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1汽车拖拉机学第八章第八章 汽车拖拉机的总体动力学汽车拖拉机的总体动力学第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受力分析luzx@：：1607357229鲁植雄鲁植雄 教授教授《《汽车拖拉机学汽车拖拉机学》》课件课件第2课 汽车总体受力分析2第八章 汽车拖拉机总体动力学本章内容安排第第1 1课课 车辆行驶原理车辆行驶原理第第2 2课课 汽车总体受力分析汽车总体受力分析第第3 3课课 拖拉机及其机组总体受力分析拖拉机及其机组总体受力分析20242024年年9 9月月2020日日《《汽车拖拉机学汽车拖拉机学》》课件课件3本节课的主要内容一、汽车行驶方程式一、汽车行驶方程式二、车轮地面法向反作用力二、车轮地面法向反作用力三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力四、附着率四、附着率第2课 汽车总体受力分析第八章 汽车拖拉机总体动力学20242024年年9 9月月2020日日《《汽车拖拉机学汽车拖拉机学》》课件课件4第2课 汽车总体受力分析第八章 汽车拖拉机总体动力学一、汽车行驶方程式一、汽车行驶方程式Ø此公式表明了汽车行驶时驱动力和行驶阻力平衡关系的普遍情况。

此公式表明了汽车行驶时驱动力和行驶阻力平衡关系的普遍情况Ø当发动机的转速特性、变速器的传动比、主减速比、传动效率、车轮半径、空当发动机的转速特性、变速器的传动比、主减速比、传动效率、车轮半径、空气阻力系数、汽车迎风面积以及汽车质量等初步确定后或已知，便可利用此式气阻力系数、汽车迎风面积以及汽车质量等初步确定后或已知，便可利用此式分析在附着性能良好的典型路面（混泥土、沥青路面）上的行驶能力，分析在附着性能良好的典型路面（混泥土、沥青路面）上的行驶能力，Ø即确定汽车的最高车速、加速能力和爬坡能力即确定汽车的最高车速、加速能力和爬坡能力 20242024年年9 9月月2020日日《《汽车拖拉机学汽车拖拉机学》》课件课件5第2课 汽车总体受力分析第八章 汽车拖拉机总体动力学一、汽车行驶方程式一、汽车行驶方程式用图解法来分析汽车行驶方程式用图解法来分析汽车行驶方程式图上画出图上画出3种曲线种曲线:①各挡的驱动力与车速的关系曲线各挡的驱动力与车速的关系曲线②滚动阻力与车速的关系曲线滚动阻力与车速的关系曲线③滚动阻力和空气阻力叠加后得到滚动阻力和空气阻力叠加后得到的行驶阻力与车速的关系曲线曲的行驶阻力与车速的关系曲线曲线。

线 某具有五某具有五挡变速器汽速器汽车的的驱动力力—行行驶阻力平衡阻力平衡图20242024年年9 9月月2020日日《《汽车拖拉机学汽车拖拉机学》》课件课件6第2课 汽车总体受力分析第八章 汽车拖拉机总体动力学一、汽车行驶方程式一、汽车行驶方程式1. 确定最高车速确定最高车速u最高车速是指在最高车速是指在水平水平良好的路面（混泥土或良好的路面（混泥土或沥青路）上能达到的最高稳定行驶车速沥青路）上能达到的最高稳定行驶车速 加速阻力加速阻力 =0, 坡道阻力坡道阻力 =0此时，此时， 行驶阻力行驶阻力=滚动阻力滚动阻力+空气阻力空气阻力 驱动力驱动力=行驶阻力行驶阻力显然，曲线显然，曲线 与与 曲线的交点便是曲线的交点便是 ,175km/h20242024年年9 9月月2020日日《《汽车拖拉机学汽车拖拉机学》》课件课件7第2课 汽车总体受力分析第八章 汽车拖拉机总体动力学一、汽车行驶方程式一、汽车行驶方程式1. 确定最高车速确定最高车速n当车速＜最高车速时，驱动力＞行驶阻力。

当车速＜最高车速时，驱动力＞行驶阻力汽车就可以利用剩下来的驱动力来加速或爬汽车就可以利用剩下来的驱动力来加速或爬坡n当需要中速或低速行驶时，驾驶员可以关小当需要中速或低速行驶时，驾驶员可以关小节流阀开度（图中虚线），此时发动机只用节流阀开度（图中虚线），此时发动机只用部分负荷特性工作，相应地得到虚线所示驱部分负荷特性工作，相应地得到虚线所示驱动力曲线以使汽车达到新的平衡动力曲线以使汽车达到新的平衡 20242024年年9 9月月2020日日《《汽车拖拉机学汽车拖拉机学》》课件课件8第2课 汽车总体受力分析第八章 汽车拖拉机总体动力学一、汽车行驶方程式一、汽车行驶方程式2.确定汽车的加速能力确定汽车的加速能力u汽车的加速能力可用它在汽车的加速能力可用它在水平良好水平良好路面上行驶时路面上行驶时能产生的加速度来评价，但因加速度的数值不易能产生的加速度来评价，但因加速度的数值不易测量，一般常用测量，一般常用加速时间加速时间来表明汽车的加速能力来表明汽车的加速能力 利用汽车行驶方程式求汽车的加速时间汽车行驶方程式求汽车的加速时间 设设Fi＝＝0 根据驱动力根据驱动力——行驶阻力平衡图行驶阻力平衡图,以及上述公式以及上述公式,可计算得到各挡油门全开时的加速度曲线可计算得到各挡油门全开时的加速度曲线 各各挡油油门全开全开时的加速度曲的加速度曲线20242024年年9 9月月2020日日《《汽车拖拉机学汽车拖拉机学》》课件课件9第2课 汽车总体受力分析第八章 汽车拖拉机总体动力学一、汽车行驶方程式一、汽车行驶方程式根据加速度根据加速度图可以可以进一步求出由某一一步求出由某一车速速u1加速至另加速至另较高高车速速u2所需的时间。

所需的时间 由运由运动学可知学可知 即加速即加速时间可用可用计算机算机进行行积分或用分或用图解解积分法求出用分法求出用图解解积分法分法时:将将 转化成转化成 曲曲线，曲，曲线下两个速度区下两个速度区间的面的面积就是通就是通过此此速度区速度区间的加速的加速时间；；常将速度区常将速度区间(常取常取5km/h为一一间隙隙)分分为若干若干间隔，隔，通通过确定面确定面积ΔΔ1 1、、ΔΔ2 2、、…，来，来计算（算（总）加速）加速时间加速度倒数曲加速度倒数曲线加速换挡时刻的确定加速换挡时刻的确定:l为了获得最短加速时间，应在为了获得最短加速时间，应在交点对应车速由交点对应车速由ⅠⅠ挡换挡换ⅡⅡ挡挡l若若ⅠⅠ挡和挡和ⅡⅡ加速度倒数曲线不加速度倒数曲线不相交，则应在相交，则应在I挡加速行驶至发挡加速行驶至发动机转速达到最高转速时换入动机转速达到最高转速时换入ⅡⅡ挡 20242024年年9 9月月2020日日《《汽车拖拉机学汽车拖拉机学》》课件课件10第2课 汽车总体受力分析第八章 汽车拖拉机总体动力学一、汽车行驶方程式一、汽车行驶方程式3.确定汽车的爬坡能力确定汽车的爬坡能力 汽汽车的爬坡能力是指汽的爬坡能力是指汽车在良好路面上克服在良好路面上克服 后的余力全部用来克服坡度阻力时能爬上的坡度（汽后的余力全部用来克服坡度阻力时能爬上的坡度（汽车等速行驶）车等速行驶）利用汽车的驱动力利用汽车的驱动力—行驶阻力平衡图可求出行驶阻力平衡图可求出爬坡图爬坡图.汽车最大爬坡度汽车最大爬坡度为I挡时的最大爬坡度的最大爬坡度 。

20242024年年9 9月月2020日日《《汽车拖拉机学汽车拖拉机学》》课件课件11第2课 汽车总体受力分析第八章 汽车拖拉机总体动力学假设：假设：Ø发动机横置后驱（前驱、发动机横置后驱（前驱、4驱）驱）Ø加速上坡加速上坡Ø坡道阻力和加速阻力作用在汽车质心上坡道阻力和加速阻力作用在汽车质心上Ø空气阻力作用在汽车风压中心空气阻力作用在汽车风压中心Ø滚动阻力：滚动阻力：Tf1、、Tf2、、Fz1、、Fz2Ø加速阻力：加速阻力：mdu/dt、、Tj1、、Tj2、、TjeØ坡道阻力：坡道阻力：GsinαØ空气阻力：空气阻力：FwØ重力重力:G二、车轮地面法向反作用力二、车轮地面法向反作用力20242024年年9 9月月2020日日《《汽车拖拉机学汽车拖拉机学》》课件课件12第2课 汽车总体受力分析第八章 汽车拖拉机总体动力学若将作用在汽若将作用在汽车上上诸力力对后后轮与道路接触面中心取力矩，与道路接触面中心取力矩，则前前轮的地面法向反力的地面法向反力：：滚动阻力偶矩：滚动阻力偶矩：Tf=Tf1+Tf2=Gcosα fr二、车轮地面法向反作用力二、车轮地面法向反作用力20242024年年9 9月月2020日日《《汽车拖拉机学汽车拖拉机学》》课件课件13第2课 汽车总体受力分析第八章 汽车拖拉机总体动力学二、车轮地面法向反作用力二、车轮地面法向反作用力若将作用在汽若将作用在汽车上上诸力力对前前轮与道路接触面中心取力矩，与道路接触面中心取力矩，则后后轮的地面法向反力的地面法向反力滚动阻力偶矩：滚动阻力偶矩：Tf=Tf1+Tf2=Gcosα fr20242024年年9 9月月2020日日《《汽车拖拉机学汽车拖拉机学》》课件课件14第2课 汽车总体受力分析第八章 汽车拖拉机总体动力学二、车轮地面法向反作用力二、车轮地面法向反作用力20242024年年9 9月月2020日日《《汽车拖拉机学汽车拖拉机学》》课件课件15第2课 汽车总体受力分析第八章 汽车拖拉机总体动力学u前一项前一项：：为汽车水平静止不动时前、后轴上的静载荷；为汽车水平静止不动时前、后轴上的静载荷；u后一项后一项：：为行驶中产生的动载荷。

为行驶中产生的动载荷u动动载载荷随坡度、速度和加速度的增加而增大当汽车利用其极限荷随坡度、速度和加速度的增加而增大当汽车利用其极限附着力以高速、高加速度通过大坡度行驶时，动载荷的绝对值也附着力以高速、高加速度通过大坡度行驶时，动载荷的绝对值也达到最大值达到最大值二、车轮地面法向反作用力二、车轮地面法向反作用力20242024年年9 9月月2020日日《《汽车拖拉机学汽车拖拉机学》》课件课件16第2课 汽车总体受力分析第八章 汽车拖拉机总体动力学三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力u以前轮驱动汽车为例，以前轮驱动汽车为例，u分析从动轮、驱动轮与车身在分析从动轮、驱动轮与车身在加速过程中的受力加速过程中的受力20242024年年9 9月月2020日日《《汽车拖拉机学汽车拖拉机学》》课件课件17第2课 汽车总体受力分析第八章 汽车拖拉机总体动力学三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力20242024年年9 9月月2020日日《《汽车拖拉机学汽车拖拉机学》》课件课件18第2课 汽车总体受力分析第八章 汽车拖拉机总体动力学三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力1.求从动轮上的地面切向反作用力求从动轮上的地面切向反作用力FX2 由从动轮的转矩平衡条件由从动轮的转矩平衡条件20242024年年9 9月月2020日日《《汽车拖拉机学汽车拖拉机学》》课件课件19第2课 汽车总体受力分析第八章 汽车拖拉机总体动力学三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力2. 求从动轴作用在从动轮的平行于路面的力求从动轴作用在从动轮的平行于路面的力Fp2 由从动轮的切向力平衡条件由从动轮的切向力平衡条件20242024年年9 9月月2020日日《《汽车拖拉机学汽车拖拉机学》》课件课件20第2课 汽车总体受力分析第八章 汽车拖拉机总体动力学三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力3. 求驱动轴作用在驱动轮的平行于路面的力求驱动轴作用在驱动轮的平行于路面的力Fp1 由车身的切向力平衡条件由车身的切向力平衡条件20242024年年9 9月月2020日日《《汽车拖拉机学汽车拖拉机学》》课件课件21第2课 汽车总体受力分析第八章 汽车拖拉机总体动力学三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力4.求驱动轮上的地面切向反作用力求驱动轮上的地面切向反作用力FX1 由驱动轮的切向力平衡条件由驱动轮的切向力平衡条件20242024年年9 9月月2020日日《《汽车拖拉机学汽车拖拉机学》》课件课件22第2课 汽车总体受力分析第八章 汽车拖拉机总体动力学三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力5.同理，若同理，若后轮后轮驱动，作用在驱动轮驱动，作用在驱动轮上的地面切向反作用力上的地面切向反作用力FX2，，根据上述根据上述分析可求出分析可求出20242024年年9 9月月2020日日《《汽车拖拉机学汽车拖拉机学》》课件课件23第2课 汽车总体受力分析第八章 汽车拖拉机总体动力学四、附着率四、附着率u附着率是指汽车直线行驶状况下，充分发挥驱动力作用时要求的附着率是指汽车直线行驶状况下，充分发挥驱动力作用时要求的最低附着系数。

最低附着系数u驱动轮附着率计算方法驱动轮附着率计算方法：驱动轮的地面切向反力于法向反力之比：驱动轮的地面切向反力于法向反力之比u不同的直线行驶工况，要求的最低附着系数是不一样的不同的直线行驶工况，要求的最低附着系数是不一样的u在较低行驶车速下，用低速挡加速或上坡行驶，驱动轮发出的驱在较低行驶车速下，用低速挡加速或上坡行驶，驱动轮发出的驱动力大，要求的动力大，要求的(最低最低)附着系数大附着系数大u在水平路段上以极高车速行驶时，要求的附着系数也大在水平路段上以极高车速行驶时，要求的附着系数也大20242024年年9 9月月2020日日《《汽车拖拉机学汽车拖拉机学》》课件课件24第2课 汽车总体受力分析第八章 汽车拖拉机总体动力学四、附着率四、附着率1．加速、上坡行驶时的附着率．加速、上坡行驶时的附着率根据上面求得的前、后轴地面法向反作用力与驱动轮地面切向反作用根据上面求得的前、后轴地面法向反作用力与驱动轮地面切向反作用力，可以确定前驱动轮或后驱动轮的附着率力，可以确定前驱动轮或后驱动轮的附着率.（（1）对于后轮驱动汽车，其后驱动轮的附着率为）对于后轮驱动汽车，其后驱动轮的附着率为 20242024年年9 9月月2020日日《《汽车拖拉机学汽车拖拉机学》》课件课件25第2课 汽车总体受力分析第八章 汽车拖拉机总体动力学四、附着率四、附着率 在加速、上坡时，主要在加速、上坡时，主要的行驶阻力为加速阻力与坡的行驶阻力为加速阻力与坡度阻力，空气阻力与滚动阻度阻力，空气阻力与滚动阻力可忽略不计，故后驱动轮力可忽略不计，故后驱动轮的附着率简化为的附着率简化为 20242024年年9 9月月2020日日《《汽车拖拉机学汽车拖拉机学》》课件课件26第2课 汽车总体受力分析第八章 汽车拖拉机总体动力学四、附着率四、附着率（（2）对于前轮驱动汽车）对于前轮驱动汽车 同理可以求得前轮驱动汽车的前驱动轮附着率为同理可以求得前轮驱动汽车的前驱动轮附着率为 20242024年年9 9月月2020日日《《汽车拖拉机学汽车拖拉机学》》课件课件27第2课 汽车总体受力分析第八章 汽车拖拉机总体动力学四、附着率四、附着率（（3）附着率曲线）附着率曲线lⅠⅠ挡加速时最大的挡加速时最大的Cφ2值为值为0.64，在，在φ=0.7的良好路面上汽车可以全力加速行驶。

的良好路面上汽车可以全力加速行驶l但从图但从图b中却可看出，在中却可看出，在φ=0.7的路面上，的路面上，该车该车ⅠⅠ挡挡(节气门全开时节气门全开时)的爬坡能力基本的爬坡能力基本上是无法实现的上是无法实现的l不过不过ⅡⅡ挡的最大挡的最大Cφ2值为值为0.45，相应的爬坡，相应的爬坡度达度达23％，远大于四级公路在山岭重丘区％，远大于四级公路在山岭重丘区的最大纵向坡度的最大纵向坡度9％l所以，该车在良好路面上的附着性能仍是所以，该车在良好路面上的附着性能仍是令人满意的令人满意的20242024年年9 9月月2020日日《《汽车拖拉机学汽车拖拉机学》》课件课件28第2课 汽车总体受力分析第八章 汽车拖拉机总体动力学四、附着率四、附着率2．高速行驶时的附着率．高速行驶时的附着率汽车在良好道路上高速行驶时，道路的坡度与汽车加速度均很小汽车在良好道路上高速行驶时，道路的坡度与汽车加速度均很小令令高速行驶时后轮驱动汽车的后驱动轮附着率为忽略坡度阻力和加速阻力20242024年年9 9月月2020日日《《汽车拖拉机学汽车拖拉机学》》课件课件29第2课 汽车总体受力分析第八章 汽车拖拉机总体动力学四、附着率四、附着率Ø图中的法向反作用力与附着率是按三种空气升力系数求得的，即后升力系数为图中的法向反作用力与附着率是按三种空气升力系数求得的，即后升力系数为0.28、、0.15与与0。

Ø由图可以看出，随着车速的增加，后轮的法向反作用力下降，而切向反作用力则按车速由图可以看出，随着车速的增加，后轮的法向反作用力下降，而切向反作用力则按车速的平方关系增大因此，附着率的平方关系增大因此，附着率Cφ2随着车速的提高而急剧增大随着车速的提高而急剧增大Ø图中表明，在一般车速下图中表明，在一般车速下Cφ2值甚小，汽车完全可以正常行驶值甚小，汽车完全可以正常行驶Ø当车速达到当车速达到250km/h、、CLr=0.28时，时，Cφ2=0.57，附着率接近于沥青路面的附着系数附着率接近于沥青路面的附着系数Ø当车速为当车速为300km/h、、CLr=0.28时，时，Cφ2=0.99；；Ø CLr =0.15时，时，Cφ2=0.74Ø这说明在极高车速下，即使是良好路面也不能满足附着性能的要求这说明在极高车速下，即使是良好路面也不能满足附着性能的要求20242024年年9 9月月2020日日《《汽车拖拉机学汽车拖拉机学》》课件课件301.1.推导了汽车整车的行驶方程式推导了汽车整车的行驶方程式2.2.分析汽车加速上坡时所受的外力，推导出分析汽车加速上坡时所受的外力，推导出Fz1Fz1和和Fz2.Fz2.3.3.分析了汽车加速上坡时作用在驱动轮上的地面切向反作用力分析了汽车加速上坡时作用在驱动轮上的地面切向反作用力4.4.分析了汽车附着率分析了汽车附着率小结小结第2课 汽车总体受力分析第八章 汽车拖拉机总体动力学20242024年年9 9月月2020日日。