1 前言

功率是汽车理论中重要的组成部分。由如下3快内容构成：功率提供、功率需求、行驶功率。

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2 功率提供

2.1 发动机曲线

功率提供，这部分的功率仅指传统内燃机的输出功率，暂不讨论混合动力汽车。

等效发动机功率=发动机转矩×角速度=发动机转矩×2π×发动机转速

两种不同发动机的全负荷曲线.jpg

牵引力图

所有汽车的发动机的功率输出都只有一个目的：克服行驶阻力，其结果就是提供车辆行驶所需要的牵引力和转矩。

牵引力曲线.jpg

图中所示为车速和牵引力的关系图，概念性地展示了牵引力随车速升高的关系，及爬坡能力的变化。图中数字 2 部分是非稳定部分，此处阴影区要越小越好，以保证动力传递的平滑。

3 功率需求

所谓的功率需求就是克服各种损失的最终平衡。

3.1 汽车基本公式

• 等效发动机功率=驱动链功率损失+滑动功率损失+滑动阻力损失+空气阻力损失+爬坡功率+加速功率

• 其中：驱动链和滑动功率损失属于内部损失，其它属于外部损失。

3.2 驱动链损失

• 对于驱动链来说，最主要的部件是离合器、变速器（驱动器）、驱动轴、轴端驱动器和相关调整或控制系统。

• 在运行中，整个系统中各部件都会产生功率损失。

具体损失系统如图所示

驱动链功率损失图.jpg

• 驱动链功率损失=等效发动机功率 - 轴端功率

• 驱动链效率=轴端功率/等效发动机效率

• 驱动链功率损失的改变与载荷和转速有关，发动机转速越高，在全负荷曲线下，驱动链功率损失是接近线性地增加。

  
  驱动链损失和发动机转速的关系.jpg

对于机械传动来说，下面的几种情况也带来附加的功率损失。

• 搅油损失；
• 轴承和密封圈的摩擦损失；

• 空转齿轮的损失。
  此类功率损失在总损失中占的比例并不大。在车辆全负荷时，基本是2%的附加损失。一对齿轮幅的效率约为0.98，轴端驱动的效率约为0.94~0.98，所以对于一个完整的驱动链来说，忽略空气损失、离合器的滑差，总的效率约为0.9。

  
  驱动系统效率.jpg

3.3 滑差损失

滑差损失存在于驱动和制动两种过程中。判断车轮和地面之间的滑差，就必须观察相对于地面的速度和理论速度。

驱动滑差、制动滑差和滑差损失功率.jpg

最大附着系数在所谓的临界滑差时到达，超过此点时，附着系数就接近于滑动系数。

最大附着系数随滑差的变化.jpg

滑差在很多情况下可以忽略，当然也会UI最大牵引力产生影响。

车辆滑差率数值.jpg

车的行驶速度越靠近高车速段，滑差越大，同时引起了牵引力的减少。高速时的滑差不应该被忽略。

滑差和速度的关系.jpg

滑差和车轮圆周力额关系。车轮对地面的正压力越大，临界的圆周力值（即最大圆周力）出现得越晚，就是说车轮越不容易打滑。

圆周力和滑差的关系.jpg

3.3 滚动阻力

滚动阻力来自于车轮和地面二者的变形。地面的变形是相当微小的，大多数变形是由充气的轮胎引起的，即可以近似地认为滚动阻力来自轮胎的变形。

带充气轮胎额车轮简化道路模型.jpg

图中轮胎外层用一个轮毂替代，胎壁用一些振动学元件如弹簧和减振器替代。当车轮进入轮胎接地印痕时，外毂被压缩，变成直线。弹簧和减振器也被压缩，当车轮离开接地印痕时，又都恢复原状。这些不断的压缩和伸展，使得部分机械能通过内抹茶转变为热能和噪声，这种能量损耗就产生了滚动阻力。

常用充气轮胎滚动阻力构成：

• 轮胎材料在变形中产生的内摩擦，占总滚动阻力的90% ~ 95%。阻尼阻力做功是因为减振的需要，而同时也产生了变形阻力。阻尼功还产生热， 尤其是在高速行驶时，会产生更多的热量；
• 与道路接触表面的摩擦和滑动，约占滚动阻力的5% ~ 10%。
  车轮的滚动阻力系列公式.jpg
  滚动阻力系数.jpg
• 变形功的产生原理，弹性元件如橡胶，具有弹性迟滞现象，加载和卸载时，有不同的力和变形路线。
  非完美弹性体曲线.jpg
  如上图示，垂直的阴影是吸收的变形功，而水平阴影是弹性滞后的损失功。
  看一个轿车变形功的损失的具体例子，消耗的变形功与回弹产生的变形功的差值，就是滚动阻力功。
  变形功的损失.jpg
  轮胎压力分布图（马鞍形分布），有助于我们了解在具有载荷情况下的轮胎纵横方向上的压力分布。
  60迈时的一个货车轮胎的压力分布（马鞍形分布）.jpg
  滚动过程是个比较复杂的过程，在此过程中，因为弹性元件的特性，会产生很多不同于飞弹性体的力学问题，比如因为弹性迟滞，在轮胎上产生了附加的力矩。
  轮胎接触面额压力分布.jpg
  作用在自由滚动的车轮上的力.jpg
  举例综合说明：车轮载荷、轮胎压力、车速和轮胎类型对滚动阻力的影响
  不同种类轮胎的滚动阻力系数（依赖于轮胎形式、胎压、车速）.jpg
  如图所示：总体来说，轮胎压力增加，滚动阻力减小。在速度130km/h 以下时，滚动阻力基本是恒定的。在130km/h 以上时，是进行性的增加。斜交纹的轮胎和钢帘子布的子午线轮胎相比，在同样充气压力下，斜交纹的滚动阻力较大。