图1.9 加速时车轮的受力图 图1.10 加速时驱动轮的受力图
W1
—从动轮上的载荷
m1—从动轮的质量 W2—驱动轮上的载荷 m2—驱动轮的质量
—地面对驱动轮的法向反作用力
Fz1—地面对从动轮的法向反作用力 Fz2
IW1—从动轮的转动惯量 IW2—驱动轮的转动惯量 FP1—从动轴对从动轮的推力 FP2—驱动轴对驱动轮的阻力
Fz1—地面切向反作用力 Tf1—从动轮滚动阻力偶矩 Fx2地面切向反作用力
m1du—从动轮平移惯性力 Tf2—驱动轮的滚动阻力偶矩 dtd??IW1—绕从动轮重心的惯性力偶 Tt—半轴作用于驱动轮的力矩
dt 图1.9为加速时从动轮的受力图。
根据力(力矩)平衡条件，沿水平方向各力合力为零，即 FP1?m1du?Fx1 (1.18) dtd? dt绕车轮中心力矩之和为零，即 Fx1r?Tf1?IW1由于Tf1/r?Ff1，??ua/r，则上式可写成 Fx1?Ff1?IW1du (1.19) 2rdt故从动轴对从动轮的推力为 FP1?Ff1?(m1?IW1du) (1.20) r2dt可见，推动从动轮前进的推力，要克服两种阻力，即从动轮的滚动阻力和从动轮的加速
阻力。加速阻力又由平移质量的加速阻力m11.3.2 汽车的行驶条件
由汽车的行驶方程得： ?I1dudu和旋转质量的加速阻力W所组成。 dtr2dtGdu?Ft?(Ff?FW?Fi) gdt 可见，驱动力必须大于滚动阻力、坡度阻力和空气阻力后，才能加速行驶。若驱动力小于这三个阻力之和，则汽车无法开动，正在行驶中的汽车将减速直至停车。因此，汽车行驶的第一个条件为
Ft?Ff?FW?Fi (1.25)
此条件为汽车行驶的驱动条件，但它并不是汽车行驶的充分条件，实际上，驱动力是受附着力限制的。增加发动机转矩及增大传动比，可以增大驱动力。但驱动力达到路面可能给出的最大切向力，即附着力F?时，驱动轮会出现滑转现象，汽车不能前进。
附着力是路面对驱动轮切向反力的极限值，在硬路面上，它与驱动轮法向反作用力Fz2成正比，即
Fx2max?F??Fz2?
驱动轮地面法向反作用力与汽车的总体布置、行驶状况及道路的坡度有关。式中?为附着系数，它与路面的种类和状况、车轮运动状况、胎压及花纹有关，行驶车速对附着系数也有影响。
在一般动力性分析中只取附着系数的平均值，见表1.2。
表1.2 轮胎与路面间的附着系数 路面 干燥的沥青或混凝土路面 潮湿的混凝土路面 潮湿的沥青路面 碎石路面(干) 碎石路面(潮湿) 土路(干) 土路(湿) 土路(泥) 雪路(松软) 雪路(压实) 冰路面 普通轮胎 0.70～0.80 0.5 0.45～0.6 0.60～0.70 0.40～0.50 0.50～0.60 0.30～0.40 0.15～0.25 0.20～0.35 0.20～0.35 0.10～0.20 高压轮胎 0.50～0.70 0.4 0.35 0.50～0.60 0.30～0.40 0.40～0.50 0.20～0.40 0.15～0.25 0.20～0.35 0.12～0.20 0.08～0.15 硬路面的接触强度大，地面的坚硬及微小的凸起物和轮胎表面的机械啮合作用等，使轮胎与地面之间产生较大的附着力，故附着系数较大。潮湿的路面和微观凸凹、被污秽、灰尘所填的路面，附着系数下降。
轮胎气压对附着系数有较大的影响，在干燥的硬路面上，降低轮胎的气压，轮胎与路面微观不平处的啮合面积增大，使附着系数加大。在潮湿的硬路面上，适当提高轮胎气压，可
以提高对路面的单位压力，有利于挤出接触处的水分，附着系数提高。此外，在硬路面上行驶的汽车，胎面花纹做成浅而细的形状，可以增强胎面与路面上微观突起物间的啮合作用，有利于提高附着系数。在软路面上行驶的汽车，胎面花纹做成粗而深的花纹，可增大嵌入轮胎花纹内的土壤的剪切断面，达到提高附着系数的目的。轮胎花纹做成具有良好的排水功能的形状，提高汽车在潮湿路面上的附着系数。
行驶车速对附着系数也有影响。在硬路面上，车速增加时，轮胎来不及与路面微小凸起部分很好啮合，附着系数下降。雨天在硬路面上行驶，车速提高时，轮胎与路面间的水不易被挤出，使附着系数显著下降。在松软路面上行驶的汽车，由于汽车车速的提高，车轮的作用力很容易破坏土壤的结构，造成附着系数也下降。
应当明确，附着力并不是汽车受到的一个力，它只是路面给车轮切向力的极限值。当地面切向力达到此值时，驱动轮将产生滑转，汽车不能行驶，因此，汽车行驶应满足的第二个条件——附着条件为(对于后轮驱动的汽车)
Fx2?Ft?Ff2?F??Fz2? (1.26) Ft?Fz2(f??) 而f??，所以上式可近似为
Ft?Fz2?或Ft?Fz?? (1.27) 式中 Fz?——作用于所有驱动轮上的地面法向反作用力。 联立式(1.25)和式(1.27)得汽车行驶的驱动与附着条件为
Ff?FW?Fi?Ft?Fz?? (1.28)
这就是汽车行驶的必要与充分条件。
图1.12为汽车加速上坡受力图。可推导出Fz1、Fz2随上述条件变化而变化的规律。
图1.12 汽车加速上坡受力图
1.4节 汽车驱动力—行驶阻力平衡图与动力特性图 1.4.1 驱动力—行驶阻力平衡图 前面得到汽车的行驶方程式为 Ft?Ff?FW?Fi?Fj 或
Ttqigi0?Tr2CDAuaGdu ?Gfcos???Gsin???21.15gdt 此方程表明了汽车行驶时，驱动力和各行驶阻力之间的平衡关系。当发动机转速特性、
变速器传动比、主减速比、机械效率、车轮半径、空气阻力系数、汽车迎风面积及汽车总质
量等初步确定后，便可利用此式分析汽车在良好路面（沥青、混凝土路面）上的行驶能力，即确定节流阀全开时，汽车能达到的最高车速、加速能力和爬坡能力。
为了清晰而形象地表明汽车行驶时的受力情况及其平衡关系，一般是采用汽车行驶方程式用图解法来进行分析的。汽车的驱动力-行驶阻力平衡图就是最基本的一种，将汽车行驶中经常遇到的滚动阻力和空气阻力叠加后画在驱动力图上，并表明该叠加量随车速的变化关系曲线。图1.13即为一具有五档变速器汽车的驱动力-行驶阻力平衡图。
1.4.2 利用驱动力—行驶阻力平衡图图解汽车动力性指标
利用汽车驱动力-行驶阻力平衡图，我们可以图解分析汽车的各项动力性指标。
图1.13 汽车驱动力—行驶阻力平衡图 1.4.2.1 最高车速
汽车的最高车速是指汽车在无风的条件下，在水平、良好的路面上，节流阀全开，变速器置于最高档所能达到的车速。
根据汽车行驶方程Ft?Ff?FW?Fi?Fj
此时，Fi?0，Fj?0，Ft?Ff?FW，即驱动力-行驶阻力平衡图上Ft曲线（此时为最高档驱动力曲线Ft5）与Ff?FW曲线的交点对应的车速，就是最高车速（图中为175km/h）。
从图中还可以看出，当车速低于最高车速时，驱动力大于行驶阻力，这样，汽车就可以利用剩下来的驱动力加速或爬坡，或牵引挂车。当需要在低于最高车速的某一车速(如160km/h)等速行驶时，驾驶员可以关小节流阀开度(图中虚线)，此时发动机只用部分负荷特性工作，相应地得到虚线所示驱动力曲线，以使汽车达到新的平衡。 1.4.2.2 汽车的加速能力
汽车的加速能力可用它在水平良好路面上行驶时，能产生的加速度来评价。由于加速度的数值不易测量；一般常用加速时间来表明汽车的加速能力。例如用直接档行驶时，由最低稳定速度加速到一定距离或80%uamax所需时间（新车一般用0～100km/h所需的时间）。
由汽车行驶方程得：
dug?Ft?(Ff?FW) dt?G??
显然利用图1.13，可计算得各档的加速度曲线如图1.14所示。有的汽车Ⅰ档的?值甚大，Ⅱ档的加速度可能比I档的还要大。
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