力为
汽车的驱动力图。 1.2.1 汽车的驱动力 Ft=
汽车的行驶方程式为 式中 Ft——汽车驱动力； ∑F——行驶阻力之和。
1.2.1.1 发动机的外特性
Ttqigi0ηT
r
程式，就可以估算汽车的各项动力性能指标。
下面将对式(1-1)中发动机转矩Ttq、传动系机
械效率ηT及车轮半径r等作进一步讨论，并作出
行驶方程式加以具体化，以便研究汽车的动力性。
量位置），此特性称为发动机的外特性，对应的关
发动机的功率、转矩及燃油消耗率与发动机
当发动机节气门全开（或高压油泵处于最大供油
曲轴转速的变化关系，即为发动机的速度特性。
1.2汽车的驱动力与行驶阻力
Ft=∑F
系的机械效率为ηT，则传到驱动轮上的转矩Tt，即驱动力矩为
如图1-1所示，此时作用于驱动轮上的转矩Tt，产生对地面
轴传给驱动车轮。如果变速器传动比为ig、主减速比为i0、传动
力、加速阻力和坡度阻力。现在分别研究驱动力和这些行驶阻力，并最后把Ft=∑F这一
在汽车行驶中，发动机发出的有效转矩Ttq，经变速器、传动轴、主减速器等后，由半
驱动力是由发动机的转矩经传动系传至驱动轮上得到的。行驶阻力有滚动阻力、空气阻
如果驱动车轮的滚动半径为r，就有Ft=Tt/r，因而，汽车驱动
Tt=Ttqigi0ηT
的圆周力F0，则地面对驱动轮的反作用力Ft，即为汽车驱动力。
向作用于汽车的各种外力，即驱动力与行驶阻力。根据这些力的平衡关系，建立汽车行驶方
确定汽车的动力性，就是确定汽车沿行驶方向的运动状况。为此需要掌握沿汽车行驶方
(1-1)
有如下关系：
(1-2)
发动机的试验数据。
1.2.1.2 传动系的机械效率
为 1.2) nP。
Pe=
ηT=
提高、润滑油面高度及粘度增加而增大。
Ttqne9549
系曲线称为外特性曲线；如果节气门部分开启，则称为发动机部分负荷特性曲线。
而有一定的损失。若损失的功率为PT，则传到驱动轮的功率为Pe-PT，传动系的机械效率ηT
外特性的最大功率约小15%；转速为0.5nmax时，功率约小2%～6%；转速再低时，两者相
如转矩Ttq单位用N·m表示，功率Pe单位用kW表示，转速ne用r/min表示,它们之间
成。其中变速器和主减速器的功率损失所占比重最大，其余部件功率损失较小。
Pe−PTP
=1−T PePe
差更小。此外，由于在试验台架上所测的发动机工况相对稳定，而在实际使用中，发动机的
扇、消声器、发电机等附属设备条件下测试得到的。如果带上上述附属设备，测得的发动机
发动机转速时， Ttq有所下降，但功率Pe继续增加，一直达到最大功率Pemax，此时发动机
工况通常是不稳定的，但由于两者差别不显著，所以在进行动力估算时，仍可用稳态工况时
发动机制造厂提供的发动机特性曲线，一般是在试验台架上不带空气滤清器、水泵、风
增加，发动机发出的功率和转矩都在增加，最大转矩Ttqmax时的发动机转速为ntq，再增大
转速为nP；继续提高发动机转速，其功率反而下降。允许的最高转速nmax，一般取(1.1～
的品质、温度、箱体内的油面高度，以及齿轮等旋转零件的转速。液力损失随传动零件转速
损耗的功率含机械损失功率和液力损失功率。机械损失功率是指齿轮传动副、轴承、油
封等处的摩擦损失的功率，其大小决定于啮合齿轮的对数，传递的转矩等因素。液力损失功
传动系的功率损失由传动系中各部件——变速器、万向节、主减速器等的功率损失所组
图1-2为某发动机的外特性曲线。nmin为发动机最低稳定工作转速，随着发动机转速的
率是指消耗于润滑油的搅动、润滑油与旋转零件之间的表面摩擦功率。其大小决定于润滑油
发动机发出的功率Pe，经传动系传到驱动车轮的过程中，要克服传动系各部件的摩擦
传动系的机械效率是在专门的实验装置上测试得到的。在动力性计算时，-机械效率取
规律。
1.2.1.3 车轮半径
径，称为自由半径。
1.2.1.4 汽车的驱动力图
运动半径(滚动半径)rr，即
驱动力值。
汽车驱动力图。具体方法如下：
i0，由下式计算与所求Ft对应的速度：
ua=0.377
rne
igi0
rr=
rs≈rr≈r
（1）从发动机外特性曲线上取若干(ne、Ttq)。
S
2πnw
轮胎发生显著变形，所以静力半径小于其自由半径。
为常数。采用有级机械变速传动系的轿车取0.9～0.92，货车、客车可取0.82～0.85。
以车轮转动圈数nw与车轮实际滚动距离S之间关系换算得出的车轮半径，称为车轮的
径rr。但在一般的分析中常不计它们的差别，统称为车轮半径r，即认为
汽车驱动力，称为汽车驱动力图。它直观地显示变速器处于各挡位时，驱动力随车速变化的
轮胎的尺寸及结构直接影响汽车的动力性。车轮按规定气压充好气后，处于无载时的半
（2）根据选定的不同挡位传动比，按式(1)算出
汽车静止时，车轮中心与轮胎接地面的距离称为静力半径rs。由于径向载荷的作用，
一般用根据发动机外特性确定的驱动力Ft与车速ua之间的函数关系曲线来全面表示
当已知发动机外特性曲线、传动系的传动比、机械效率、车轮半径等参数时，即可作出
（3）根据转速ne、变速器传动比ig及主减速比
显然，对汽车作动力学分析时，应该用静力半径rs；而作运动学分析时应该用滚动半
要的。
互作用力。 1.2.2.1 滚动阻力 1.2.2 汽车的行驶阻力 连成曲线，即得驱动力图。
成的弹性迟滞损失
从图1-4b中可见，在同样变形量δ的摩擦，最后转化为热能而消失在大气
的摩擦，以及橡胶、帘线等物质分子间
中。这种损失称为弹性物质的迟滞损失。
即图中FC＞FD。这说明当车轮在径
的情况下，处于加载过程的载荷较大，
1.2.2.1.1 弹性车轮在径向加载后卸载过程中形
汽车行驶时，车轮与地面在接触区域的径
的变形。轮胎在硬路面上滚动时，轮胎变形是主
向、切向的相互作用力，轮胎与地面亦存在相应
汽车加速行驶时还需要克服加速阻力Fj。因此汽车行驶的总阻力为
的关系及不同挡位驱动力的变化。驱动力图可以作为工具用来分析汽车的动力性。
∑F=Ff+Fw+Fi+Fj
阻力仅在一定行驶条件下存在。水平道路上等速行驶时就没有坡度阻力和加速阻力。
过程中对轮胎所作的功；面积ADEBA为卸载过程中，轮胎恢复变形时释放的功。两面积之
力FW；当汽车在坡道上上坡行驶时，还必须克服重力沿坡道的分力，即坡度阻力Fi；另外
图1-3即为某五挡变速器货车的驱动力图。从驱动力图中可以看出驱动力与其行驶速度
荷W与由其引起的轮胎径向变形量A之间的对应关系。加载变形曲线OCA与卸载变形曲线
ADE并不重合，则可知加载与卸载不是可逆过程，存在着能量损失。面积OCABO为加载
（4）建立Ft-ua坐标，选好比例尺，对每个挡位，将计算出的值(Ft，ua)分别描点并
当汽车车轮在水平路面上，且不受侧向力作用时，车轮与地面间将产生径向和切向的相
上述各种阻力中，滚动阻力和空气阻力是在任何行驶条件下均存在的。坡度阻力和加速
从图1-4中可见，当弹性车轮在硬支承路面上，对其进行加载和卸载的过程中，径向载
差OCADEO即为加载与卸载过程的能量损失。这一部分能量消耗在轮胎各组成部分相互间
汽车在水平道路上等速行驶时必须克服来自地面的滚动阻力Ff和来自空气的空气阻
过悬架
Tf=Fza。
故所应施加推力为
1.2.2.1.2 等速滚动从动轮受力分析
FP1=
Tf
r
Ff=
1.2.2.1.3 等速滚动的驱动轮受力分析
Fx2r=Tt−Tf
Tf=FZr
TtTf
Fx2=−=Ft−Ff
rr
动阻力(实际作用在车轮上的是滚动阻力偶矩)。
阻力等于滚动阻力系数与车轮负荷的乘积。故车轮滚动阻力Ff为
向载荷作用下滚动时，由于弹性迟滞现象，使地面对车轮的法向支持力为不对称分布，其法
车轮垂直中心线前移了一段距离a。a值随弹性损失的增大而增大。车轮所承受的径向载荷
式中f称为滚动阻力系数，可见滚动阻力系数是单位汽车重力所需的推力。换言之，滚动
向反力合力作用线，相对于车轮中心线前移了一段距离，因而形成了阻碍车轮滚动的力偶矩
动力偶矩Tf2。由对车轮中心的力矩平衡条件得：
FP1r=Tf
图1-6中FZ2为道路对驱动轮的切向反力，TP2为车架通
给轮轴的反推力，法向反作用力FZ2也由于轮胎弹性迟滞损
失，使其作用线前移一段距离a，即在驱动轮上同样作用有滚
W，与法向反力FZ1，大小相等，方向相反，即FZ1=－W。
力Fx1构成一力偶矩来克服滚动力偶矩Tf1，由车轮中心力矩平衡条件，得
aF
=Wf或f=P1
Wr
在水平路面等速直线滚动的汽车从动轮，如图1-5a所示，其法向反力的合力FZ1相对
若法向反力FZ1通过车轮中心，则是从动轮在硬路面上等速直线滚动的受力情况，如图
1-5 b所示。图中力矩Tf1为作用于车轮上阻碍车轮滚动的滚动力偶矩，且Tf1=FZ1a。要使
从动轮等速直线滚动，FZ1必须通过车轮中心，通过车轴施加以推力FP1，它与地面切向反
=fW (1-3)
这样，在分析汽车的行驶阻力时，可不必具体计算阻碍车轮滚动的力偶矩，而只计算滚
1.2.2.2 空气阻力
1.2.2.1.4 滚动阻力系数的影响因素 帘线层脱落，几分钟内就会出现爆破现象。
(4) 轮胎气压对滚动阻力系数的影响
(3) 汽车行驶速度对滚动阻力系数的影响
(2) 轮胎的结构和材质对滚动阻力系数的影响
(1) 路面种类及其状态对滚动阻力系数的影响
均可在保证轮胎强度的条件下减少帘布层数。
Fx2，其数值等于驱动力Ft减去驱动轮滚动阻力Ff。
滚动阻力系数与路面种类及其状态、车速及轮胎等有关，其数值通过实验确定。
表1-2给出了汽车在某些路面上以中、低行驶时，车轮滚动阻力系数的大致值。
大，滚动阻力系数相应增大。随着轮胎气压增高，硬路面上的滚动阻力系数逐渐减小。
把手、车灯等）引起的阻力；发动机冷却系、车内通风等所需空气流经车体内部时构成的阻增长较快。当车速达到某一临界车速（例如200km/h）左右时，轮胎发生驻波现象，轮胎周缘不是圆形而出现明显的波浪状。滚动阻力系数迅速增大，轮胎的温度也迅速升高，使轮胎
轮胎气压对滚动阻力系数的影响很大。轮胎气压低时，变形较大，滚动时的迟滞损失增从而可相应降低滚动阻力系数。因此，采用高强力粘胶帘布、合成纤维帘布或钢丝帘布等，
子午线轮胎与普通斜交轮胎相比，具有较低的滚动阻力系数。减小帘线层可使胎体减薄，当车速在100km/h以下时，滚动阻力系数变化不大；在某一车速（如140km/h）以上时，
身主体形状有关，流线型越好，形状阻力越小；干扰阻力是车身表面突起物（如后视镜、门
力和摩擦阻力两部分。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称为压
汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力，称为空气阻力。它分为压力阻
力阻力。摩擦阻力是由于空气的粘性在车身表面产生的切向力的合力在行驶方向上的分力。
压力阻力又分为四部分：形状阻力、干扰阻力、内循环阻力、诱导阻力。形状阻力与车
由上式可见，真正作用在驱动轮上驱动汽车行驶的力为地面对车轮的切向反作用力
端呈半圆形。
参看图1-7b。
1.2.2.3 坡度阻力 车轮盖应与轮胎相平。
空气阻力Fw(N)的计算公式为 A——迎风面积(m2)； CD——空气阻力系数。
精心设计的内部风道。
循环阻力占12%，诱导阻力占7%，摩擦阻力占9%。
力，为内循环阻力；诱导阻力是空气升力在水平方向上的投影。
盖板从车身中部或由后轮以后向上稍稍升高。
2
式中 ua——相对速度，在无风时即为汽车的行驶速度(km/h)；
CAua
(1-4) FW=D
21.15
现代车身空气动力学工程师认为，低CD值的轿车车身应遵循下列要点(参看图1-7)
(1) 车身前部 发动机盖应向前下倾。面与面交接处的棱角应为圆柱状。挡风玻璃应
对于一般轿车，这几部分阻力的比例大致为：形状阻力占58%，干扰阻力占14%，内
尽可能“躺平”且与车顶圆滑过渡。前支柱应圆滑，侧窗应.与车身相平。尽量减少灯、后
视镜等凸出物，凸出物的形状应接近流线型。在保险杠下面的前面，应装有合适的扰流板。
（5）发动机冷却进风系统仔细选择进风口与出风口的位置，应有高效率的冷却水箱、
（4）车身底部所有零部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。
(3) 汽车后部 最好采用舱背式(hatch back )或直背式(fast beak)。应有后扰流板。若用
(2) 整车 整个车身应向前1°～2°。水平投影应为“腰鼓”形，后端稍稍收缩，前
折背式(notch hack )，则行李箱盖板至地面距离应高些，长度要短些，后面应有鸭尾式结构，
如图1-8所示，当汽车上坡行驶时，其重力沿坡道斜面的分力Fi表现为汽车坡度阻力，
即
令ψ=
1.2.2.4 加速阻力
i=
1.2.3 汽车行驶方程式 和称为道路阻力Fψ(N)，即 式中α——道路坡度角(°)。
sinα≈tanα=i，则：
的传动比有关；
m——汽车质量，(kg)；
h
=tanα S
当坡道角α<10°～15°时，
f+i，ψ称为道路阻力系数。
du
——汽车行驶加速度，(m/s2)。 dt
道路坡度i是用坡高h与底长S之比表示：
当坡度角α较小时，cosα≈1，sinα≈i，则
和旋转质量(飞轮、车轮等)两部分。加速时平移质量要产生惯性力，旋转质量要产生惯性力
偶矩，为了便于计算，一般把旋转质量的惯性力偶矩，转化为平移质量的惯性力，并以系数
汽车加速行驶时，需克服其质量的惯性，这就是加速阻力Fj。汽车质量分为平移质量
式中δ——汽车旋转质量换算系数，(δ＞1), 主要与飞轮、车轮的转动惯量，以及传动系
根据上节分析的汽车各行驶阻力，可以得到汽车的行驶方程式为
由于坡度阻力Fi与滚动阻力Ff均属与道路有关的汽车行驶阻力，故常把这两种阻力之
Fα+Gsinα ψ=Ff+Fi=fGcos
Fψ=Gψ (1-7)
δ作为换算系数，则汽车加速时的加速阻力Fj(N)为，
du
(1-8) Fj=δmdt
Fi=Gsinα≈Gtanα=Gi (1-6)
Ft=Ff+FW+Fi+Fj
Fi=Gsinα (1-5)
或
Ttqigi0ηT
r
2
中的功率方程，导出旋转质量换算系数δ并建立汽车行驶方程式。
CAudu
=Gfcosα+Da+Gsinα+δm
21.15dt
该方程式表示了驱动力与行驶阻力的数量关系，但并未经过周密的推导。本节将依据动力学