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第一章 汽车动力性
本节重点计算并分析汽车行驶过程中的
驱动力和行驶阻力。
第二节
汽车的驱动力与行驶阻力
返回目录
%E7%9B%AE%E5%BD%
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Tt
F0Ft
r
ua
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
一、驱动力Ft
驱动力Ft：发动机产
生的转矩经传动系传到
驱动轮，产生驱动力矩
Tt，驱动轮在Tt的作用
下给地面作用一圆周力
F0，地面对驱动轮的反
作用力Ft即为驱动力。
3
Tt
F0Ft
r
ua
Tt—驱动力矩；
Ttq —发动机转矩；
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
一、驱动力Ft
ig—变速器传动比；
i0—主减速器传动比；
ηT—传动系的机械效率。
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能否解释为什么汽车低挡的加速能力好于高挡？
思考
Ft 与发动机转矩Ttq、变速器传动比 ig、主减
速器传动比 i0、传动系的机械效率ηT 和车轮半径 r
等因素有关。
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
由 可知
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发动机的转速特性，即Pe、Ttq、b=f（n）关系曲线。
节气门开启程度的不同
外特性曲线
部分负荷特性曲线
思考
计算汽车动力性指标时，需要用什么特性曲线？
1.发动机的转速特性
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
6
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
7
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
带上全部附件设备时的
发动机特性曲线，称为使用
外特性曲线。一般，使用外
特性与外特性相比：
汽油机的最大功率约小
15%；
货车柴油机的最大功率
约小5%；
轿车与轻型货车柴油机
的最大功率约小10%。
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等速行驶时
PT－传动系损失的功率。
Pin—输入传动系的功率；
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
2.传动系的机械效率ηT
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部件名称 ηT
4～6 挡变速器 95%
辅助变速器（副变速器或分动器） 95%
8 挡以上变速器 90%
单级减速主减速器 96%
双级减速主减速器 92%
传动轴的万向节 98%
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
表1-1 传动系各部件的传动效率
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自由半径：车轮处于无载时的半径。
静力半径rs：汽车静止时，车轮中心至轮胎与道路接触
面间的距离。
滚动半径rr：车轮几何中心到速度瞬心的距离。
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
3.车轮半径
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做出的Ft - ua关系图，即驱动力图。
依据下面两式
以及发动机外特性曲线
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
4.汽车的驱动力图
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奥迪 A4 轿车驱动力图
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第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
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滚动阻力Ff
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
二、汽车的行驶阻力
汽车在行驶过程中将会遇到哪些行驶阻力？
如何保证汽车可以加速或爬坡？
空气阻力Fw
坡度阻力Fi 加速阻力Fj
汽车行驶总阻力
思考
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软路面上
硬路面上
产生滚动阻力的主要原因
轮胎变形
轮胎变形和路面变形
轮胎变形为什么会产生滚动阻力？
轮胎的迟滞损失：轮胎在加载变形时所消耗的能量在卸
载恢复时不能完全收回，一部分能量消耗在轮胎内部摩擦
损失上，产生热量，这种损失称为轮胎的迟滞损失。
1.滚动阻力Ff
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
思考
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ua
加载变形区 卸载变形区
思
考
由轮胎的迟滞损失图看，在轮胎径向变形相同的情况下，
地面作用在加载变形区与卸载变形区的法向反力是否相等？
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
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1）从动轮受力分析
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
FZd
FZd’
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f—滚动阻力系数
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
令
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即路面作用于驱动轮的切向力FX2比Ft要小。
2）驱动轮受力分析
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
20
ua高 f 大
货车
f=+
3）影响Ff的因素
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
轿车
（1）车速 ua
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第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
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轮胎的两个最重要参数：极限速度和承载量。
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
临界车速（最高车速）
当汽车车速超过临界车速时，轮胎会出现驻波现象，
其周缘呈明显的波浪状，且轮胎温度快速增加。
后果是大量发热导致轮胎破损或爆胎。
驻波现象：在高速行驶时，轮胎离开地面后因变
形所产生的扭曲并不立即恢复，其残余变形形成了一种
波，这就是驻波。此时轮胎周缘不再是圆形，而呈明显
的波浪形。轮胎刚离开地面时波的振幅最大，它按指数
规律沿轮胎圆周衰减。
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驻波现象（图像）
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
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子午线轮胎比斜交轮胎的滚动阻力小20%～30％；
滚动阻力与轮胎的帘线（棉、人造丝、尼龙、钢丝）
和橡胶品质有关。
（2）轮胎结构
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
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（3）气压
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
气压越高，轮胎变形及由其产生的迟滞损失就越小，
滚动阻力也越小。
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（4）驱动力
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
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为什么驱动力系数很大时，气压越低 f 越小？
Ft胎面滑移Ff
pa接地面积胎面滑移滑移引起的Ff
思考
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
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上高速公路时，轮胎气压应该适当高一些。
在松软路面、泥泞路面、雪地行驶时，可适当降低轮胎气压。
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
在高速公路上，轮胎变形产生的滚动阻力
大还是滑移产生的滚动阻力大？
胎压高轮胎变形小迟
滞损失少Ff小
胎压低滑移小Ff小
上高速公路前要检查胎压，在给定的胎压范围内，胎
压适当高一些好还是低一些好？
思考
思考
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路面类型 滚动阻力系数
良好的沥青或混凝土路面 ~
一般的沥青或混凝土路面 ~
碎石路面 ~
良好的卵石路面 ~
坑洼的卵石路面 ~
压紧土路 干燥的 ~
雨后的 ~
泥泞土路（雨季或解冻期） ~
干沙 ~
湿沙 ~
结冰路面 ~
压紧的雪道 ~
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
由轮胎
与土壤之
间的粘着
性所致
（5）路面条件
表1-2 滚动阻力系数 f 的数值
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离心力前、后轮产生侧偏力
侧偏力沿行驶方向产生分力滚动阻力增加
（6）转向
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
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（1）压力阻力（占91％）
汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向的分力称
为空气阻力。
作用在汽车外形表面上的法向压力的合力在行驶方向
上的分力。
2.空气阻力FW
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
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第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
33
取决于车身主体形状。
1）形状阻力
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
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后视镜
车身表面的凸起物引起的阻力。
2）干扰阻力
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
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后视镜
后视镜设计
也要注重流线形
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
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后视镜
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
37
后视镜
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
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门把手
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
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悬架导向杆和传动轴
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
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满足冷却、通风等需要，使空气流经车体内部时构成的阻力。
4）诱导阻力
空气升力在水平方向的投影。
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
3）内循环阻力
由于流经车顶的气流速
度大于流经车底的气流速度，
使得车底的空气压力大于车
顶，从而空气作用在车身上
的垂直方向的压力形成压差，
这就是空气升力。
41
思考
夏季在高速公路上开空调省油还是开窗通风省油？
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
打开天窗换气和打开侧窗换气有何不同？
打开天窗换气时，天窗上
方的压力低于车内的压力。
（2）摩擦阻力（9％）
由于空气粘性作用在车身表面产生的切向力的合力
在行驶方向的分力。
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CD—空气阻力系数；
A—迎风面积；
ur—相对速度；
ρ—空气密度。
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
（3）空气阻力FW的计算
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第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
发动机盖应向前下倾
（4）减小CD值要遵循的要点
1）车身前部
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第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
面与面交接处的棱角应为圆柱状。
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过渡不理想
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
面与面交接处的棱角应为圆柱状。
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第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
风窗玻璃应尽可能“躺平”，且与车顶圆滑过渡。
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第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
越野车很难做到
风窗玻璃应尽可能“躺平”，且与车顶圆滑过渡。
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第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
尽量减少灯、后视镜和门把手等凸出物。
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第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
上掀式前照灯（视频）
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第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
在保险杠下面，应安装合适的扰流板。
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第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
车轮盖应与轮胎相平。
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思考：F1方程式赛车为什么不用车轮盖？
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
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第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
整个车身应向前倾1°～2°。
2）整车
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第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
水平投影应为腰鼓形。
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第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
后端稍稍收缩，前端呈半圆形。
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第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
最好采用舱背式或直背式。
3）汽车后部
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应安装后扰流板。
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
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第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
当车速超过120km/h，尾翼会自动升高160mm，为车身增
加30％的下压力；在车速低于80km/h，尾翼又会自动降低。
应安装后扰流板。
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第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
应安装后扰流板。
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第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
应安装后扰流板。
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第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
应安装后扰流板。
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第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
若用折背式，则行李箱盖板至地面距离应高些，长度要短些。
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后面应采用鸭尾式结构。
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
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第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
后面应采用鸭尾式结构。
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第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
所有零件应在车身下平面内且较平整，最好有平滑
的盖板盖住底部。
4）车身底部
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第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
底部比较凌乱
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第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
底部比较凌乱
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第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
仔细选择进风口与出风口的位置，精心设计内部风道。
5）发动机冷却通风系统
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冷
却
前
制
动
器
冷
却
前
制
动
器
冷
却
发
动
机
和
制
动
器
冷
却
后
制
动
器
和
润
滑
系
统
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
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冷
却
发
动
机
和
前
制
动
器
冷
却
后
制
动
器
为发动机提供充足的空气
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
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什么是超级跑车？
限量生产、价格高昂、动力强劲（以上、8缸以上）
、起步快（0～100km/h时间在5s以内）、技术超群、车身
自重轻（采用碳纤维或轻质合金材料）、外观超前等。
形象的描述：外观鲜亮，让人爱得要死；加速时令人
皮肤绷紧、汗毛直竖，让人吓得要死；数量奇少，价格奇
高，让人想得要死。
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
思考：对于轿车和超级跑车，哪种车型的空气阻力系数更
大？为什么？
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三种超级跑车
兰博基尼
法拉利
保时捷
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
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答案
由于尾翼的影响、发动机和制动器通风冷却的需要，
超级跑车的空气阻力系数一般会大于普通轿车。
兰博基尼跑车
在冷却通风口关闭且扰流板摆平时，CD值为；展
开时，CD值为。
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
思考：对于轿车和超级跑车，哪种车型的空气阻力系数更
大？为什么？
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减小CD值要遵循的要点总结如下：
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
75
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
未来轿车的外形
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第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
导流板
6）货车和半挂车的空气阻力也很重要，不少货车驾驶室
上已装用导流板等装置，以减小空气阻力、节省燃油。
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第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
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车型 空气阻力系数CD
帕萨特
奥迪A4
现代
奔驰C级
奔驰S级
保时捷
陆虎览胜
一些常见车型的空气阻力系数
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
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汽车重力沿坡道的分力。
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
3.坡度阻力Fi
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路面 imax
高速公路平原微丘区 3%
高速公路山岭重丘区 5%
一级汽车专用公路平原微丘区 5%
一级汽车专用公路平原重丘区 6%
四级公路平原微丘区 6%
四级公路平原重丘区 9%
一般道路的坡度均较小。
一些常见路面的坡度
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
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第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
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道路阻力
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
滚动阻力和坡度阻力之和。
一般道路 较小， ≈1， ≈i
令f+i= ψ ， ψ为道路阻力系数
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平移质量的惯性力
旋转质量的惯性力偶矩
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
汽车加速行驶时，克服其质量加速运动时的惯性力。
δ—旋转质量换算系数
IW —车轮转动惯量；If—飞轮转动惯量。
4.加速阻力
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第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
挡位不同，δ值不同
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总质量越小的车，旋转质量换算系数值越大。
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
总质量不同，δ值不同
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第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
三、汽车行驶方程式
旋转质量惯性力（力矩）
1) 飞轮的惯性力矩
ωe—— 飞轮旋转角速度
ωw车轮旋转角速度)
u—— 车速
r—— 车轮半径
If —— 飞轮转动惯量
将飞轮的惯性力矩Tf 传到 驱动车轮——Tfw
2) ∑Tj (车轮的惯性力矩)
Iw —— 车轮转动惯量
3) Fj2 (旋转质量惯性力)
加速阻力（惯性力，包含平移质量和旋转质量）——Fj
设δ——回转质量换算系数
So
从动轮加速行驶时的受力分析
用受力分析法推导汽车行驶方程式
1）从动轮模型: （加速）
Return
驱动轮加速行驶时的受力分析
2）驱动轮模型: （加速）
Return
整车加速上坡时的受力分析
3）整车模型：（加速上坡）
要点
⒈ Fjw2包含两部分:
1）传递到驱动轮的飞轮旋转质量惯性力；
2）驱动车轮自身的旋转质量惯性力。
⒉ 对于整车模型, Fp 和Tt等都是内力，在整车
受力分析中不应出现。
⒊ Ft 和 Ff 是假设出来为了计算方便的，在受
力图中不应出现。
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汽车受到外力的功率为P
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
用功率方程推导δ和汽车行驶方程式
汽车以车速u行驶时的动能为E
发动机功率为Pe
传动系摩擦阻力的负功率为Pr
Fr— 传动系摩擦力转换到车轮轮缘的阻力。
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加速时飞轮和车轮的受力图
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
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无级变速时
如果只考虑飞轮的转动惯量，加速时作用于驱动轮的转矩
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
设传动系无任何摩擦阻力，作用于驱动轮的转矩为
100
传动系各处摩擦转换到驱动轮处的摩擦阻力转矩为Tr
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
传动系摩擦损耗的功率为Pr
传动系各处摩擦转换到车轮周缘的总摩擦阻力为Fr
101
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
由汽车整体动能对时间的变化率等于所有作用力的功率，可得下式
102
由上式得出汽车的行驶方程式
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
103
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
由上式可得汽车的加速阻力为
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第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
由上式可得汽车的加速阻力为
如果汽车装有有级式固定传动比变速器， 加速
阻力 ，所以δ为装有固定传动比变速器汽车
的旋转质量换算系数。
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第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
由上式可得汽车的加速阻力为
如果汽车装有传动比连续变化的无级变速器，加速阻
力为上述两项之和，其中第二项加速阻力是由于传动比
变化率 使发动机飞轮加速而产生的。
106
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
本节内容结束
下一节
