【自学笔记】

定义：汽车的动力性指 良好路面上 直线行驶时 由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。(关键词：良好路面、直线行驶、纵向外力、平均速度)

一、汽车的动力性指标

从获得尽可能高的平均行驶速度出发，汽车的动力性主要由三方面的评定。

汽车的动力性指标：

（1）最高车速

（2）加速时间

（3）爬坡能力

加速时间常用原地起步加速时间和超车加速时间。原地起步加速时间：由一档或二挡起步，逐步换挡加速到一定距离或车速所需的时间；超车加速时间：用最高档或次高档由某一较低车速全力加速至某一高速所需的时间。

一档的驱动力大，所以一般爬坡能力用一档的最大爬坡度来衡量，一档加速能力大。

二、汽车驱动力和行驶阻力

汽车的驱动力即发动机输出的转矩经传动系统传递到渠东路上，驱动汽车行驶的力。（地面给的反作用力）

Tt是发动机转矩经传动系传递到车轮的转矩；r是车轮半径。

对装有分动器、轮边减速器、液力传动装置的汽车，应记入相应的传动比和机械效率

Ttq表示发动机输出转矩（区别Tt），ig表示变速器的传动比，i0表示主减速器的传动比，nt表示传动系的机械效率。

1.发动机转速特性

将发动机的功率Pe、转矩Ttq和燃油消耗率b与发动机曲轴转速n之间的函数关系用曲线表示，称为发动机的转速特性曲线，或者简称为发动机特性曲线。

如果发动机节气门全开（或高压油泵在最大供油量位置），则此特性曲线称为发动机外特性曲线；如果节气门部分开启（或部分供油），则称为发动机部分负荷特性曲线。

汽油发动机外特性中的功率和转矩曲线

功率和转矩有如下关系：（转矩单位N·m，功率单位KW，转速单位r/min）

发动机制造厂提供的发动机特性曲线，有时是在试验台上未带水泵、发电机等条件下测得的。带上全部附件设备的发动机的特性曲线称为使用外特性曲线。使用外特性曲线的功率比外特性曲线的功率小。

2.车轮的半径

自由半径：车轮处于无载时

静力半径：汽车静止时，车轮中心至轮胎与地面接触面的距离。由于径向载荷的作用，轮胎发生显著变形，静力半径小于自由半径。

作动力学分析时，可以都统一设为车轮半径r。

3.汽车的驱动力图

根据发动机外特性确定的驱动力与车速之间的函数关系称为汽车的驱动力图。

发动机的转速与汽车行驶速度之间的关系式：

货车NKR552/555的驱动力图

4.汽车的行驶阻力

汽车的行驶阻力包括滚动阻力Ff，空气阻力Fw，坡道阻力Fi，加速阻力Fj。滚动阻力和空气阻力是是任何行驶条件下都存在的，坡道阻力和加速阻力仅在一定行驶条件下存在。

4.1 滚动阻力

滚动阻力主要来自轮胎变形。由于轮胎有内部摩擦产生弹性迟滞损失，使轮胎变形时对它做的功不能全部回收。（能量转化为热量耗散在大气中）

滚动阻力系数：

f是车轮在一定条件下滚动时所需推力与车轮负荷之比

Fp1是推力，W是法向载荷

滚动阻力等于滚动阻力系数和车轮负荷的乘积：

实际上，作用在车轮上驱动汽车行驶的地面反力，是驱动力减去滚动阻力。

滚动阻力系数由实验确定，与路面种类、车速、轮胎构造和材料、气压等有关。

行驶车速过高时，轮胎会发生驻波现象，滚动阻力迅速增加，此时轮胎周缘不再是圆形而是波浪形，温度上升，帘布层脱落，不久就会爆胎。

4.2 空气阻力

空气阻力分为压力阻力和摩擦阻力两部分。

其中压力阻力又可细分为四部分：形状阻力（车身形状）、干扰阻力（车身凸起物，如后视镜、门把手等）、内循环阻力（气体流经汽车内部，如发动机冷却系统）和诱导阻力（空气升力在水平方向的投影）。形状阻力占比最大（58%），干扰阻力（14%）和内循环阻力（12%）次之，诱导阻力（9%）最低。

摩擦阻力是空气粘性在车身表面产生的切向力的合力在行驶方向上的合力。

无风条件下，计算式：

Cd是空气阻力系数，A是迎风面积，Ua是车速。

降低Cd值是降低空气阻力的主要手段。

其方法有：

（1）车身前部：发动机盖下倾。

（2）整车：整个车身向前倾斜1-2度

（3）汽车后部：最好采用舱背式或直背式（后扰流板）

（4）车身底部：下盖板平滑，最好在中部或后轮以后微微太高

（5）发动机冷却进风系统：仔细选择进风口和出风口位置，有高效率的冷却水箱、精心设计的内部风道。

4.3 坡道阻力

道路坡道i指坡高h与底长s之比，（表示为百分数的形式）

汽车的坡道阻力

坡道阻力就是汽车重力沿坡道的分力。坡道较小时，sina=tana=i。此时

坡道阻力和滚动阻力都是和道路状况有关的，并且都与汽车重力成正比，所以合在一起称作道路阻力，以

表示。a不大时，cosa=1，sina=i，即

令f+i=

，称为道路阻力系数，则

4.4 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Fj。公式为：

其中，

为汽车质量换算系数，

>1；m是汽车质量；

是行驶加速度。

主要与飞轮的转动惯量、车轮的转动惯量和传动系的传动比有关。

Iw是车轮的转动惯量（Kg·m^2）;If为飞轮的转动惯量（Kg·m^2）；ig为主传动比；io为变速器的速比。

5.汽车行驶方程式

展开

三、汽车的驱动力-行驶阻力平衡图与动力特性图

在汽车驱动力图上把常遇到的行驶阻力也画出来就是汽车驱动力-行驶阻力平衡图。

汽车驱动力-行驶阻力平衡图

分析加速度

利用上图和上式可以计算对应的加速度曲线

汽车行驶加速度曲线

可见，一般一档的加速度最大。（有的越野汽车二挡会比一档大）

换挡时机的选择：一档和二挡的加速度曲线如果有交点，为了获得最短加速时间，应该在交点对应车速由一档换入二挡；若一档和二挡加速度曲线没有交点，则应在发动机达到最高速时转入二挡。

一般所谓汽车的爬坡能力，是指汽车在良好路面上行驶，克服Ff+Fw后余力全部用来克服爬坡阻力时所能爬上的坡度。

将汽车行驶方程式两边除以汽车重力G并整理，得到：

左边称为汽车的动力因数，用D表示，则

汽车在各档下的动力因数与车速的关系曲线，称为动力特性图。

汽车动力特性图和利用动力特性来确定汽车的动力性

四、汽车行驶的附着条件与汽车的附着率

4.1 附着条件

汽车动力取决于地面给的反力，对于不同路面，反力是有极限值的，驱动力过大而地面反力没有变化就会发生车轮滑转。（一般在一档打滑）

地面对于车轮切向反作用力的极限值称为附着力

，硬路面上与法向反作用力Fz成正比。

称为附着系数。作用在驱动轮上的转矩引起的切向反作用力不能大于附着力，否则滑转：

也可以写成

这就是汽车的附着条件。

也称为后轮驱动汽车驱动轮的附着率

，即

4.2 附着率

附着率指汽车直线行驶状况下，充分发挥驱动力作用的最低地面附着系数。

前、后驱动轮的附着率通常不相等。前驱动轮附着率大，前驱动轮会先滑转，前驱动轮力不再增加，后轮也会保持在此刻的驱动力不动。

减小汽车驱动轮附着率的方法：

（1）改善车身形状，或增加一些辅助的空气动力装置，降低空气升力系数。

（2）调整汽车的总体布置，变动前、后轴的轴荷。

五、汽车功率平衡

汽车行驶时，驱动力和行驶阻力平衡，发动机功率也会和机械传动的损失功率加上全部运动阻力消耗的功率的和相平衡。汽车运动阻力消耗的功率和阻力对应：滚动阻力功率Pf，空气阻力功率Pw，坡道阻力功率Pi，加速阻力功率Pj。

汽车功率平衡方程式：

以发动机功率为纵轴，车速为横轴，把汽车经常遇到的阻力功率

加进去，画出的曲线图即为汽车功率平衡图。

汽车功率平衡图

从图可以看出一档曲线最窄，五档最宽。五档为经济档，发动机功率曲线与阻力功率曲线交点处的车速（也就是良好水平路面行驶的最高车速Uamax），小于发动机最大功率对应的车速Up。

bc段的功率用来保持汽车等速行驶，而多出的ab段功率就可以用来加速或爬坡。这一段功率

称为汽车的后备功率。后备功率越大，动力性越好。

汽车的后备功率

参照：https://blog.csdn.net/Banmei_Brandy/article/details/80562459