汽车运用工程学-驱动力平衡图、动力特性图和功率平衡图

汽车在良好的水泥或混凝土路面上行驶时，其动力性可用驱动力—行驶阻力平衡图、动力特性图和功率平衡图来进行分析。换言之，驱动力—行驶阻力平衡图、动力特性图和功率平衡图是研究汽车动力性的手段。

1.驱动力—行驶阻力平衡图

汽车行驶方程式（式（3-9））表明了汽车行驶时驱动力与行驶阻力平衡关系的普遍情况。

为清晰而形象地表明汽车行驶时的受力情况及其平衡关系，可将汽车行驶方程式用图解法进行分析。显然，式（3-9）左边驱动力的值及其变化关系可以用汽车的驱动力图描述，见图3-5。

汽车在水平路面上匀速行驶时，汽车受到的行驶阻力包括：滚动阻力F_f、空气阻力F_w，驱动力应与该两阻力之和相等。因此式（3-9）转化为：

把F_f、F_w以同样坐标和比例尺画在汽车驱动力图上，所得曲线图称为汽车驱动力—行驶阻力平衡图，见图3-21。

2.动力特性图

因为各类汽车具有不同的总重G、空气阻力系数C_D和迎风面积A，其行驶时的道路阻力与空气阻力也不同。因此，汽车的驱动力F_t不能直接用于评价汽车的动力性。为此，需要扣除空气阻力F_w的影响和汽车总重G影响，构造一个以汽车单位总重计量的指标。

称为动力因数，可用于比较不同汽车的动力性。

根据动力因数D的定义和汽车行驶方程式，有：

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根据动力因数的定义和汽车的驱动力图，可以得到汽车在各档下的动力因数D与车速V_a的关系曲线，称为动力特性图，见图3-23。

图3-21 汽车驱动力—行驶阻力平衡图

3.功率平衡图

汽车行驶时，不仅驱动力和行驶阻力互相平衡，驱动轮功率P_t（kW）与汽车行驶的阻力功率也互相平衡，即在汽车行驶的每一瞬间，发动机发出的功率P_e始终等于传动系功率损失P_w和全部行驶阻力功率之和。汽车克服行驶阻力所消耗的功率有滚动阻力功率P_f、空气阻力功率P_w、坡度阻力功率P_i及加速阻力功率P_j。根据汽车行驶方程式和力与功率的关系，把式（3-9）两侧同乘以行驶车速V_a（km/h），经整理及单位换算，得到汽车功率平衡方程式如下：

在平直道路上稳定行驶时，上式表达为：

根据发动机转速n与汽车车速V_a的关系式（式3-4），可把发动机外特性曲线中的功率曲线的横坐标n转化为车速，可将其转化为发动机功率P_e与行驶车速V_a的关系曲线（图3-22）。由图3-22可见，在不同档位时，功率大小基本不变，但各档功率曲线所对应的车速范围不同。低档时，不仅车速低而且所占速度变化区域窄；高档时，不仅车速高而且所占速度变化区域宽。

功率平衡方程式也可用图解法表示。汽车在平直道路上稳定行驶时，发动机需克服的阻力功率为。将其以同样的坐标绘在发动机功率P_e与行驶车速V_a的关系曲线上，即为汽车功率平衡图，如图3-22所示。

功率平衡图从能量守恒的角度研究汽车的动力性，可表明汽车后备功率大小和发动机负荷率的大小。因此，在分析汽车后备功率和与发动机负荷率有关的燃油经济性时较为方便。