汽车理论超级总结(考研笔记)

考虑最大爬坡度时，Ⅰ档传动比ig1应为ig1?G(fcos?max?sin?max)r；

Ttqmaxi0?T?F?，

并验证是否满足附着条件Ftmax?Ttqmaxig1i0?Tr同时itmax应保证汽车能在极低车速下稳定行驶。这时最大传动比itmax应为

itmax?0.377nmirn uamin5. 传动系档位数的选择：汽车的动力性、燃油经济性和汽车传动系的档位数有着密切的关系。传动系档位数的增加会改善汽车的动力性和燃油经济性。但档位数增多，会使变速器结构复杂。

6. 理论上汽车变速器各档的传动比应该按等比级数分配。实际上各档传动比分布关系应为

ig1ig2?ig2ig3?????ign?1ign

复习思考题

1、 什么叫汽车比功率？如何利用比功率来确定发动机功率？ 2、 选择主减速器传动比i0时，应考虑哪些问题？ 3、 如何选取汽车变速器最大传动比？ 4、 汽车变速器档位数取决于哪些因素？ 5、 汽车变速器各档传动比是如何分配的？

6、 已知某汽车总质量为1200kg，滚动阻力系数f=0.013，传动系机械效率为?T=0.85，

CDA=0.70m2，现要求最高车速uamax=140km/h。试求应有功率数值。

第4章 汽车的制动性 学习目标

通过本章的学习，要求掌握制动性的评价指标；掌握制动时汽车的受力情况以及地面制动力、制动器制动力与地面附着力之间的关系；掌握汽车制动距离的概念和计算方法；能对制动跑偏和制动侧滑进行正确的受力分析和运动分析；熟练分析前、后制动器制动力具有固定比值的汽车在各种路面上的制动过程；了解自动防抱死系统的原理。

为了保障汽车行驶安全和使汽车的动力性得以发挥，汽车必须具有良好的制动性。 对于行车制动而言，汽车的制动性能是指汽车行驶时，能在短距离内停车且维持行驶方向稳定，在下长坡时能维持较低车速的能力。

汽车的制动性是汽车的主要性能之一。制动性直接关系到交通安全，重大交通事故往往与制动距离太长、紧急制动时发生侧滑等情况有关，故汽车的制动性是汽车行驶的重要保障。改善汽车的制动性始终是汽车设计制造和使用部门的重要任务。

4.1节 制动性的评价指标

制动性主要用以下三方面指标来评价：

4.1.1 制动效能。包括制动减速度、制动距离、制动时间及制动力等。

制动效能是指在良好路面上，汽车以一定初速制动到停车的制动距离或制动时汽车的肩速度。它是制动性能最基本的评价指标。

4.1.2 制动效能的恒定性。包括抗热衰退和水衰退的能力。

汽车高速行驶或下长坡连续制动时制动效能保持的程度，称为抗热衰退性能。因为制动过程实际上是把汽车行驶的动能通过制动器吸收转换为热能，所以制动器温度升高后，能否保持在冷状态时的制动效能已成为设计制动器时要考虑的一个重要问题。此外，涉水行驶后，制动器还存在水衰退问题。

4.1.3 制动时的方向稳定性。指制动时汽车按照驾驶员给定方向行驶的能力，即是否会发 生制动跑偏、侧滑和失去转向能力等。 制动时汽车的方向稳定性，常用制动时汽车按给定路径行驶的能力来评价。若制动器发生跑片、侧滑或失去转向能力，则汽车将偏离原来的路径。

4.2节 制动时车轮受力 4.2.1 制动器制动力

在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩T?(N2m)所需的力，称为制动器制动力，用F?(N)表示，显然

F??T?r

式中 r——车轮半径(m)。

由此可知，制动器制动力是由制动系的设计参数所决定的。即取决于制动器型式、尺寸、摩擦系数、车轮半径。它与制动系的油压或气压成正比。 4.2.2 地面制动力

图4.1 车轮在制动时的受力情况

图4.1为在良好的硬路面上制动时，车轮的受力情况。图中滚动阻力偶矩和减速时的惯性力、惯性力矩均忽略不计。Fxb为地面制动力，W为车轮垂直载荷，FP为车轴对车轮的推力，FZ为地面对车轮的法向反作用力。从力矩平衡得

Fxb?T?r?FP

地面制动力是使汽车制动而减速行驶的外力，但是，地面制动力取决于两个摩擦副的摩擦力；一个是制动器摩擦副间的摩擦力；另一个是轮胎与地面间的附着力。 4.2.3 制动器制动力、地面制动力及附着力之间的关系

图4.2 制动过程中地面制动力、制动器制动力及附着力的关系

制动器制动力、地面制动力及附着力三者的关系如图4.2所示。由图可见，制动器制动力可以随制动系油压的增大而增大，而地面制动力Fxb在达到附着力F?的值后，就不再增加了。此时若想提高地面制动力，以使汽车具有更大的制动效能、只有提高附着系数。

由此可见，汽车的地面制动力，首先取决于制动器制动力，但同时又受到地面附着条件的限制。所以，只有汽车具有足够的制动器制动力，同时，地面又能提供高的附着力时，才能获得足够的地面制动力。

4.2.4 附着系数?与滑动率s的关系

前面曾假设附着系数在制动过程中是常数。但实际上，附着系数与车轮的运动状态，即滑动程度有关。滑动所占的比例为滑移率，用符号s表示，其表达式为

s?uW?rr0?W?10%0

uW式中 rr0——自由滑动的车轮动态半径(m)； uW—车轮中心的速度(m/s)

?W——车轮的角速度(rad/s)。

不同滑动率时，附着系数是不一样的。图4.3为试验所得的车轮附着系数曲线，即?-s曲线。图上除了纵向附着系数曲线外，还给出了侧向附着系数曲线。侧向附着系数是研究制动时侧向稳定性有关的参数。

图4.3 ??s曲线

图4.4 各种路面上的??s曲线

图4.5车速对附着系数曲线的影响

图4.4和图4.5分别表示了不同路面上和不同行驶车速时滑动率与附着系数的关系。

4.3节 汽车的制动效能及其恒定性 4.3.2 制动效能的恒定性

前述制动效能指标，是在冷制动下，即制动器温度在100℃以下讨论的。汽车下长坡制动及汽车高速制动的情况下，制动器的工作温度常在300℃以上，有时竟高达600～700℃。这使制动器的摩擦力矩显著下降，汽车的制动效能会显著降低，这种现象称为制动效能的热衰退现象。

抵抗热衰退的能力，常用一系列连续制动后，制动效能与冷制动时相比较下降的程度来表示。制动器的热衰退和制动器摩擦副材料以及制动器结构有关。

一般制动器是以铸铁作制动鼓，石棉摩擦材料作摩擦片组成的。在制动鼓的合金成分、金相组织、硬度、工艺等要求合格的条件下，摩擦片对摩擦性能起决定作用。在一般情况下制动时，石棉摩擦片与制动鼓的摩擦系数约为0.3～0.4。此时摩擦系数是稳定的。在连续强 烈制动及高速制动的情况下，摩擦片温度过高，其内含的有机物发生分解，产生了一些气体和液体。它们在两接触面间形成有润滑作用的薄膜，使摩擦系数下降，而出现了热衰退现象。

制动器的结构型式对抗热衰退的能力有较大的影响。常用制动器效能因数与摩擦系数的关系曲线来说明各种制动器的效能及其稳定程度。制动器效能因数Kef是单位制动泵推力

FP所产生的制动器摩擦力F，即Kef?T?F。 ?FPFPr图4.7是具有典型尺寸的各种型式制动器制动效能因数与摩擦系数的关系曲线。由图可知；双向自动增力蹄及双增力蹄式制动器，由于结构上的几何力学关系产生增力作用，具有较大的制动效能因数。摩擦系数变大时，制动效能按非线性关系迅速增加。故摩擦系数的微小变化，能引起制动效能的大幅度改变，即制动器工作的稳定性差。双减力蹄式制动器因为有减力作用，制动效能因数低，但制动效能因数随摩擦系数变化而改变的量很小，即稳定性较好。增减力蹄式介于两者之间。这里特别要指出的是盘式制动器。盘式制动器的制动效能没有鼓式的大，但其稳定性最好。高强度制动时摩擦系数虽因热衰退而有所下降，但对制动效能的影响却不大。

图4.7 制动效能因数曲线

1— 双向自动增力蹄制动器 2—双增力蹄制动器 3—增、减力蹄制动器 4—双减力蹄制动器 5—盘式制动器

汽车涉水后，由于制动器被水浸湿，制动效能也会降低，这种现象称为制动效能的水衰退现象。为缓解这种现象，汽车涉水后，应踩几脚制动踏板，使制动蹄与制动鼓间因摩擦而产生的热量，使制动器迅速干燥，使制动效能恢复正常。

4.4节 制动时汽车的方向稳定性

制动过程中有时会出现制动跑偏、侧滑，使汽车失去控制而离开规定行驶方向。汽车在制动过程中维持直线行驶能力，或按预定弯道行驶的能力，称为制动时汽车的方向稳定性。 4.4.1 制动跑偏

制动时原期望汽车按直线方向减速停车，但有时汽车却自动向左或向右偏驶，这种现象称为“制动跑偏”。跑偏现象多数是由于技术状况不正常造成的，经过维修调整是可以消除的。产生制动跑偏的主要原因是在制动过程中，左、右轮地面制动力增大的快慢不一致，左、右轮地面制动力不等。特别是前轴左、右轮制动力不等，是产生制动跑偏的主要原因，如图4.8所示。

备注：各课次内容中：用红色字标记的是重点，加粗且斜体标记的是难点，既用红色标记又加粗斜体标记的既是重点也是难点。

课次1： 内容：

第一章、汽车的动力性 §1-1 汽车的动力性指标

§1-2 汽车的驱动力与行驶阻力

一、汽车驱的驱动力：发动机的外特性，传动系的机械效率，车轮半径，汽车的驱动力图。

课次2：

二、汽车的行驶阻力：滚动阻力及滚动阻力系数，空气阻力及空气阻力系数，上坡阻力，加速阻力。

课次3：

三、汽车的行驶方程式

§1-3 汽车行驶的驱动与附着条件，附着力与附着利用率 课次4：

§1-4 汽车的驱动力——行驶阻力平衡：驱动力—行驶阻力平衡图，利用驱动力—行驶阻力平衡图分析汽车的动力性指标。 §1-5 汽车的动力因数与动力特性图：利用动力特性图分析汽车的动力性指标。

课次5：

§1-6 汽车的功率平衡：利用功率平衡图分析汽车的动力性指标。

课后习题：汽车动力性习题 试验1：汽车动力性路上试验

课次6：

第二章 汽车的燃油经济性 §2-1 汽车燃油经济性的评价指标

§2-2 汽车的燃油经济性计算：汽车发动机的负荷特性与万有特性，汽车稳定行驶时燃油经济性的计算

课次7：

§2-2 汽车的燃油经济性计算：汽车的加速、减速与停车怠速的耗油量计算。 §2-3 影响汽车燃没油经济性的因素：影响汽车燃油经济性的使用因素，影响汽车燃油经济性的结构因素，提高汽车燃油经济性的途径。

试验2：汽车燃油经济性实验

课次8：

第三章 汽车发动机功率与传动系传动比的选择 §3-1 发动机功率的选择

§3-2 传动系最小传动比的确定

课次9：

§3-3 传动系最大传动比的确定

§3-4 传动系档数与各档传动比的确定

课后习题：汽车燃油经济性及传动系统参数选择习题

课次10：

第四章 汽车的制动性 §4-1 制动性的评价指标

§4-2 制动时车轮的受力：地面制动力、制动器制动力与附着力的关系，滑动率与附着系数的关系。

课次11：

§4-3 汽车的制动效能：汽车的制动减速度，制动距离， 汽车制动效能的恒定性

§4-4 制动时汽车的方向稳定性：制动跑偏，制动侧滑。

课次12：

§4-5 前后制动器制动力的比例关系：

一、地面对前、后车轮的法向反作用力，前、后制动器制动力的理想分配曲线， 二、具有固定比值的前、后制动器制动力实际分配线，同步附着系数及其选择，制动过程分析

课次13：

三、在附着系数不同的道路上的制动过程分析、利用附着系数与附着效率。 §4-6 制动力调节：制动力调节原理，制动系限压阀、比例阀，防抱制动系统。 课次14：

第七章 汽车的通过性 §7-1 汽车通过性概述

§7-2 汽车间隙失效、通过性的几何参数 §7-3 汽车越过台阶、壕沟的能力

课后习题： 汽车制动性和通过性习题

课次15：

第五章 汽车的操纵稳定性

§5-1概述：操纵稳定性概念，车辆坐标系，刚体运动微分方程。 §5-2轮胎的侧偏特性：轮胎坐标系，轮胎侧偏现象与侧偏特性，

课次16：

§5-2轮胎的侧偏特性：影响侧偏特性的诸因素，有外倾角时轮胎的滚动。 §5-3线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应：汽车操纵系统的简化模型对前轮角输入的响应：二自由度汽车的运动微分方程式 课次17 ：

§5-3线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应：汽车的稳态响应，汽车的瞬态响应 。

§5-4汽车操纵稳定性与悬架、转向系的关系：悬架的侧倾特性，侧倾时左右车轮垂直载荷变化对汽车转向性能的影响

课次18：

§5-4汽车操纵稳定性与悬架、转向系的关系：侧倾时车轮外倾角的变化对汽车转向性能的影响，运动侧偏对汽车转向性能的影响。

课次19：

§5-5侧偏柔度、不足转向量及气车时域响应的计算

课后习题：汽车操纵稳定性习题 试验3：汽车稳态转向试验

课次20：

第六章 汽车的行驶平顺性

§6-1人体对振动的反应和平顺性的评价：人体对振动的反应，汽车行驶平顺性的评价方法与主要指标，研究汽车行驶平顺性的基本方法。 2 课次21：

§6-2路面的统计特性：路面功率谱，空间频率谱密度转化为时间频率谱密度，路面输入谱。 课次22 ：

§6-3汽车振动系统的简化，

单质量系统的振动:单质量系统的自由振动，单质量系统的频率响应特性，单质量系统在路面随机激励下的响应，谱分析与方差（均方根值）的计算。 课次23

§6-4车身与车轮双质量系统的振动 课次24

§6-4车身与车轮双质量系统的振动 复习

课后习题：汽车行驶平顺性习题

课次25： 考试

汽车理论

汽车理论是研究汽车主要使用性能的科学，是在分析汽车运动基本规律的基础上研究汽车主要使用性能与其结构之间的内在联系，分析汽车主要使用性能的各种影响因素，从而指出正确设计汽车和合理使用汽车的基本途径。

对汽车提出的使用性能的要求是多方面的，汽车理论主要研究汽车的动力性、燃油经济性、制动性、操纵稳定性、平顺性和通过性等。

汽车的动力性 学习目标

通过本章的学习，应重点掌握汽车的动力性指标，熟练分析汽车的受力情况，深入理解汽车的行驶方程式，并熟练运用汽车的力平衡图和功率平衡图分析汽车的动力性指标。

汽车的动力性是指汽车在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。汽车是一种高效率的运输工具，运输效率之高低很大程度上取决于汽车的动力性。所以，动力性是汽车各种性能中最基本最重要的性能。 1.1节 汽车动力性指标

从获得尽可能高的平均行驶速度的观点出发，汽车的动力性主要有以下三个评价指标。 1.1.1 汽车的最高车速uamax

最高车速是指在水平良好的路面(混凝土或沥青)上，汽车能达到的最高行驶车速。 1.1.2 汽车的加速时间t

汽车的加速时间表示汽车的加速能力，它对平均行驶车速有很大影响。常用原地起步加速时间与超车加速时间来表明汽车的加速能力。原地起步加速时间，指汽车由Ⅰ档或Ⅱ档起步，并以最大的加速强度(包括选择恰当的换档时机)逐步换至最高档后，到某一预定的距离或车速所需的时间。超车加速时间，指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。由于超车时两车辆并行，容易发生安全事故，所以超车加速能力强，并行行程短，行驶就安全。一般常用0→400m或0→100km/h所需的时间来表明汽车的原地起步加速能力。对超车加速能力还没有一致的规定，采用较多的是用最高档或次高档，由某一中等车速全力加速行驶至某一高速所需的时间。轿车对加速时间尤为重视。 1.1.3 汽车的最大爬坡度i

汽车满载时，在良好路面上的最大爬坡度，表示汽车的上坡能力。显然，汽车的最大爬坡度指Ⅰ档最大爬坡度。轿车最高车速大，加速时间短，经常在较好的道路上行驶，一般不强调它的爬坡能力；而且它的Ⅰ档加速能力大，故爬坡能力也强。货车在各种地区的各种道路上行驶，所以必须具有足够的爬坡能力。实际上，imax代表了汽车的极限爬坡能力，它应比实际行驶中遇到的道路最大爬坡度超出很多。这是因为应考虑到在坡道上停车后，顺利起步加速、克服松软坡道路面的大阻力等要求的缘故。一般货车imax在30%即16.7°左右，越野汽车要在坏路或无路条件下行驶，因而爬坡能力是一个很重要的指标，它的最大爬坡度可达60%即31°左右。

三个指标的测定，均应在无风的条件下进行。

确定汽车的动力性，就是确定汽车沿行驶方向的运动状态。因此，需要掌握沿汽车行驶方向作用于汽车上的各种外力，即驱动力与行驶阻力。根据这些力的平衡关系，建立汽车行

驶方程式，就可以估算汽车的最高车速、加速时间和最大爬坡度。

8.2节 汽车的驱动力与行驶阻力

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，建立汽车行驶方程式，就可以估算汽车的各项动力性能指标。

汽车的行驶方程式为

Ft?∑F 式中 Ft——汽车驱动力； ∑F——行驶阻力之和。 1.2.1 汽车的驱动力

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、传动系的机械效率为?T，则传到驱动轮上的转矩Tt，即驱动力矩为

Tt?Ttqigi0?T

如图1.1所示，此时作用于驱动轮上的转矩Tt，产生对地面的圆周力F0，则地面对驱动轮的反作用力Ft，即为汽车驱动力。如果驱动车轮的滚动半径为r，就有Ft?Tt/r，因而，汽车驱动力为

图1.1汽车的驱动力 Ft?Ttqigi0?Tr (1.1)

下面将对式(1.1)中发动机转矩丁Ttq、传动系机械效率?T及车轮半径r等作进一步讨

论，并作出汽车的驱动力图。 1.2.1.1 发动机的外特性

发动机的功率、转矩及燃油消耗率与发动

机曲轴转速的变化关系，即为发动机的速度特性。当发动机节气门全开，或高压油泵处于最大供油量位置时，此特性称为发动机的外特性，对应的关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。

图1.2为某发动机的外特性曲线。nmin为发动

2、推导出汽车的燃料消耗方程式。

3、何谓等速行驶燃料经济特性?如何利用它分析比较汽车的经济性? 4、分析发动机的负荷率对汽车燃料经济性的影响，汽车在使用时如何提高发动机的负荷亭? 5、某汽车总质量5360kg，轮距1650mm，车高2165mm，空气阻力系数0.96，发动机有效油耗=245g／ps2h，机械效率0.85，估算在i=0.015的柏油路面上以60km／h稳速行驶百公里油耗是多少?

第3章 发动机功率的选择和传动系传动比的确定

学习目标

通过本章的学习，要求掌握选择发动机功率和传动系档位数和传动比的方法。

汽车发动机的功率和传动系传动比对汽车的动力性与燃油经济性有很大影响。在确定这些参数时，必须充分考虑到满足这两个基本性能的要求。此外，还要注意到满足驾驶性的要求。

3.1节 发动机功率的选择

通常设计中常先从保证汽车预期的最高车速来初步选择发动机的功率。最高车速虽然只是动力性中的一个指标，但它实质上也反映了汽车的加速能力和爬坡能力。因为最高车速越高，要求的发动机功率越大，汽车后备功率大，加速与爬坡能力必然较好。

如果给出了期望的最高车速，则选择的发动机功率应不小于以最高车速行驶时阻力功率之和，即

Pe?1?GfCA3?umax?Dua?max? （3-1）

?T?360076140?在给定m、CD、A、f、?T这些值后，便能求出应有功率Pe的数值。

在实际工作中，还利用现有汽车统计数据初步估计汽车比功率来确定发动机应有功率。汽车比功率是单位汽车总质量具有的发动机功率，比功率的常用单位为kW/t，汽车比功率可由下式求得：

汽车比功率=

1000PefgCDA3?uamax?uamax （3-2） m3.6?T76.14m?T各种货车的f、?T及CD值大致相等且最高车速也相差不多，但总质量变化范围很大。货车最高车速为100km/h左右。一辆中型货车的比功率约为10kW/t，其中用以克服滚动阻力功率的，即式（3-2）中的第一项，约占2/5。对于各类货车上式第一项的数值大体相同。式中第二项是克服空气阻力功率的部分，它随A/m而变化，货车总质量增大时，迎风面积增加有限，故第二项将随着总质量的增加而逐步减少。因此不同货车的比功率将随着其总质量的增大而逐步减小。货车比功率一般在7.35 kW/t（10PS/t）以上。小于2～3t的轻型货车大多是轿车的变型车，动力性能较好，比功率很大。重型自卸车最高车速低，比功率较小。

因此，货车可以根据同样总质量与同样类型车辆的比功率统计数据，初步选择发动机功率。

轿车行驶车速高，且不同轿车动力性能相差可以很大，现代轿车的最高车速一般在140～200km/h之间；比功率相差也比较大，一般轿车比功率在15～90 kW/t之间。在德国，高速公路不限制车速，因此其轿车最高车速较高，为140～230km/h之间。

很多国家甚至对车辆应有的最小比功率作出规定，以保证路上行驶车辆的动力性不低于一定水平，防止某些性能差的车辆阻碍车流。 10.2节

传动系最小传动比的选择

汽车大部分时间以最高档行驶，也就是用最小传动比的档位行驶的，因此最小传动比的选定是很重要的。

传动系的总传动比是传动系中各部件传动比的乘积，即 it?igi0ic

式中 ig——变速器的传动比；

i0——主减速器的传动比； ic——分动器或副变速器的传动比。

普通的汽车没有分动器或副变速器，而变速器的最小传动比为直接档或超速档。当变速器的最小传动比为直接档时，传动系的最小传动比就是主减速器的传动比i0；当变速器的最小传动比为超速档时，则传动系的最小传动比应为变速器最高档传动比与主减速器的传动比的乘积。

选择主减速器传动比i0应考虑以下几点： 3.2.1 最高车速

主减速器的传动比i0不同，汽车功率平衡图上发动机功率曲线的位置不同，与水平路面行驶阻力功率曲线的交点所确定的最高车速不同。当阻力功率曲线正好与发动机功率曲线交在其最大功率点上，此时所得的最高车速最大，uamax?uP，uP为发动机最大功率时的车速。因此，主减速器的传动比i0应选择到汽车的最高车速相当于发动机最大功率时的车速，这时最高车速最大。 3.2.2 汽车的后备功率

主减速器的传动比i0不同，汽车的后备功率也不同。i0增大，发动机功率曲线左移，汽车的后备功率增大，动力性加强，但燃油经济性较差。i0减小，发动机功率曲线右移，汽车的后备功率较小，但发动机功率利用率高，燃油经济性较好。 3.2.3 驾驶性能

最小传动比还受到驾驶性能的影响。驾驶性能是指动力装置的转矩响应、噪声和振动。驾驶性能与喘振、加速不畅、怠速不稳、回火、爆震及放炮等现象有关。这些现象出现越少，驾驶性能越好。驾驶性能由驾驶员通过主观评价来确定。

影响驾驶性能的因素有发动机排量、气缸数目、传动系刚度以及传动系最小传动比等。最小传动比对转矩响应有较大的影响。最小传动比如果过小，则发动机要在重负荷下工作，加速性能差，会出现噪声和振动。如果最小传动比过大，会使燃油经济性变差，发动机高速运转时噪声也比较大。 3.2.4 燃油经济性

选择最小传动比时，不但要考虑动力性，也要考虑燃油经济性。选择最小传动比时，通常使uamax?uP；为了保证有足够的后备功率，增大最小传动比，uP可稍小于uamax；为了提高燃油经济性，减小最小传动比，使uP稍大于uamax。据统计，约60%的轿车uamax/uP值在0.9～1.1之间，在0.7～0.9之间的约占30%，其余约10%在1.1～1.39之间。

最小传动比也可由最高档动力因数D0max来确定。

Ttqmaxi0?TD0max?r?GCDA2uat21.15

式中 G——汽车总质量的重力[N]；

uat——最高档时发动机发出最大转矩时的汽车车速[/km/h]。

一般推荐最高档动力因数，中型货车D0max≈0.04～0.08，中级轿车D0max≈0.1～0.15。 10.3节

传动系最大传动比的选择

传动系最大传动比itmax，对普通汽车来说，为变速器Ⅰ档传动比ig1与主减速器传动比i0之乘积。确定传动系最大传动比就是确定变速器Ⅰ档传动比ig1与主减速器传动比i0。

确定最大传动比时，主要考虑三方面的因素，即最大爬坡度、附着条件和汽车的最低稳定车速。 3.3.1 最大爬坡度

汽车爬坡时车速低，可不计空气阻力，汽车的最大驱动力应能克服最大爬坡度，为

Ftmax?Ff?Fimax

即

Ttqmaixg1i0?Tr?Gfco?smax?Gsin?max

Ⅰ档传动比ig1应为

ig1?G(fcos?max?sin?max)r

Ttqmaxi0?T一般货车的最大爬坡度约为30%，即?max≈16.7°。轿车应具有爬上30%以上坡道的能力。 3.3.2 附着条件

确定最大传动比后应验证是否满足附着条件

Ftmax?Ttqmaxig1i0?Tr?F?

验算时，可取附着系数?=0.5～0.6。 3.3.3 最低稳定车速

对于越野汽车传动系，最大传动比itmax应保证汽车能在极低车速下稳定行驶。这样可以避免在松软地面上行驶时土壤受冲击剪切破坏而损害地面附着力。最大传动比itmax应为

itmax?0.377nminr uamin式中 uamin——最低稳定车速。

此外，轿车的最大传动比是根据加速能力的要求来确定的，可参考同等级的轿车来选择。

10.4节 传动系档位数与各挡传动比的选择 3.4.1 传动系档位数的选择

汽车的动力性、燃油经济性和汽车传动系的档位数有着密切的关系。档位数多，使发动机发挥最大功率的机会增多，提高了汽车的加速能力和爬坡能力。同时，档位数多，使发动机在低燃油消耗区工作的可能性增加，降低了油耗。因此，传动系档位数的增加会改善汽车的动力性和燃油经济性。

档位数还取决于最大传动比与最小传动比之间的比值，因为档与档之间的传动比比值不能过大，比值过大会造成换档困难。一般比值不大于1.7～1.8。因此，最大传动比与最小传动比的比值增大，档位数也应增多。

汽车类型不同，档位数也不同。轿车车速高、比功率大，高档的后备功率大，原常采用三、四个档位，近年来，为进一步节省燃油，装用手动变速器的轿车多已采用5档变速器。中小型货车比功率小，一般采用四、五个档位。重型货车的比功率更小，使用条件也很复杂，所以一般采用六到十几个档位，以适应复杂的使用条件，使汽车有足够的动力性和良好的燃油经济性。越野汽车的使用条件最复杂，其传动系的档位数比同吨位的普通货车要多一倍。

档位数增多，会使变速器结构复杂。有的档位数多的汽车，常在变速器后面接上一个副变速器，使档位数倍增。越野汽车在变速器后面采用分动器，达到多轴驱动的要求，同时使档位数倍增。

在确定汽车的最小传动比、最大传动比和传动系的档位数后，还要确定中间各档的传

动比。

汽车变速器各档的传动比应该按等比级数分配。

ig1ig2?ig2ig3?????q

式中 q——常数，各档之间的公比。

各档的传动比为

ig1?qig2，ig2?qig3，ig3?qig4，??

对于一个四档变速器，ig4=1，各档传动比和q有如下关系 ig3?q，ig2?q2，ig1?q3 则 q?3ig1

2所以ig3?3ig1，ig2?3ig1。

由此可以推出，n个档位的变速器，各档传动比应该是

n?2n?1in?3，in?1in?4，?，in?1in?m，? ig2?n?1ig1，ig3?g1g4?g1gm?g1在确定了各档传动比后，还要校验相邻档位传动比的比值q，q应小于1.7～1.8，如q值过大，则应增加传动系的档位数。按等比级数分配传动比的主要目的在于充分利用发动机

提供了功率，提高汽车的加速和爬坡能力，提高汽车的动力性。同时，换档时也能无冲击地平稳结合离合器，驾驶员在起步和加速时操作方便。

实际上，各档传动比之间的比值不会正好相等，这主要考虑到各档的利用率不同，汽车主要用高档行驶，因此高档位相邻两档之间的传动比的间隔应小一些，特别是最高档与此高档之间更应小一些。所以，实际上各档传动比分布关系应为

ig1ig2 小结

?ig2ig3?????ign?1ign

1. 发动机功率的初步选择：Pe?

1?GfCA3?umax?Dua?max?

?T?360076140?2. 汽车比功率：单位汽车总质量具有的发动机功率，[kW/t]

汽车比功率=

1000PefgCDA3?uamax?uamax m3.6?T76.14m?T3. 主减速器传动比i0的选择应考虑：最高车速、汽车的后备功率、驾驶性能、燃油经济性。 4. 确定最大传动比时应主要考虑最大爬坡度、附着条件和汽车的最低稳定车速。

Fd?FX2

根据汽车驱动轮和转鼓的力矩平衡，有 Tt?FX2r?Tf2 T?FX2R?Tf2 由此可得驱动轮上的驱动转矩Tt为

Tt?FX2r?FX2R?T?Fd(r?R)?FL 故汽车的驱动力为

Ft?TtFd(r?R)?FL? rr在各档位、各种车速下测得的节流阀全开时的Fd和F值，既能得到表征汽车动力性的驱动力图。

为了在实验室能直接测量汽车的加速性能，汽车测功机装有由电子调节器控制电子测功机负荷的装置，可以模拟加速过程中的全部阻力——滚动阻力、空气阻力和加速阻力。也有用不同惯量的飞轮组来代替试验汽车的质量，构成汽车在转鼓上加速所遇到的各种惯性阻力。

汽车测功机除了能做汽车的动力性试验外，还可以进行燃油经济性与排气分析等多种试验，是一种用途较广泛的汽车试验设备。 8.7.2.2 变速器机械效率试验台

变速器的机械效率由机械效率试验台进行测定。测定机械效率的试验台分为开式试验台和闭式试验台两种，常用的是闭式试验台。

图1.20 变速器机械效率闭式试验台

1-电力测功机 2-液力缸 3-传动轴 4-变速器 5-联轴节 6-齿轮箱 7-转矩传感器 8-磅秤

图1.20是闭式试验台，两个被实验的变速器4和齿轮箱6及传动轴3构成一个封闭的传动系统。该系统可以通过串联的液力缸2加载，转矩传感器7可测量出变速器第一轴上的载荷TX。电力测功器1驱动这个封闭系统所需的转矩为T1，然后将试验台中的变速器4拆下，换上一根传动轴，则电力测功器1驱动这个系统的转矩为T2。在假定两个变速器的机

械效率相等的条件下，则变速器的机械效率?T为

?T?1.7.2.3 轮胎试验台

TX?(T1?T2)

TX

图1.21 轮胎转鼓试验

在轮胎试验台上可以测量轮胎的滚动阻力系数。图1.21是一种转鼓轮胎试验台，由电力测功器驱动的试验轮胎放在转鼓上，轮胎上加载垂直载荷W，转鼓轴连接着作为制动装置的测功器。试验中测出驱动轮胎的转矩Tt和作用于转鼓的制动力矩Td，则滚动阻力系数

f为

f?TtR?Tdr

Wr(R?r)式中 Tt——驱动轮胎的转矩；

Td——转鼓的制动力矩；

R——转鼓的半径；

r——轮胎的动力半径；

W——作用于轮胎上的垂直载荷。

轮胎转鼓试验台还能全面测量轮胎的各项机械特性，如临界速度、侧偏特性等，是测试轮胎的重要试验设备。

除上述室内试验设备外，通常用风洞试验来准确测量汽车的空气阻力系数。 1.7.2.4 风洞试验

图1.22 风洞试验 如图1.22，将缩小的汽车模型置于风洞中，借助于强大鼓风机使空气以所需要速度流过风洞，并测量汽车模型所承受的空气阻力及其它空气动力特性参数，即可求出空气阻力系数。

为得到准确的试验结果，试验时必须做到几何相似及空气动力学相似。所谓几何相似就是要求缩小的模型与真实汽车完全相似；空气动力学相似是指模型在风洞中试验时，与汽车实际行驶情况下的雷诺数应相等，即

Re?uala?a?a?umlm?m?m

式中 la和lm——汽车和模型的长度；

ua和um——汽车行驶速度和风洞中空气的速度；

?a和?m——大气和风洞中空气的密度； ?a和?m——大气和风洞中空气的粘滞系数。

若模型的尺寸为实际汽车的n分之一，而两种情况下的?和?相同，要维持Re值不变，只能提高风洞中空气的流速，使um?nua，这是不易做到的。因此模型试验中的雷诺数常低于按空气动力学相似计算所得的雷诺数。但在一定范围内，雷诺数的变化对测得空气阻力系数影响不大。因此，模型试验仍能在一定程度上反映汽车的空气动力学性能。

根据长期实践，目前已认识到模型试验中测得的空气阻力系数误差较大，一般为10%～20%，最大时误差可达40%。因此，近年来为了满足节约燃油对汽车外形提出的严格要求，已建立一批大型风洞，对实际的汽车进行空气动力学的研究。

小结

1. 汽车动力性的评价指标:最高车速uamax、加速时间t（原地起步加速时间和超车加速时

间）、最大爬坡度i 2. 汽车的驱动力：Ft?Ttqigi0?Tr

3. 汽车驱动力的影响因素：发动机的转速特性、传动系的机械效率、车轮的半径

4. 汽车的行驶阻力：

2?F?Ff?FW?Fi?Fj，其中滚动阻力Ff?Wf、空气阻力

CAudu FW?Da、坡度阻力Fi?Gsin?、加速阻力Fj??mdt21.155. 汽车行驶方程式：Ft?Ff?FW?Fi?Fj

即

Ttqigi0?TrCAudu ?Gfcos??Da?Gsin???m21.15dt26. 汽车的驱动-附着条件：Ff?FW?Fi?Ft?Fz??，这是汽车行驶的必要与充分条件。 7. 利用汽车驱动力-行驶阻力平衡图、动力特性图和汽车功率平衡图分析汽车动力性评价指

标。

8. 影响汽车动力性的因素：发动机参数（发动机最大功率、发动机最大扭矩、发动机外特

性曲线的形状）、主减速器传动比i0、传动系档数、汽车外形、汽车质量、轮胎尺寸与型式、汽车运行条件

9. 汽车动力性试验：道路试验（主要测定最高车速、加速能力、最大爬坡度等评价指标）、

室内试验（测量汽车的驱动力和各种阻力）

第2章 汽车的燃油经济性

学习目标

通过本章的学习，应重点掌握汽车燃油经济性的评价指标，掌握汽车燃油经济性的计算方法，理解影响燃油经济性的汽车结构因素和使用因素。

石油是现代工业，尤其是交通运输的重要能源，汽车的燃料在今后较长的一段时间仍然是石油产品。随着工业的发展，车辆的增多，使用石油产品越来越多。现在各国都把节约汽车用油作为汽车制造业和汽车运输业中的二个重大问题。

2.1节 汽车燃油经济性的评价指标 汽车的燃油经济性，是指以最小的燃油消耗量完成单位运输工作量的能力。燃油消耗已占运输成本的40%左右，所以节约用油是降低运输成本的重要措施之一。汽车燃油经济性的评价指标主要又以下三种。 2.1.1 单位行驶里程的燃油消耗量

当燃油按质量计算时，用符号Qm表示燃油消耗量，其单位为kg/100km。当燃油按容积计算时，用符号QV表示燃料消耗量，其单位为L/100km。

单位行驶里程的燃油消耗量只考虑了行驶里程，没有考虑车型与载重量的差别，所以只能用于比较同类型汽车或同一辆汽车的燃料经济性，但它也可用于分析不同部件(如发动机、传动系等)装在同一汽车上，对燃料经济性的影响。其数值越小，汽车燃油经济性越好。 2.1.2 单位运输工作量的燃油消耗量

若燃油以质量计算时，该指标单位对于载重汽车为kg/(100t2km)，对客车为kg/(1000

人2km)。

若燃油以容积计算时，该指标单位对于载重汽车为L/100t2km，客车为L/(1000人2km)。 该指标可以用来比较不同类型、不同装载质量汽车的燃料经济性。其数值越小，汽车燃油经济性越好。

2.1.3 消耗单位燃油所行驶的里程

美国采用消耗单位燃油所行驶的里程的评价方法，其单位是MPG或mile/ USgal，指的是每消耗一加仑燃油能行驶的英里数(1mile=1.61km，1Usgal=4.55L)。其数值越大，汽车燃油经济性越好。

2.2节 汽车燃油经济性的计算 在汽车设计时，常需要在实际的试验样车制成之前，先根据所选用的发动机台架试验得 到的油耗曲线与汽车功率平衡图，对汽车进行燃油经济性的估算。其中包括汽车等速百公里油耗的计算，等速、加速、减速和怠速等行驶工况的油耗的计算。 2.2.1 汽车等速百公里油耗的计算

汽车以速度ua在路上等速行驶时，发动机相应工况的有效燃油消耗率为ge[g/(kW2h)]， 而此时汽车行驶100km所消耗的功率即阻力功率为P[kW]，则等速百公里油耗QV (L/100km)为

QV?Pge (2.1)

1.02ua?式中 ?——燃料的重度(N/L)，汽油取6.96—7.15N／L，柴油取7.94—8.13N／L；

ge——有效燃油消耗率[g/(kW．h)]。

有效油耗率ge与发动机的负荷率有关。所谓负荷率，是指在某一转速下，节流阀部分打开时，所发出的功率与该转速下节流阀全开时最大功率之比。有效油耗率ge与负荷率U的关系曲线，即为负荷特性曲线。发动机负荷特性是从台架试验上获得的，因此，由功率平衡图与负荷特性，可得出行驶时发动机的油耗。

图2.1 用功率平衡图与负荷特性计算汽车等速百公里油耗

a)功率平衡图 b)负荷特性 c)等速百公里油耗

图2.1所示为计算汽车等速百公里油耗的功率平衡图和负荷特性图，以及计算得到等速百公里油耗曲线。图2.1a中，若汽车以车速ua在水平路上行驶，发动机应提供的功率即为汽车阻力功率P?，即bc，此时发动机的负荷率为

?U???bcac

与车速ua相对应的发动机转速为ne（ne??uaigi00.377r），根据ne、U?就能在负荷特性曲线

?上通过插值法找出有效燃油消耗率ge (见图2.1b)。

汽车行驶l00km，发动机应作的功为

W??P?100 ?ua若每隔一定车速（如l0km/h）求出相应的百公里油耗Q，便可作出汽车等速百公里油耗曲线Q-ua，按同样的方法，也可算出在有坡度的道路上行驶时的等速油耗曲线(见图2.1c)。

2.3.1 汽车结构因素

设计与制造出性能良好，燃油消耗低的汽车是很重要的。通过对汽车各个主要部件的改进，可以大大节约用油。下面介绍发动机、传动系、汽车外形等方面与燃料经济性的关系。 2.3.1.1 发动机方面

2.3.1.1.1 发动机的种类

为了节省能源，控制排气污染，充分发挥燃料的热效率，近年来对发动机进行了多方面的研究。目前来看，比较成熟的技术有汽油喷射发动机。 汽油喷射发动机可以精确地控制混合气的浓度；保证各缸供应混合气的均匀性；由于汽油是以一定压力喷人进油管中，所以雾化效果较好，燃油利用率高。

柴油机的压缩比较汽油机的大，所以热效率高，特别是在部分负荷时，柴油机的有效燃油消耗率ge较低。柴油机的燃油消耗(按容量计算)，比汽油机要节省20%~40%，而且柴油价格较汽油低。但是，柴油机排量大，重量大，噪声、振动较大，因此，柴油机的性能不断改善之后，扩大柴油机的使用范围是当前的发展趋势。 2.3.1.1.2 发动机的压缩比

发动机的压缩比提高，热效率增加，使发动机动力性、经济性得以改善，发动机油耗率有所降低。但汽油机压缩比提高到一定程度后，会产生爆燃，，并且会增加NOx的排放量。所以压缩比的提高有一定的限度，提高汽油机压缩比的措施主要有： （1）改进燃烧室和进气系统，提高发动机结构的爆燃极限。 （2）使用爆燃传感器，自动延迟产生爆燃时的点火提前角。

（3）喷水抗爆。

（4）开发高辛烷值汽油。

2.3.1.1.3 选用小排量发动机、提高发动机的负荷率

由发动机的负荷特性可知，在转速一定的条件下，负荷率在80%~90%时，有效耗油率最低。发动机在中等转速较高负荷率下工作时，其燃料经济性较好。一般汽车在水平良好路面上，以常用速度行驶时，只利用到相应转速下发动机最大功率的20％左右。由此可见，在汽车大部分使用中，发动机的负荷率都是较低的，因此，在保证动力性足够的前提下，汽车上不宜装用大功率的发动机，以提高发动机的功率利用率，降低汽车的燃油消耗量。 2.3.1.1.4 改善发动机的燃烧过程

为了改善汽油机的燃烧过程，主要趋向是采用稀薄混合气分层燃烧，其空燃比可达18以上，既能显著提高燃油经济性，又可以降低排放污染。 2.3.1.2传动系的影响

2.3.1.2.1 变速器类型的影响

目前在汽车上应用最广泛的仍然是机械式手动变速器，但随着人们对汽车乘坐舒适 性、操纵简便性以及起步平稳性要求的增加，自动液力变速器(AT)和更先进的机械无级变速器(CVT)的应用也越来越广泛。

汽车装用自动液力变速器后，由于液力变矩器的传动效率低，其燃油经济性有所下降。近年来，为了节油和进一步提高动力性，自动液力变速器的档位数有所增加，一般为四个档；在有的档位（如三档）进行功率分流，即较大部分功率不经过液力变矩器而直接经输出轴输出；高档装有锁止离合器，离合器锁止时完全消除了滑转，提高了传动效率，从而提高了燃油经济性。有数据表明，由于自动液力变速器使发动机在较佳工况下运转，所以装用自动液力变速器的汽车的油耗有时比装用手动变速器时还要低。

装用机械无级变速器(CVT)的汽车的燃油经济性与操控良好的手动变速器相当，优于自动液力变速器。

2.3.1.2.2 有级变速器档数和超速档应用的影响

在一定的行驶条件下，变速器应尽量用较高档位，这样发动机的负荷率较高，有效燃料消耗率较低，所以汽车燃油消耗量较低。

变速器档位增多以后，选择恰当的档位机会增多，这样使汽车处于燃油消耗量较低的机会增多。但档数太多，会使变速器和传动系结构复杂，操作不便。

传动系直接档的总减速比(主减速器速比)，是根据良好路面上的功率平衡图及直接档要求的动力因数采选择的。这样选择的传动比，在中等车速下行驶时，节气门开度仍然不大，发动机的燃料消耗率较高。为了改善良好路面上行驶时的燃料经济性，常不改变主减速器传动比，而在变速器中设置一个传动比小于1的超速档。在相同的车速和道路条件下，用超速档比用直接档时发动机的转速低，负荷率高，故燃料消耗率下降。因而可降低汽车的100km燃料消耗量。

2.3.1.2.3 主减速器传动比的影响

主减速器的传动比选择的较小时，在相同的道路条件和车速下，也同样使发动机的燃料消耗率减小，有利于提高汽车的燃料经济性。但主减速器传动比过小，会导致经常被迫使用低一档的档位，最小传动比档位的利用率降低，反而使燃料消耗量增加。 2.3.1.2.4 传动系的机械效率

传动系的机械效率越高，则传动过程中的功率损失越少，汽车的燃料消耗量也随之减少。

2.3.1.3 汽车质量的影响

汽车质量影响到滚动阻力、上坡阻力和加速阻力，因此影响燃油经济性。减小汽车质

量是降低油耗最有效的措施之一。

减小汽车质量方面采取的措施主要有：采用高强度轻材料，如高强度低合金钢、铝合金、塑料、树脂和各种纤维强化等材料制造汽车零件；改进汽车结构，如采用前轮驱动、承载式车身等，以及各种零件的薄壁化和小型化。汽车的轻量化、小型化也是汽车工业的发展方向之一。

2.3.1.4 汽车外形与轮胎

改善汽车外形，使车身形状近于流线型，以减小空气阻力系数，可以减少行驶过程中特别是高速行驶中的空气阻力，有显著的节油效果。某轿车空气阻力系数由0.5下降到0.3，可使油耗降低22%，预计在不久的将来，实际使用的轿车空气阻力系数可达0.2。

汽车轮胎的选用，主要影响动力性和经济性。公认子午线轮胎综合性能好，尤其滚动阻力小，与一般斜交胎相比可节油6%~8%。

2.3.2 汽车使用因素的影响

对于一定的车型而言，汽车燃料消耗量的多少，取决于汽车的技术状况、驾驶操作技术水平以及有关的运行条件。 2.3.2.1 汽车的技术状况

为了保持汽车的技术状况良好，必须正确执行汽车保修规范。正确地保养和调整可以提高发动机性能并降低汽车的行驶阻力。

汽油机点火系的技术状况，如点火能量，点火提前角和火花塞型号等，都对燃烧过程有很大影响，因而影响汽车的燃料经济性。 汽车底盘的技术状况与保养、调整的关系很大。正确调整传动系齿轮传动副的啮合间隙，轴承和油封的紧度，以及正常的润滑可以大大提高传动系统效率。前轮定位、制动器的正确调整可以减小汽车的行驶阻力。这些都有利于降低汽车的燃料消耗量。

轮胎气压对滚动阻力系数影响很大。若轮胎气压降低30%，以40km／h的速度行驶，轿车油耗增加5—10%，柴油载货汽车油耗增加20~25%。国外十分重视检查轮胎气压，实行监测仪器仪表化，并研制了胎压警报装置，当胎压低于标准值时，警报装置发出信号，通知驾驶员。

燃料和润滑油的质量对汽车的燃料消耗也有很大影响， 2.3.2.2 驾驶和使用技术水平 2.3.2.2.1 发动机的起动升温

油路、电路、怠速和点火提前角的正确调整及发动机预热，是顺利起动的前提。常温起动时，化油器车辆应轻踏加速踏板(电喷发动机车辆不要踩加速踏板)尽量一次起动成功。再次起动时间不得超过5s，两次起动间隔不得超过10s。三次起动不成功时，必须进行检查，排除故障。起动后应迅速转入怠速。起动时忌重踏和反复踏加速踏板。

冬季在室外停放的化油器车辆冷起动前，应注意发动机的充分预热(电喷发动机车辆不需要)。关闭百叶窗，根据温度适当关闭阻风门，轻踏几次加速踏板，起动发动机。起动后，以稍高的转速运转一二分钟后逐渐推开阻风门，抬起离合器踏板，继续运转一分钟左右，再缓慢减速到怠速运转升温。

汽车行驶过程中，经常遇到停车熄火后重新起动(热起动)的情况。此时，发动机的温度较高，起动时轻踏加速踏板，然后马上转入怠速运转。 2.3.2.2.2 汽车起步加速

试验表明，发动机水温上升到40℃以上起步，具有较好的节油效果。机体温度低时燃料雾化不良，燃烧不完全，另外机油粘度大，摩擦损失功率增加，因而特别耗油。冬季汽车起步后l0km以内，车速不要超过40km/h，并根据气温适当延长低档行驶时间，直到水温和

各总成温度上升至正常后，可进入正常行驶。

车辆一般应从一档起步。

汽车坡道起步时，加速踏板、离合器、驻车制动器的操作配合应协调，不使车辆倒退、熄火，达到平稳地顺利起步。 2.3.2.2.3 档位的选择和变换

汽车在良好路面上行驶，在一定的行驶状态下，即可使用次高档，也可用最高档，但用最高档时较节约燃料。为了节约燃料，在节气门开度不超过90%的条件下，应尽可能使用最高档。

汽车上坡行驶时，应及时减档。减档过早，不能充分利用汽车惯性爬坡；减档过晚，车速降低过多，常需要多换一次档，增加油耗。 2.3.2.2.4 汽车行驶速度

汽车满载在良好路面上行驶时，存在一个使得等速燃料消耗最小的车速，即技术经济车速。车速高于或低于经济车速，汽车等速油耗均上升。不同车型的经济车速可通过试验得到。 2.3.2.2.5 离合器的运用

两脚离合器换档是规范化操作，而经验丰富的驾驶员常采用一脚离合器换档法。试验表明，良好道路起步连续换档至40km/h，一脚离合器换档法可节约燃料0.4mL，时间缩短1s；在坡道减档，一脚离合器换档法由五档到四档，节约燃料1.65mL，，缩短时间0.56s。 2.3.2.2.6 加速踏板的使用 汽车行驶时，加速踏板要轻踏，柔和控制，减少加速泵供油的机会。避免空轰加速踏板。试验表明，某车每空轰一次加速踏板，就要耗油3~5mL；节气门开度不宜过大，以避免加浓装置参加工作而增加油耗。 2.3.2.2.7 行车温度的控制

汽车行车温度，包括发动机冷却水温度、机油温度、发动机罩内气温、变速器和驱动桥齿轮油温度等。 水温过低，会使燃料不易雾化，各缸进气不均，燃烧室壁散热损失增加，燃烧速度下降，造成发动机功率和转矩下降，油耗增加；另外，机油的流动性和飞溅润滑能力下降，增加了机械损失。

水温过高，会使机体过热，充气量下降，容易出现爆燃、早燃等异常燃烧现象；供油系容易发生气阻，造成功率下降，油耗增加，且在高温下机油压力和粘度下降；并加速机油因氧化和热分解而发生的变质，加快发动机的磨损。 正常的发动机水温，有利于燃料的雾化和混合气的分配均匀，使得发动机有良好的燃料经济性和动力性，并保证机油的粘度和润滑能力，减少发动机的磨损。 2.3.2.2.8 合理利用滑行

汽车滑行可分为减速滑行、加速滑行和下坡滑行。

汽车行驶中，当前方遇障碍，以及预见性停车和到达停车场时，预先将变速器置空档的滑行，称为减速滑行。当汽车接近上述障碍时，车速已降低，可不采取制动或少用制动而顺利通过或停车，这样就可达到节约燃料和保证安全的目的。

汽车以高档加速至较高车速后，空档滑行至较低的车速，然后再挂高档加速，这种加速和空档滑行交替进行的方法，称为加速滑行方法。试验结果表明，在平均车速相同的情况下，采用最佳的加速滑行模式与等速相比，满载时的节油率达16.7%~11.8%，空载时的节油率达23.4%~21.3%。

一般加速滑行不适合拖带挂车的汽车列车，因汽车列车的负荷率已较高，采用加速滑行方法加速时，负荷率很高，比油耗高，节油效果不明显，甚至油耗增加。此外，加速滑行操作法，使驾驶员的劳动强度增加，对安全不利。

汽车加速滑行只能在道路宽直、无视线遮挡、行人和车辆稀少的条件下采用；要求汽车的技术状况良好，滑行距离应达到加速距离的1.5倍以上；加速滑行的最大车速，不应超过经济车速范围的上限；加速时应缓慢踏加速踏板，至全开的80%~90%，以免混合气加浓装置起作用。在高速公路行驶时不能使用加速滑行法。

在坡度小于5%的缓直坡道或陡坡接近坡尾，可空档滑行；在路况熟悉的波状起伏微丘地带，可在临近坡顶时空档滑行过坡顶，至临近坡尾再挂档加速冲过第二个坡道，但在这种道路滑行时，发动机不得熄火。

在长而陡的坡道上，严禁熄火空档滑行。应在高档不熄火滑行，利用发动机阻力，并施加间歇制动，控制车速。如果熄火空档滑行，长时间用行车制动器控制车速，制动器容易发热使制动效能下降，甚至失效或烧毁制动摩擦片。 2.3.2.3 运行条件的影响

汽车的运行条件包括气候、地理位置，道路条件等。对汽车燃料经济性的影响很大。 我国幅员广大，各地区气候和地理条件差别很大，而汽车设计是按一般条件来考虑的。

针对当地特殊环境，对汽车，发动机部件做相应的改变，能消除或减轻特殊环境对汽车性能的影响，达到节油的目的。例如：在高原地区运行的汽车，由于空气稀薄，使动力性下降，燃料经济性恶化。利用空气稀薄时发动机不易爆燃的条件，提高压缩比，能使功率有所恢复。化油器车辆可缩小化油器主量孔，防止混合气过浓，能改善燃油经济性。在山区及丘陵地区安装下坡或怠速节油器，可节约下坡滑行时不必要的燃油消耗；发动机冷却风扇采用风扇离合器，根据发动机工作温度调节供给冷却系的风量，既可减少驱动驸件的动力消耗，又可缩短发动机的预热时间，在北方有明显的节油效果。 道路条件对汽车的燃油消耗量影响很大。不同路面的道路阻力系数相差很大。在同一车速下，当道路阻力系数增大时，汽车的燃料消耗量增加。因为道路阻力系数增大时，汽车的行驶阻力增加，汽车的行驶阻力增大，则要求发动机发出较大的功率，发动机的燃料消耗率随之减小，但前者的影响为大。

在道路阻力系数增大时，汽车最低燃料消耗量对应的经济车速减小。 小结

1. 汽车燃油经济性的评价指标：单位行驶里程的燃油消耗量QV[L/100km]、单位运输工作

量的燃油消耗量[L/100t2km]、消耗单位燃油所行驶的里程[MPG] 2. 汽车等速百公里油耗的计算：QV?Pge

1.02ua?2geCDAua3. 汽车等加速行驶油耗的计算：QV?(G???)

3672?T?21.154. 汽车燃油经济性的影响因素：

汽车结构因素：发动机方面（发动机的种类，发动机的压缩比，选用小排量发动机、提高发动机的负荷率，改善发动机的燃烧过程）、传动系的影响（变速器的类型、有级变速器档数、主减速器传动比、传动系的机械效率）、汽车质量、汽车外形与轮胎 汽车使用因素：汽车的技术状况、驾驶和使用技术水平、运行条件

复习思考题

1、何谓汽车的燃油经济性?评价指标是什么?评价试验方法有哪些?

图4.8 制动跑偏时受力图 4.4.2 制动侧滑

侧滑是指汽车制动时，某一轴的车轮或两轴的车轮发生横向滑动的现象。最危险的情况是在高速制动时，后轴发生侧滑，这时汽车常发生不规则的急剧回转运动，使之部分地或完全失去操纵。

侧滑产生的原因，是在制动过程中，地面制动力达到附着极限后，继续增加制动力，车轮将处于抱死拖滑状态，此时，侧向附着系数为零，即该轮抵抗侧向干扰的能力为零，这时，即使车轮受到任何一点侧向力，都会引起沿侧向力方向的滑动。

紧急制动过程中，常出现一根轴的侧滑。实践证明，后轴侧滑具有很大的危险性，可以使汽车掉头；前轴侧滑对汽车行驶方向改变不大，但是已不能用转向盘来控制汽车的行驶方向。

下面从受力情况分析汽车前轮抱死拖滑和后轮抱死拖滑两种运动情况。

图4.9 汽车侧滑时的运动状况 a)前轴侧滑 b)后轴侧滑

图4.9a是前轮抱死拖滑而后轮滚动，并设转向盘固定不动。前轴如受侧向力作用将发生侧滑，因此前轴中点A的前进速度uA，与汽车纵轴线的夹角为?，后轴的前进速度uB，因后轴未发生侧滑而仍沿汽车纵轴线方向。此时汽车将发生类似转弯的运动，其瞬时回转中心为速度uA、uB两垂线的交点O，汽车做圆周运动时，产生了作用于重心C的惯性力Fj。显然，Fj的方向与前轴侧滑的方向相反，就是Fj能起减少或阻止前轴侧滑的作用，因此汽车处于一种稳定状态。

图4.9b是前轴滚动、后轴制动到抱死拖滑，如有侧向力作用，后轴将发生侧滑，uB与

汽车纵轴线夹角为?，uA的方向仍按汽车纵轴线方向。此时汽车也发生回转运动，作用于重心C的圆周运动惯性力开，此时却与后轴侧滑方向一致。惯性力巧加剧后轴侧滑；后轴侧滑又加剧惯性力开，汽车将急剧转动。因此后轴侧滑是一种不稳定状态。 4.4.3 转向能力的丧失

转向能力的丧失是指弯道制动时，汽车不再按原来的弯道行驶而是沿弯道切线方向驶出，以及直线行驶时转动方向盘汽车仍按直线方向行驶的现象。转向能力的丧失和后轴侧滑也是有联系的，一般汽车后轴不会侧滑，前轮就可能丧失转向能力；后轴侧滑，前轮常仍保持转向能力。

只有前轮报死和前轮先报死时，因侧向力系数为零，不能产生任何地面侧向反作用力，汽车才丧失转向能力。

因此，从保证汽车方向稳定性的角度出发，首先不能出现只有后轴车轮报死或后轴车轮比前轴车轮先报死的情况，以防止危险的后轴侧滑。其次，尽量少出现只有前轴车轮报死或前、后车轮都报死的情况，以维持汽车的转向能力。最理想的情况就是防止任何车轮报死，前、后车轮都处于滚动状态，这样就可以确保制动时的方向稳定性。

如何更有效地利用汽车前后轴制动器制动力，即提高汽车制动系的制动效率，以及如何保证汽车制动时有较好的方向稳定性，这是涉及到总制动器制动力在前后轴间的分配的一个问题。

4.5节 制动力分配

一般汽车根据前后制动器制动力分配的比例、载荷情况及道路附着系数和坡度等因素， 当制动器制动力足够时，制动过程中可能出现以下三种情况： （1）前轮先抱死拖滑，然后后轮抱死拖滑。 （2）后轮先抱死拖滑，然后前轮抱死拖滑。 （3）前、后轮同时抱死拖滑。

由上节分析可知，第一种情况是稳定工况，但在弯道上行驶时，汽车失去转向能力；第 二种情况是不稳定工况，使后轴产生侧滑；第三种情况可以避免后轴侧滑，同时前转向轮只 有在最大制动强度下，才使汽车丧失转向能力。

所以，前、后制动器制动力分配的比例，将影响到汽车制动时的方向稳定性。 4.5.1 制动时，前、后轮的地面法向反作用力

图4.10 制动时汽车受力图

图4.10是汽车在水平路面制动时的受力情况分析。图中忽略了汽车的滚动阻力偶矩、空气阻力，以及旋转质量减速时产生的惯性力偶矩。 对图4.10中后轮接地点取力矩，得

Fz1L?Gb?Fjhg

式中 Fz1——地面对前轮的法向反作用力； L——汽车轴距； G——汽车总重；

b——汽车重心至后轴线的距离； Fj——汽车的惯性力； hg——汽车重心高度。

而 Fxb?Fxb1?Fxb2 且 Fxb?Fj

故 Fz1?Gb?FxbhgLGa?FxbhgL （4.6）

同理 Fz2? （4.7）

式中 Fxb——地面总制动力； Fxb1——前轮地面制动力； Fxb2——后轮地面制动力； a——重心至前轴线的距离； Fz2——地面对后轮的法向反作用力。 因为 Fj?Gdu? gdt且 Fxb?Fj 代入式（4.6）、式（4.7），得

Fz1?Fz2hgdu?G(b??)?Lgdt?? （4.8）

hgdu?G?(a??)Lgdt??Fxb?F???G或 若在不同附着系数路面上制动，前、后轮同时抱死拖滑，此时，

du??g。dt前、后轮的地面法向反作用力为

Fz1?Fz2G?(b??hg)??L? （4.9）

G?(a??hg)??L? 从式（4.8）和式（4.9）可见，当制动强度或附着系数改变时，前、后车轮的法向反作用力变化是很大的。

4.5.2 理想的前、后轮制动器制动力分配曲线

所谓理想的前、后轮制动器制动力分配曲线，是指前、后车轮同时抱死拖滑时，前、后制动器制动力F?1和F?2的关系曲线。

在任意附着系数值?的路面上，前、后车轮同时抱死的条件是：前、后车轮制动器制动力之和等于附着力，并且前、后车轮制动器制动力分别等于各自的附着力。即

F?1?F?2??G??F?1??Fz1?

?F?2??Fz2?F?1?F?2??G??或 F?1Fz1?

??F?2Fz2?将式（4.9）代入上式，得

F?1?F?2??G??F?1b??hg? （4.10）

?F?2a??hg??由式（4.10）中消去参变量?，即得

F?2?I(F?1) （4.11）

将式（4.11）画成的曲线，即为前、后车轮同时抱死时，前、后制动器制动力的关系曲线——理想的前、后制动器制动力分配曲线，简称I曲线。

I曲线可采用做图法直接获得。方法如下：

图4.11 理想的前、后制动器制动力分配曲

4.5.3 具有固定比值的前、后制动器制动力及同步附着系数

一般两轴汽车的前、后制动器制动力之比为一固定常值。常用前制动器制动力与汽车总制动器制动力之比——制动器制动力分配系数β来表明分配的比例。即

??F?1F?

F??F?1?F?2

式中 F?1——前制动器制动力； F?——汽车总制动器制动力； F?2——后制动器制动力。

F?1F?2??1?? （4.12）

则F?2??(F?1)为一直线，此直线通过坐标原点，且其斜率为

tan??1???

这条直线称为实际前、后制动器制动力分配线，简称β线。

图4.12示出某车的β线与I曲线，两线交点对应的附着系数值为0.39。将β线与I曲线交点处的附着系数，称为同步附着系数?0。

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