汽車行駛阻力

1、1/252/25第七章第七章 汽車的動(dòng)力性汽車的動(dòng)力性第一節(jié)第一節(jié) 動(dòng)力性的評(píng)價(jià)指標(biāo)動(dòng)力性的評(píng)價(jià)指標(biāo)第二節(jié)第二節(jié) 汽車的驅(qū)動(dòng)力汽車的驅(qū)動(dòng)力第三節(jié)第三節(jié) 汽車的行駛阻力汽車的行駛阻力第四節(jié)第四節(jié) 汽車的行駛條件汽車的行駛條件第五節(jié)第五節(jié) 汽車動(dòng)力性指標(biāo)的確定方法汽車動(dòng)力性指標(biāo)的確定方法第六節(jié)第六節(jié) 提高汽車動(dòng)力性的措施提高汽車動(dòng)力性的措施3/25第三節(jié)第三節(jié) 汽車的行駛阻力汽車的行駛阻力nF F= =F Ff f + +F Fw w+ +F Fi i + +F Fj j 一、一、滾動(dòng)阻力滾動(dòng)阻力F Ff f 二、二、空氣阻力空氣阻力F Fw w 三、三、坡度阻力坡度阻力F Fi i 四、四、加速

2、阻力加速阻力F Fj j 4/25滾動(dòng)阻力滾動(dòng)阻力滾動(dòng)阻力是指車輪在路面上滾動(dòng)時(shí)，由于輪胎與路面之間滾動(dòng)阻力是指車輪在路面上滾動(dòng)時(shí)，由于輪胎與路面之間的相互作用而引起的能量損失。的相互作用而引起的能量損失。1輪胎的變形分析輪胎的變形分析: 車輪滾動(dòng)時(shí)，輪胎與路面的接車輪滾動(dòng)時(shí)，輪胎與路面的接觸區(qū)域產(chǎn)生相互作用力，輪胎和支觸區(qū)域產(chǎn)生相互作用力，輪胎和支承路面發(fā)生相應(yīng)的變形。當(dāng)彈性輪承路面發(fā)生相應(yīng)的變形。當(dāng)彈性輪胎在混凝土、瀝青等硬路面上滾動(dòng)胎在混凝土、瀝青等硬路面上滾動(dòng)時(shí)，輪胎的變形是主要的。時(shí)，輪胎的變形是主要的。 如圖如圖7-3。這種損失稱為彈性物。這種損失稱為彈性物質(zhì)的遲滯損失。質(zhì)的遲滯損

3、失。 5/25滾動(dòng)阻力滾動(dòng)阻力輪胎輪胎的彈性的彈性遲滯損失表現(xiàn)為阻礙車輪滾動(dòng)的一種阻力矩遲滯損失表現(xiàn)為阻礙車輪滾動(dòng)的一種阻力矩（M Mf f = =F Fz za a）。如圖）。如圖7-47-4所示。所示。aFz6/25滾動(dòng)阻力滾動(dòng)阻力2.2.從動(dòng)輪在硬路面上滾動(dòng)時(shí)的受力情況：從動(dòng)輪在硬路面上滾動(dòng)時(shí)的受力情況：如圖如圖7-57-5所示。所示。欲使從動(dòng)輪等速滾動(dòng)，在車輪中心施加一個(gè)推力欲使從動(dòng)輪等速滾動(dòng)，在車輪中心施加一個(gè)推力F Fp1p1。f-f-滾動(dòng)阻力系數(shù)滾動(dòng)阻力系數(shù)。raWraFrMFZfp11111111WFffWF，rafpP或則令需要說(shuō)明的是，在分析汽車行駛阻力時(shí)，不必具體考慮輪胎

4、滾需要說(shuō)明的是，在分析汽車行駛阻力時(shí)，不必具體考慮輪胎滾動(dòng)時(shí)所受到的滾動(dòng)阻力矩，只要知道滾動(dòng)阻力系數(shù)求出滾動(dòng)阻動(dòng)時(shí)所受到的滾動(dòng)阻力矩，只要知道滾動(dòng)阻力系數(shù)求出滾動(dòng)阻力就可以（它只是一個(gè)數(shù)值，無(wú)法在真正的受力圖上表現(xiàn)出力就可以（它只是一個(gè)數(shù)值，無(wú)法在真正的受力圖上表現(xiàn)出來(lái)）。來(lái)）。Ff=Wf7/25滾動(dòng)阻力滾動(dòng)阻力3.3.驅(qū)動(dòng)輪在硬路面上等速滾動(dòng)時(shí)的受力情況：驅(qū)動(dòng)輪在硬路面上等速滾動(dòng)時(shí)的受力情況：如圖如圖7-67-6所示。所示。在驅(qū)動(dòng)輪也作用有滾動(dòng)阻力偶矩在驅(qū)動(dòng)輪也作用有滾動(dòng)阻力偶矩M Mf2 f2 。結(jié)論結(jié)論 ：真正驅(qū)動(dòng)汽車行駛的力是：真正驅(qū)動(dòng)汽車行駛的力是地面切向反力地面切向反力F Fx2x

5、2，它在數(shù)值上等，它在數(shù)值上等于驅(qū)動(dòng)力于驅(qū)動(dòng)力F Ft t減去滾動(dòng)阻力減去滾動(dòng)阻力F Ff f。 22xtfF rMMftftxFFrMrMF228/25滾動(dòng)阻力系數(shù)滾動(dòng)阻力系數(shù)1) 1) 影響因素：影響因素：與路面的種類、車速以及輪胎的結(jié)構(gòu)、材與路面的種類、車速以及輪胎的結(jié)構(gòu)、材料、胎壓等有關(guān)。料、胎壓等有關(guān)。同一輪胎在不同的路面上的滾動(dòng)阻力同一輪胎在不同的路面上的滾動(dòng)阻力系數(shù)見表系數(shù)見表7-2。9/252)2)滾動(dòng)阻力系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算：滾動(dòng)阻力系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算：u轎車：轎車：式中：式中：f f0 0良好瀝青或混凝土路面為良好瀝青或混凝土路面為0.0140.014；卵石路；卵石路面為面為0.02

6、50.025；砂石路面為；砂石路面為0.0200.020；u貨車：貨車：f =0.0076+0.000056vf =0.0076+0.000056va a v va a車速車速(km/h)(km/h)。滾動(dòng)阻力滾動(dòng)阻力19440120avff10/25空氣阻力空氣阻力1.1.定義定義: :汽車直線行駛時(shí)受到的空氣作用力在行駛方向上汽車直線行駛時(shí)受到的空氣作用力在行駛方向上的分力。的分力。 2.2.分類分類: :摩擦阻力和摩擦阻力和壓力阻力壓力阻力。3.3.空氣阻力的計(jì)算：空氣阻力的計(jì)算：C CD D可通過道路試驗(yàn)、風(fēng)洞試驗(yàn)等方法測(cè)得。可通過道路試驗(yàn)、風(fēng)洞試驗(yàn)等方法測(cè)得。A A指汽車在其縱軸的垂

7、直平面上的投影面積；也常用輪距指汽車在其縱軸的垂直平面上的投影面積；也常用輪距與汽車高度乘積表示。與汽車高度乘積表示。汽車的汽車的C CD D和和A A的數(shù)值如的數(shù)值如表表7-27-2所示。所示。221.15DrwC AvF 11/25壓力阻力壓力阻力u形狀阻力形狀阻力：與汽車的主體形狀有很大關(guān)系。占：與汽車的主體形狀有很大關(guān)系。占5858。u干擾阻力干擾阻力：車身表面突起部位引起的阻力（如后視鏡、門把手、：車身表面突起部位引起的阻力（如后視鏡、門把手、導(dǎo)水槽、驅(qū)動(dòng)軸、懸架導(dǎo)向桿等）導(dǎo)水槽、驅(qū)動(dòng)軸、懸架導(dǎo)向桿等） 。占。占1414。u內(nèi)循環(huán)阻力內(nèi)循環(huán)阻力：發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)、車身通風(fēng)等需要的空氣流

8、經(jīng)車：發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)、車身通風(fēng)等需要的空氣流經(jīng)車體內(nèi)部時(shí)形成的阻力。占體內(nèi)部時(shí)形成的阻力。占1212。u誘導(dǎo)阻力誘導(dǎo)阻力：空氣升力在行駛方向的分力。占：空氣升力在行駛方向的分力。占7 7。12/25汽車的空氣阻力系數(shù)和迎風(fēng)面積汽車的空氣阻力系數(shù)和迎風(fēng)面積13/25坡度阻力坡度阻力1 1.定義：定義：當(dāng)汽車上坡行駛時(shí)，汽車重力沿坡道方當(dāng)汽車上坡行駛時(shí)，汽車重力沿坡道方向的分力向的分力 。2.2.計(jì)算式：計(jì)算式： F Fi i= =GsinGsin3.3.道路坡度：道路坡度：一般道路坡角較小，一般道路坡角較小，sintan=i，所以坡度阻力，所以坡度阻力為為Fi=Gitanshi14/25坡度阻力

9、坡度阻力4.道路阻力道路阻力F：由于坡度阻力與滾動(dòng)阻力都是與由于坡度阻力與滾動(dòng)阻力都是與道路有關(guān)的阻力，且都與汽車重力成正比，所以道路有關(guān)的阻力，且都與汽車重力成正比，所以把兩種阻力合在一起稱為道路阻力把兩種阻力合在一起稱為道路阻力 。 F=Ff+Fi=fGcosa+Gsina當(dāng)坡角當(dāng)坡角a較小時(shí)，較小時(shí)，cosa1，sinai，那么：，那么： F=Gf+Gi=G（f+i）令令 =f+i，稱為道路阻力系數(shù)。稱為道路阻力系數(shù)。 則則 F=G15/25加速阻力加速阻力1.1.定義定義: :汽車加速行駛時(shí)，需要克服其質(zhì)量加速汽車加速行駛時(shí)，需要克服其質(zhì)量加速運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力，稱為加速阻力運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生

10、的慣性力，稱為加速阻力F Fj j。汽車的質(zhì)量包括平移質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量?jī)刹糠?，加汽車的質(zhì)量包括平移質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量?jī)刹糠?，加速時(shí)平移質(zhì)量產(chǎn)生慣性力，旋轉(zhuǎn)質(zhì)量產(chǎn)生慣性力速時(shí)平移質(zhì)量產(chǎn)生慣性力，旋轉(zhuǎn)質(zhì)量產(chǎn)生慣性力偶距。偶距。2. 2. 計(jì)算式：計(jì)算式：式中：式中： -汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)。 jG dvFg dt16/25汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)主要與飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和傳主要與飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和傳動(dòng)系的傳動(dòng)比等有關(guān)。動(dòng)系的傳動(dòng)比等有關(guān)。 在進(jìn)行動(dòng)力性計(jì)算時(shí)，在進(jìn)行動(dòng)力性計(jì)算時(shí)，可按經(jīng)驗(yàn)公式估算：可按經(jīng)驗(yàn)公式估算：式中：式中：1車輪旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換

11、算系數(shù)；車輪旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)； 2飛輪旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)。飛輪旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)。 2211gi17/25第四節(jié)第四節(jié) 汽車的行駛條件汽車的行駛條件一、一、汽車行駛的驅(qū)動(dòng)汽車行駛的驅(qū)動(dòng)- -附著條件附著條件： 二、二、附著系數(shù)的影響因素附著系數(shù)的影響因素：18/25一、汽車行駛的驅(qū)動(dòng)一、汽車行駛的驅(qū)動(dòng)- -附著條件附著條件1.1.汽車行駛的驅(qū)動(dòng)條件汽車行駛的驅(qū)動(dòng)條件( (或必要條件或必要條件) )：tfWitfWidvFFFFmdtdvmFFFFdt，則：（）iWftFFFF19/25一、汽車行駛的驅(qū)動(dòng)一、汽車行駛的驅(qū)動(dòng)- -附著條件附著條件2.2.汽車行駛的附著條件汽車行駛的附著條件( (或充分

12、條件或充分條件) )： 輪胎與路面之間附著條件可用附著力來(lái)表示。輪胎與路面之間附著條件可用附著力來(lái)表示。附著力附著力指指地面對(duì)車輪切向反作用力的極限值，用地面對(duì)車輪切向反作用力的極限值，用F F表示。表示。 在硬路面上，附著力與驅(qū)動(dòng)輪法向反作用力在硬路面上，附著力與驅(qū)動(dòng)輪法向反作用力F Fz z2 2（或垂直（或垂直載荷載荷W W2 2）成正比，即：）成正比，即：F F= =F Fz z2 2-稱為附著系數(shù)，與路面的種類和路面狀況、輪胎的結(jié)構(gòu)稱為附著系數(shù)，與路面的種類和路面狀況、輪胎的結(jié)構(gòu)和材料及車速等有關(guān)。和材料及車速等有關(guān)。20/25一、汽車行駛的驅(qū)動(dòng)一、汽車行駛的驅(qū)動(dòng)- -附著條件附著條

13、件實(shí)際上，附著力并不是作用在汽車上的外力，它只是地面對(duì)車實(shí)際上，附著力并不是作用在汽車上的外力，它只是地面對(duì)車輪切向反作用力的極限值，當(dāng)切向反作用力達(dá)到此極限值時(shí)，輪切向反作用力的極限值，當(dāng)切向反作用力達(dá)到此極限值時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪將產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪將產(chǎn)生滑轉(zhuǎn) 。 u對(duì)于后輪驅(qū)動(dòng)的汽車：對(duì)于后輪驅(qū)動(dòng)的汽車： FX2=Ft-Ff 2F=Fz2 FtF+Ff2 = Fz2 （+f）與與值相比，值相比，f值很小，故可忽略不計(jì)。值很小，故可忽略不計(jì)。所以，汽車行駛的附著條件為所以，汽車行駛的附著條件為: Ft F結(jié)論：汽車行駛的驅(qū)動(dòng)結(jié)論：汽車行駛的驅(qū)動(dòng)-附著條件為附著條件為:FFFFFtiWf21/25二、附著

14、系數(shù)的影響因素二、附著系數(shù)的影響因素1.1.路面的影響路面的影響：2.2.輪胎的結(jié)構(gòu)和材料輪胎的結(jié)構(gòu)和材料：3.3.輪胎的氣壓輪胎的氣壓：4.4.車速車速：22/25路面的影響路面的影響u在硬路面上滾動(dòng)時(shí)，以輪胎變形為主，路面的一些堅(jiān)硬在硬路面上滾動(dòng)時(shí)，以輪胎變形為主，路面的一些堅(jiān)硬和微小突起物會(huì)嵌入輪胎的接觸表面，使車輪與地面之和微小突起物會(huì)嵌入輪胎的接觸表面，使車輪與地面之間產(chǎn)生較大的附著力，所以附著系數(shù)較大；間產(chǎn)生較大的附著力，所以附著系數(shù)較大；u在潮濕的路面上滾動(dòng)時(shí)，輪胎與路面之間的液體起潤(rùn)滑在潮濕的路面上滾動(dòng)時(shí)，輪胎與路面之間的液體起潤(rùn)滑劑作用，所以附著系數(shù)明顯減??；劑作用，所以附著

15、系數(shù)明顯減??；u在軟路面上滾動(dòng)時(shí)，以土壤變形為主，附著系數(shù)取決于在軟路面上滾動(dòng)時(shí)，以土壤變形為主，附著系數(shù)取決于輪胎與土壤間的摩擦及土壤的抗剪強(qiáng)度輪胎與土壤間的摩擦及土壤的抗剪強(qiáng)度。23/25輪胎的結(jié)構(gòu)和材料輪胎的結(jié)構(gòu)和材料u在硬路面上行駛的汽車，胎面花紋制成細(xì)而淺的形狀，在硬路面上行駛的汽車，胎面花紋制成細(xì)而淺的形狀，加強(qiáng)了胎面與路面微觀突起物間的嚙合作用，有利于提加強(qiáng)了胎面與路面微觀突起物間的嚙合作用，有利于提高附著系數(shù)。在軟路面上行駛的汽車，胎面花紋制成寬高附著系數(shù)。在軟路面上行駛的汽車，胎面花紋制成寬而深的形狀，增加了嵌入輪胎花紋內(nèi)土壤的剪切斷面，而深的形狀，增加了嵌入輪胎花紋內(nèi)土壤的剪切斷面，有利于提高附著系數(shù)。有利于提高附著系數(shù)。u合成橡膠輪胎比天然橡膠輪胎附著系數(shù)要高。合成橡膠輪胎比天然橡膠輪胎附著系數(shù)要高。u輪胎磨損后由于花紋深度減小，附著系數(shù)顯著下降。輪胎磨損后由于花紋深度減小，附著系數(shù)顯著下降。24/25輪胎的氣壓輪胎的氣壓u在干燥的路面上，適當(dāng)降低輪在干燥的路面上，適當(dāng)降低輪胎氣壓，輪胎與路面之間的接觸胎氣壓，輪胎與路面之間的接觸面積增加，附著系數(shù)提高面積增加，附著系數(shù)提高（如圖（如圖7-8）；u在潮濕的路面上，提高輪胎氣在潮濕的路面上，提高輪胎氣壓，使路面對(duì)輪胎的單位壓力提壓，使路面對(duì)輪胎的單位壓力提高，有利于擠出接觸面間的水分，高，有利于擠出接觸面間