1、第一章第一章 汽車駕駛的基本知識汽車駕駛的基本知識 11 汽車行駛的作用力和使用性能汽車行駛的作用力和使用性能 學習目標：學習目標： 1了解汽車行駛條件和主要作用力。 2熟知汽車性能的評價指標及分類。 3熟知 汽車行駛的車輪驅動力和路面附著力。 4了解汽車使用情況對車輛性能的影響。一、汽車行駛時的受力一、汽車行駛時的受力 汽車從靜止到開始運動（起步），再到正常行駛的過程中，都將受到外界各種阻力的影響。這些阻力主要有滾動阻力、空氣阻力、上坡阻力和加速阻力等。 要使汽車以一定的速度行駛，則必須從外部對汽車施加一個推力，以克服汽車行駛運動時所遇到的阻力。汽車的動力傳遞如圖111所示。 圖111 汽車

2、的動力傳遞1汽車的驅動力 汽車發動機產生的扭矩經傳動系統傳至驅動輪，驅動輪上的扭矩Mt使其對地面產生一個切向作用力（圓周力）Fo，地面同時產生一個作用于驅動車輪上的切向反作用力Ft。這個反作用力即為驅動汽車行駛的外力，稱為汽車的驅動力。Ft與Fo大小相等，方向相反，如圖112所示。其值為： Ft=式中 Mt作用于驅動輪的扭矩，Nm； r驅動車輪的半徑，m。圖112 汽車的驅動力 Mt是發動機有效扭矩Me經傳動系傳到驅動輪上獲得的。由于傳動系的降速增扭作用，使驅動輪上獲得的扭矩Mt比發動機有效扭矩Me增大數倍。 汽車的驅動力與發動機的有效扭矩、變速器傳動比、主減速器傳動比和傳動系的機械效率成正比

3、，與驅動車輪的半徑成反比。 2汽車行駛時的阻力 汽車行駛的阻力有滾動阻力Ff、空氣阻力Fw、上坡阻力Fi和加速阻力Fj，汽車行駛的總阻力為： FFf +Fw+Fi+Fj 如圖113所示，上述阻力中，滾動阻力和空氣阻力在任何行駛條件下均存在。上坡阻力和加速阻力僅在一定行駛條件下存在，在平直道路上等速行駛時沒有上坡阻力和加速阻力。重力驅動力滾動阻力空氣阻力圖113 汽車行駛的阻力（1）滾動阻力 滾動阻力產生的原因有： 1）道路變形 汽車車輪在松軟道路上行駛時會擠壓路面，輪胎與路面間產生摩擦，路面受車輪擠壓產生塑性變形而消耗一定的能量。 2）輪胎變形 汽車行駛時輪胎會產生變形，在變形、恢復的循環中，

4、也要消耗一部分能量。 滾動阻力Ff與汽車總質量G和汽車滾動系數f成正比。（2）空氣阻力 汽車在空氣中行駛，汽車前面會受到空氣流的“壓力”；汽車車身表面受到空氣流的“摩擦力”；汽車后面因空氣稀薄而形成渦流產生“吸力”；這些壓力、摩擦力、吸力形成了汽車行駛的空氣阻力Fw，圖114所示。圖114汽車行駛的空氣阻力（3）上坡阻力 如圖115所示，汽車沿坡道上行時，汽車重力平行于坡道路面的分力起阻礙汽車上坡行駛的作用力，稱為上坡阻力Fi，Fi=Gsin。道路的坡度越大，上坡阻力越大。圖115汽車行駛的上坡阻力（4）加速阻力 汽車加速行駛時，需要克服因其質量加速而產生的慣性力。這個慣性力的作用方向始終與汽

5、車運動方向相反，稱為加速阻力Fj，圖116 所示。 汽車加速阻力越小，其加速能力越好。一般小型轎車加速能力強，大型貨車、公交客車加速能力弱。圖116 汽車的加速阻力3汽車行駛條件 （1）汽車行駛的驅動條件 汽車的驅動力用以克服各種阻力。若汽車的驅動力大于摩擦力、空氣阻力和上坡阻力之和，汽車將加速行駛；或若汽車的驅動力小于三個阻力之和，汽車將減速行駛直至停車。 汽車在不同路面狀況和不同運行工況下的受力情況是不同的，見表111。 表111 汽車運行工況與受力分析路面狀況運行工況驅動力與行駛阻力關系水平路面減速行駛FtFfF等速行駛FtFfF加速行駛FtFfFFj縱向坡道等速上行FtFfFFi加速上

6、行FtFfFFiFj 增大驅動力只有在驅動輪與路面不發生滑轉時才有效。在輪胎和路面一定的條件下，驅動力增大到一定程度時，驅動輪將出現滑轉現象。這表明汽車行駛除受驅動條件的制約外，還受輪胎與地面附著條件的限制。 地面對輪胎切向反作用力的極限值稱為附著力F，它與地面對驅動輪的法向反作用力FZ成正比。當驅動力Ft大于附著力F時，驅動輪產生滑轉。為了避免車輪滑轉，驅動力要等于或者小于附著力。 由此可見，若要汽車在道路上正常行駛，必須同時滿足驅動和附著條件。（2）汽車行駛的附著條件 為避免驅動輪產生滑轉，即附著條件是： FtFFZ 式中： FZ作用于所有驅動輪的地面法向反作用力。 附著系數，與輪胎結構及

7、路面條件有關。 不同路面的附著系數如下圖所示。二、汽車的使用性能二、汽車的使用性能 汽車使用性能主要包括動力性、經濟性、穩定性、制動性、通過性、行駛平順性及加速性等，通過這些性能指標可以評價汽車性能的好壞。 1汽車的動力性 汽車的動力性是汽車各種性能中最基本、最重要的性能。汽車的動力性直接影響汽車的平均速度，對汽車的運輸效率有決定性的影響。 （1）汽車的動力性指標 1）汽車最高車速 汽車滿載時在平直、良好的水泥或瀝青路面上用最高擋行駛可以達到的最高速度，稱為汽車的最高車速。 2）汽車的加速能力 在各種使用條件下汽車迅速增加行駛速度的能力，稱為汽車的加速能力。評價汽車加速性能的指標有三個，即：加

8、速過程中的加速度aj、加速時間和加速行程。aj越大，、越短，加速性越好。常用原地起步加速時間與超車加速時間來表明汽車的加速能力。超車加速時間是指用最高擋或次高擋由某一中等車速開始，加速到最高車速的80時所需的時間（或通過某一段距離所需要的時間）。3）汽車的上坡能力 汽車的上坡能力用最大爬坡度來評定。最大爬坡度是指汽車滿載時在良好路面上，用最低擋等速行駛所能克服的最大道路坡度,如圖117所示。貨車一般在30（16.5）左右，越野車一般在60（30）左右，轎車發動機功率較大，其上坡能力較好。圖117 爬坡度 （2）汽車動力性的影響因素 1）結構因素：主要有發動機參數、主減速器速比、變速器的擋數和速

9、比、汽車外形和輪胎等。 2）使用因素：對汽車動力性影響的主要因素有汽車的技術狀況、駕駛技術、維護質量、運行條件等。 2汽車的通過性 汽車的通過性是指汽車在一定裝載質量下，以足夠高的平均車速通過各種路況（凹凸路等）克服各種障礙物的能力，也稱為汽車的越野性。 （1）汽車通過性的幾何參數 汽車通過性的幾何參數在一定程度上表示汽車可以通過凹凸不平地段和障礙物的能力。通過性的幾何參數主要有： 1）最小離地間隙h 是指汽車（除車輪外）的最低點與路面之間的距離，圖118所示。它表明汽車無碰撞地越過石塊、土堆和樹樁之類障礙物的能力。 圖118 最小離地間隙2）接近角 從汽車前端最低點向前輪外緣引一條切線，切線

10、與地面形成的夾角稱為接近角，圖119所示。它表明汽車接近障礙物時不發生碰撞的可能性。接近角過小，在汽車接近障礙物時，易造成汽車前部碰觸地面，而產生汽車前端被頂起而無法通過的“觸頭失效”現象。汽車的前懸越短，接近角越大，其通過性越好。 3）離去角 從汽車后端最低點向后輪外緣引一條切線，切線與地面形成的夾角稱為離去角，圖119所示。離去角過小，汽車在離開下坡、土堆等障礙時，汽車后端與地面發生碰擦，而產生汽車后端被托住而無法通過的“拖尾失效”現象。汽車離去角越大，其通過性越好。4）通過角也是表征汽車通過能力的參數，圖119所示。圖119 接近角、離去角及通過角 5）縱向通過半徑R 是指與汽車前后輪及

11、兩軸之間最低點相切圓的半徑，圖1110所示。它表明汽車通過小丘、拱橋等路面時的能力。如果離地間隙過小、縱向通過半徑R過大，在通過小丘、拱橋及凸起路面時，容易發生車輛中間底部零部件與障礙物物碰觸，而產生汽車被頂起無法通過的“頂起失效”現象。縱向通過半徑越小，其通過性越好。圖1110 縱向通過半徑 6）最小轉彎半徑r ：汽車向左或向右轉彎，當轉向盤轉到極限位置時，轉向中心到汽車外側車輪軌跡的兩個最小距離中，數值較大的一個，稱為汽車的最小轉向半徑，圖1111所示。最小轉彎半徑r小，表明轉彎時所占的空間小，汽車轉彎靈活性好。圖1111 最小轉彎半徑（2）影響通過性的主要因素 1） 輪胎 在松軟路面上行

12、駛，降低輪胎氣壓可以使輪胎與地面的接觸面積增加，降低輪胎對路面的單位壓力，增加附著系數。在堅硬路面上行駛時，適當地提高輪胎氣壓，可減少輪胎變形，減少滾動阻力。另外，輪胎胎面花紋對附著系數有很大的影響，應根據不同的使用條件來選擇不同花紋的輪胎。 2）駕駛方法 駕駛方法對汽車的通過性也有很大影響，駕駛人應針對不同情況采取不同的駕駛方法。 3）前、后輪輪距 汽車前、后輪的輪距相等，輪胎寬度相同時，后輪可以沿著前輪壓實的輪轍行駛，減少行駛阻力，提高通過性。 4）軸荷分配 前、后軸的負荷應有適當的比例，前軸負荷應比后軸負荷小些。當前輪的單位壓力比后輪小2030時，可減小在松軟路上的滾動阻力，提高通過性。

13、 5）最低穩定車速 行駛車速降低時地面的抗剪能力較強，可以提高附著系數，使車輪不易打滑。所以，在較差路面行駛時用穩定的低速行駛可改善汽車的通過性。3汽車的穩定性 汽車的穩定性是指汽車抵抗傾覆和側滑而保持穩定行駛的能力。 （1）縱向、橫向穩定性 汽車的縱向穩定性是指汽車在縱向坡道上行駛時，車輛保持不繞前或后軸發生傾覆的能力，圖1112所示。汽車在縱向坡道上行駛，隨著坡度的增大，作用在前軸上的地面法向反作用力不斷減小，縱向穩定性會降低。因此，降低汽車重心的高度，防止貨物移動，可提高汽車的縱向穩定性。汽車下陡坡時，使用緊急制動或高速行駛中突然撞到大的障礙物，易發生車輛向前縱向傾覆。汽車上坡時猛然起步

14、或加速，易發生前輪離開地面，嚴重時車輛向后縱向傾覆。圖1112汽車縱向穩定性 圖1113汽車行向穩定性汽車的橫向穩定性是指汽車抵抗側翻和側滑的能力，圖1113所示。在橫向坡道上行駛時，汽車重心過高或重心過偏，急轉彎時離心力、側向風力和不平道路的側向沖擊等易引起車輛的側翻和側滑。加寬輪距，降低重心，增加胎寬，可以提高汽車的橫向穩定性。（2）操縱穩定性影響因素1）重心位置 降低汽車重心的位置可以提高汽車橫向和縱向的穩定性。2）汽車的軸距、輪距 加長前后軸的軸距可以提高汽車的縱向穩定性；加寬輪距，可以提高汽車的橫向穩定性。3）道路狀況 道路平直、附著系數高、彎道半徑大、縱坡小，彎道外側較高的橫向坡度

15、，均能提高汽車行駛的操縱穩定性。4）行駛情況 降低汽車在崎嶇山區、濕滑路面、急彎道的車速，在轉動轉向盤時采用早轉、少轉、緩回等方法來提高操縱穩定性。5）轉向系的技術狀況 隨著汽車使用時間延長，轉向系機件的磨損加大，原有的幾何尺寸、配合間隙、前輪定位等發生變化使得轉向系技術狀況變壞，影響汽車的操縱穩定性。6）輪胎的技術狀況 行駛中，輪胎（尤其是前輪輪胎）爆裂會使汽車急劇偏轉方向；輪胎表面磨損嚴重，使其對路面的附著能力變差，易產生滑動或側滑；修補輪胎易造成的前輪不平衡，輪胎氣壓不足或不均勻，使汽車行駛時發生擺動而影響汽車操縱穩定性。7）汽車的裝載 汽車超長、過偏、捆扎不牢等違章裝載都影響汽車的操縱

16、穩定性。此外，汽車的制動性和轉向特性也影響其操縱穩定性。4汽車的經濟性 （1）汽車經濟性評價指標 1）單位行駛里程燃料消耗量（/100km或L/100km），也稱百公里油耗。該指標只能用于比較同類型汽車的燃料經濟性，也可分析不同部件裝在同一汽車上燃料經濟性。 2）單位運輸工作量的燃料消耗量（/100tkm或L/100tkm），也稱百噸公里油耗。 該指標可以用來比較不同類型、不同裝載質量汽車的燃料經濟性。 （2）影響燃料經濟性的主要因素 1）行駛速度 由于汽車經濟車速接近中速，中速行駛時比較省油，保持汽車中速行駛是提高燃料經濟性的有效途徑。 2）擋位使用 在良好路面上盡量用高速擋行駛，高速擋行駛

17、比較省油，但節氣門開度不能過大，否則發動機供油控制系統（電腦）會根據節氣門的開度增加供油量，油耗反而上升。 3）汽車的技術狀況 為了保持汽車良好技術狀況，必須認真執行汽車維修規范。正確地維護和調整汽車總成部件，降低汽車的行駛阻力。 4）駕駛及使用水平 保持正常發動機冷卻液溫度和潤滑油溫度以及傳動系各總成的溫度；保持汽車以接近各擋位的經濟車速行駛，路況允許下采用高速擋行駛；駕駛操作應做到腳快手快，起步、行駛應緩加速，換擋要及時，行駛中采用預見性制動，盡量避免緊急制動。 5）運行條件的影響 氣溫、海拔高度、道路情況等，對燃料經濟性的影響很大。大氣溫度影響發動機進氣溫度，在高原地區行駛，由于空氣稀薄

18、，進氣量不足，發動機動力性、燃料經濟性下降；道路情況和交通流量等對汽車燃料消耗量影響也很大。 5汽車的制動性 汽車行駛中，視情況需要能夠強制性地降低車速以致停車和下長坡時保持一定行駛速度的能力，稱為汽車的制動性。也就是汽車在最短時間（距離）內強制停車的效能。 （1）制動性的評價指標 1）制動效能 指汽車迅速減速直至停車的能力。制動距離和制動力作為評價制動效能的指標。制動距離是指行駛中汽車從駕駛員踏制動踏板開始到完全停止，汽車所駛過距離。它是確保行車安全最直觀、最重要的指標。它與汽車行駛速度、輪胎與路面附著系數、裝載質量、制動力等有關。 2）制動效能的恒定性 指汽車在高速時制動或下長坡連續制動時

19、，制動器溫度顯著升高而制動效能的保持程度。既制動器抵抗熱衰退的能力，稱制動效能的恒定性。它與制動器結構和摩擦副材料有關。 3）制動方向的穩定性 指汽車在制動時不發生方向跑偏、側滑或失去轉向的能力。 （2）影響汽車制動性的因素 1）汽車裝載質量 汽車裝載質量影響到軸間載荷和輪胎附著力的大小，制動距離會由于裝載質量不同而有差異。實踐證明，裝載質量越大，制動距離會相應增長。 2）制動的初速度 制動初速度高，通過制動消耗的運動能量就大，制動距離就長；制動初速度越高，通過制動器轉化的熱量就越多，導致制動器溫度越高，制動摩擦副熱衰退越嚴重，制動力明顯減弱，制動距離增長。 3）車輪制動器 車輪制動器摩擦副材

20、料對于制動器的摩擦力矩和制動效能的熱衰退有很大影響；制動摩擦副表面不清潔、摩擦副間隙過大等，造成制動反應時間延長，制動距離增加。下長坡制動時應采取降溫措，減緩制動器性能的熱衰退。 4）道路情況 不同的路面輪胎附著系數不同，制動時產生的地面制動力也不同。附著系數越大，相同車速下，制動距離就越短，反之就越長。 5）多用發動機的牽阻制動 是指松抬加速踏板，但不脫離開發動機，利用發動機的壓縮行程產生的壓縮阻力，內摩擦力和進排氣阻力對驅動輪形成制動作用。汽車下長坡和預見性制動時常采用發動機作為輔助制動器。 6）ABS制動裝置 制動時車輪處在即將抱死而未抱死的狀態（車輪邊滾動邊滑動），制動力最大，制動效能最佳（ABS自動防抱死制動系統），圖1114所示。圖1114 ABS制動裝置性能比較 6汽車行駛的平順性 汽車行駛時，路面不平會引起振動。汽車行駛時對路面不平度的隔振特性稱為汽車的平順性。 （1）平順性的評價 1）車身的振動頻率 車身的振動頻率大約在6085次/min時與人習慣行走的振動頻率基本一致。車身的固有頻率低于40次/min，人有暈車的感覺；當頻率高于150次/min，人有明顯的沖擊感。 2）加速度 人體的生理反應除受車身振動頻率影響外，還受加速度的限制。在某些