車的CW已低到0.28；新設(shè)計(jì)車型:0.30以下.1.空氣阻力的組成壓差阻力、誘導(dǎo)阻力、表面阻力、內(nèi)部阻力二、空氣阻力FW1）壓差阻力空氣阻力Fw正比于氣流相對(duì)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)壓力，作用在汽車外形表面上的法向力的合力在行駛方向的分力，約占9%。2）誘導(dǎo)阻力——車輛上下壓差形成橫向氣流，導(dǎo)致車身表面產(chǎn)生渦流分離現(xiàn)象，產(chǎn)生所謂誘導(dǎo)阻力，即空氣升力在水平方向的分力，占7％。車尾的橫向氣流還形成兩股很大的縱向渦流。二、空氣阻力FW3）表面阻力——車身表面氣流的層流層、紊流區(qū)的摩擦力形成的阻力。車身長(zhǎng)的車輛不可忽視。4）內(nèi)部阻力——流經(jīng)散熱器、發(fā)動(dòng)機(jī)艙和車身內(nèi)部的氣流，由于動(dòng)量損失形成的阻力。

空氣阻力各組成部分的比例大致為：壓差和誘導(dǎo)阻力