汽车工程手册：德国版-行驶阻力与驱动力分析

1.总的阻力

总的行驶阻力（图3.1-3）按下式计算：

F_w=F_Ro+F_L+F_St

行驶阻力功率

P_w=F_w·v

（1）滚动阻力　滚动阻力由轮胎与行驶路面间的变形功产生：

F_Ro=f·G=f·m·g

越野地区的下层路面变形阻力是滚动阻力的主要部分。在软路面上，滚动阻力要超过汽车重量的15%。在坚实路面，汽车行驶时轮胎挤压（弯曲）损失功几乎就是滚动阻力功。轮胎的挤压幅值（弹性、车轮载荷、轮胎气压）和挤压频率决定轮胎挤压损失功的大小。传动系的摩擦增加滚动阻力。新的低滚动阻力的轮胎在低汽车速度范围的滚动阻力系数为0.008，在150km/h的高速度时则为0.017。图3.1-4为滚动阻力系数随汽车行驶速度的变化关系。滚动阻力是车轮纵轴上的力，它与由于侧向力（前束阻力）引起的行驶阻力是不同的。在弯道行驶时滚动阻力随侧偏角增大而增加。

图3.1-3 总的行驶阻力

图3.1-4 滚动阻力系数随汽车行驶速度的变化关系

（2）空气阻力 空气阻力按下式计算：

式中，ρ为空气密度；A为横截面积；c_w为空气阻力系数。

乘用车空气阻力系数c_w=0.25～0.4，载货车阻力系数c_w=0.4～0.9。乘用车横截面积A=1.5～2.5m²，载货车横截面积A=4～9m²。汽车行驶时空气的环（绕）流和穿流产生空气阻力。最近十几年进行的汽车空气动力学研究，使空气阻力明显减小。在较高汽车速度行驶时空气阻力决定了汽车的行驶阻力，它是影响燃料消耗的决定性参量。在空气相对车道呈ε攻角吹向汽车时，空气阻力系数随ε而变，并表示为c_T（ε）。这时，在横截面积A不变、吹向汽车的空气速度为v_A时，空气阻力为：

空气阻力的功率P_L为：

P_L=F_L·v

（3）驱动阻力 驱动阻力为：(www.xing528.com)

F_A=（1-η）P/v

式中，η为从发动机、经变速器到车轮轮毂的整个传动系的机械效率，且η=η₁·η₂·η₃·…·η_n；P为发动机功率；v近似于汽车行驶速度。

（4）坡度阻力　坡度阻力为：

F_st=m·g·sinβ

坡度功率为：

P_st=F_st·v

（5）加速阻力　加速阻力为：

F_B=m_red·dv/dt

在忽略曲轴和变速器上的小惯性矩以及等转动能（j·ω²=常数）后，有：

式中，J_R、J_m分别为所有车轮和发动机的惯性矩；i为传动比；r_stat、r_dyn分别为静、动态轮胎半径。

2.可用的驱动力

车轮上可用的驱动力为

F_x=F_B+F_st+F_RO+F_L

驱动力图

在考虑传动系内部阻力F_I后，由发动机转矩随转速变化的特性场M_n=f（n）可得到变速器在不同档位的各个驱动力随汽车行驶速度的变化F_x=f（v）。发动机全负荷曲线应尽可能靠近由发动机最大功率算出的驱动力F_x=P_max/v随汽车行驶速度v变化的双曲线边界。在另一方面，还存在汽车总的行驶阻力随行驶速度的变化∑F_w=f（v）。图3.1-5a为汽车驱动力图。图3.1-5b是按图3.1-5a的数据推算出来的6档变速器的行驶功率图。从这些曲线中可得到汽车行驶的工作点和加速、爬坡的后备功率。可以将汽车行驶的工作点调整在最佳的燃料消耗状态。实际上驾驶人经常挂在最佳燃料消耗的档行驶。

图3.1-5 汽车驱动力图和行驶功率图（资料来源ZF）

a）汽车驱动力图 b）行驶功率图