《汽车理论》课程授课教案（讲义）第1章 汽车动力性

《汽车理论A》教案《汽车理论A》教案（章节备课）章节第一章汽车的动力性理论授课时间10学时教学目的1.重点掌握汽车的动力性指标和要求2.熟练分析汽车行驶时的受力3.深入理解汽车的行驶方程式，并熟练运用汽车的力平衡图和功率平衡图分析汽车动力性指标4.掌握汽车行驶的驱动-附着条件教学重点1.汽车动力性的评价指标2.汽车的驱动力图3.滚动阻力，空气阻力，加速阻力4.驱动力一行驶阻力平衡图及利用驱动力一行驶阻力平衡图分析汽车的动力性5.汽车的动力因数，动力特性图及利用动力特性图分析汽车的动力性6.驱动与附着条件，附着力与附着率7.汽车的功率平衡图，后备功率教学难点1.滚动阻力及滚动阻力系数2.附着力与附着率教学进程0.绪论（30）(1)10学时（含教学（1）汽车理论课程研究的内容（15）（450）为汽车的六项基本性能（动力性、燃油经济性、制动性、通过性内容、时间理论授课。分配、教学（2）各部分一纵向动力学：操纵稳定性一一侧向动力学：行驶平顺性一方法、辅助一垂向动力学）时间分配可手段）利用车辆坐标系说明什么是纵向、侧向和垂向。根据实际授（2）汽车理论课程研究的目的（5）课情况调整，总计时车辆结构参数与性能之间的关系间不超过10强调学习的两个层次一一正确设计与合理使用。学时（3）各项性能研究路线（5”）(450)。评价指标的提出→力学和动力学分析→计算和分析评价指标→性能的影响因素分析2）采用多媒体课件教（4）汽车性能的发展历史（5”）学，在多媒1.汽车的动力性指标（30）体教室讲（1）汽车动力性定义（5）授。（2）汽车的动力性指标（25）3）插播《汽车最高车速1）汽车的最高车速uamx（5'）试验》、《汽播放汽车最高车速试验的视频车加速时间2）汽车的加速时间t（10）试验》、《奥播放汽车加速时间试验的视频迪A8轿车爬雪坡》等3）汽车的最大爬坡度imax（10'）视频短片。本章重点内容。强调对概念的准确把握：强调我国对动力性的4）板书设1

《汽车理论 A》教案 1 《汽车理论 A》教案（章节备课） 章节 第一章 汽车的动力性 理论授课时间10学时 教 学 目 的 和要求 1. 重点掌握汽车的动力性指标 2. 熟练分析汽车行驶时的受力 3. 深入理解汽车的行驶方程式，并熟练运用汽车的力平衡图和功率平衡图分 析汽车动力性指标 4. 掌握汽车行驶的驱动-附着条件 教学重点 1. 汽车动力性的评价指标 2. 汽车的驱动力图 3. 滚动阻力，空气阻力，加速阻力 4. 驱动力－行驶阻力平衡图及利用驱动力－行驶阻力平衡图分析汽车的动力 性 5. 汽车的动力因数，动力特性图及利用动力特性图分析汽车的动力性 6. 驱动与附着条件，附着力与附着率 7. 汽车的功率平衡图，后备功率 教学难点 1. 滚动阻力及滚动阻力系数 2. 附着力与附着率 教 学 进 程 （ 含 教 学 内容、时间 分配、教学 方法、辅助 手段） 0.绪论（30’） （1）汽车理论课程研究的内容（15’） 汽车的六项基本性能（动力性、燃油经济性、制动性、通过性 ——纵向动力学；操纵稳定性——侧向动力学；行驶平顺性— —垂向动力学） 利用车辆坐标系说明什么是纵向、侧向和垂向。 （2）汽车理论课程研究的目的（5’） 车辆结构参数与性能之间的关系 强调学习的两个层次——正确设计与合理使用。 （3）各项性能研究路线（5’） 评价指标的提出→力学和动力学分析→计算和分析评价指标→ 性能的影响因素分析 （4）汽车性能的发展历史（5’） 1.汽车的动力性指标（30’） （1）汽车动力性定义（5’） （2）汽车的动力性指标（25’） 1）汽车的最高车速 ua max （5’） 播放汽车最高车速试验的视频 2）汽车的加速时间 t （10’） 播放汽车加速时间试验的视频 3）汽车的最大爬坡度 max i （10’） 本章重点内容。强调对概念的准确把握；强调我国对动力性的 （1）10 学时 （450’）为 理论授课。 （2）各部分 时间分配可 根据实际授 课 情 况 调 整，总计时 间不超过 10 学时 （450’）。 2）采用多媒 体 课 件 教 学，在多媒 体 教 室 讲 授。 3）插播《汽 车最高车速 试验》、《汽 车加速时间 试验》、《奥 迪 A8 轿车 爬雪坡》等 视频短片。 4 ） 板 书 设

《汽车理论A》教案计：左侧一测试均在满载以及无风或微风条件下进行。栏中阴影部2.汽车的驱动力与行驶阻力（210”）分为板书基（1）汽车的驱动力（60”）本内容1）汽车动力传动路线（5'）离合器→变速器→万向传动装置（万向节、传动轴）→驱动桥（主减速器、差速器、半轴）→驱动轮2）驱动力的定义和计算公式（10）F-honT3）驱动力计算公式中各参数的具体说明（25’）》发动机的外特性传动系的机械效率》车轮半径4）驱动力图（20）说明驱动力图与发动机外特性转矩曲线的关系>车速与发动机转速的关系u.=0.377兴190》驱动力图的意义本章重点内容。强调驱动力图的重要性：在后面的动力学分析中用到：强调驱动力图由发动机外特性得到。（2）汽车的行驶阻力（105）1）滚动阻力（40）滚动阻力的产生：弹性迟滞损失与滚动阻力偶矩>等速滚动从动轮受力分析及滚动阻力系数的定义A.等速滚动驱动轮受力分析滚动阻力的计算F,=GfcosαI>滚动阻力系数的影响因素：路面种类及其状态、汽车行驶速度，轮胎的结构、材料和气压对滚动阻力系数的影响，径向载荷滚动阻力系数的估算2）空气阻力（30'）》空气阻力的定义空气阻力的分类：压力阻力和摩擦阻力，压力阻力又分为：形状阻力、干扰阻力、内循环阻力、诱导阻力。CpAu.》空气阻力的计算F21.15减小C值要遵循的要点：车身前部，整车，汽车后部，车身底部，发动机冷却通风系统，3）坡度阻力（10'）I坡度阻力的定义和计算：1F,=Gsinα2

《汽车理论 A》教案 2 测试均在满载以及无风或微风条件下进行。 2. 汽车的驱动力与行驶阻力（210’） （1）汽车的驱动力（60’） 1）汽车动力传动路线（5’） 离合器→变速器→万向传动装置（万向节、传动轴）→驱动桥 （主减速器、差速器、半轴）→驱动轮 2）驱动力的定义和计算公式（10’） tq g T 0 t T i i F r   3）驱动力计算公式中各参数的具体说明（25’）  发动机的外特性  传动系的机械效率  车轮半径 4）驱动力图（20’）  说明驱动力图与发动机外特性转矩曲线的关系  车速与发动机转速的关系 0 0.377 a g rn u i i   驱动力图的意义 本章重点内容。强调驱动力图的重要性：在后面的动力学分析 中用到；强调驱动力图由发动机外特性得到。 （2）汽车的行驶阻力（105’） 1）滚动阻力（40’）  滚动阻力的产生：弹性迟滞损失与滚动阻力偶矩  等速滚动从动轮受力分析及滚动阻力系数的定义  等速滚动驱动轮受力分析  滚动阻力的计算 cos F Gf w    滚动阻力系数的影响因素：路面种类及其状态、汽车行驶 速度，轮胎的结构、材料和气压对滚动阻力系数的影响， 径向载荷  滚动阻力系数的估算 2）空气阻力（30’）  空气阻力的定义  空气阻力的分类：压力阻力和摩擦阻力，压力阻力又分为： 形状阻力、干扰阻力、内循环阻力、诱导阻力。  空气阻力的计算 2 21.15 D a w C Au F   减小 CD 值要遵循的要点：车身前部，整车，汽车后部，车 身底部，发动机冷却通风系统。 3）坡度阻力（10’）  坡度阻力的定义和计算： Fi  Gsin 计：左侧一 栏中阴影部 分为板书基 本内容

《汽车理论A》教案道路阻力的概念：F=F,+F:道路阻力系数的概念，=f+i。S4）加速阻力（20）加速阻力的概念酒加速阻力的计算F,=尝Idt汽车旋转质量换算系数8的概念和推导5）各项阻力的分析（5）滚动阻力和空气阻力是在任何行驶条件下均存在的。I坡度阻力和加速阻力仅在一定行驶条件下存在。水平道路I上等速行驶时就没有坡度阻力和加速阻力。应让学生理解和掌握各项阻力存在的条件。（3）汽车的行驶方程式（45）（5）1）行驶方程式的提出F=F,+F+F+F2）行驶方程式的推导（30’）》从动轮在加速过程中的受力分析》驱动轮在加速过程中的受力分析》除从动轮、驱动轮以外汽车其余部分的受力分析3）行驶方程式的真实含义：只表示各物理量之间的数量关系，用来进行汽车动力性分析，式中有些项并不表示作用于汽车的外力。（10”）应重点强调行驶方程式的含义，说明驱动力、滚动阻力、加速阻力都不是直接作用在汽车上的力。行驶方程式只是为了分析的方便而使用的一个力的数量上的平衡式。3.汽车驱动力-行驶阻力平衡图与动力特性图（60”）（1）驱动力-行驶阻力平衡图（30）1）分析汽车最高车速uamx（10'）驱动力-行驶阻力平衡图上F曲线与F，+F曲线的交点对应的车速，就是最高车速uamax2）利用驱动力-行驶阻力平衡图分析汽车的加速能力（10）思路：由驱动力-行驶阻力平衡图加速度曲线（即αu。曲线）→加速度倒数！～1u曲线，用图解积分法求出曲线下的面积即加0速时间3）分析汽车的爬坡能力（10）F-(F, +F.)最大爬坡度αI=arcsinG3m

《汽车理论 A》教案 3  道路阻力的概念： F F F   f i  道路阻力系数的概念，  f i 。 4）加速阻力（20’）  加速阻力的概念  加速阻力的计算 dt du Fj  m  汽车旋转质量换算系数  的概念和推导 5）各项阻力的分析（5’）  滚动阻力和空气阻力是在任何行驶条件下均存在的。  坡度阻力和加速阻力仅在一定行驶条件下存在。水平道路 上等速行驶时就没有坡度阻力和加速阻力。 应让学生理解和掌握各项阻力存在的条件。 （3）汽车的行驶方程式（45’） 1）行驶方程式的提出 F F F F F t f w i j     （5’） 2）行驶方程式的推导（30’）  从动轮在加速过程中的受力分析  驱动轮在加速过程中的受力分析  除从动轮、驱动轮以外汽车其余部分的受力分析 3）行驶方程式的真实含义：只表示各物理量之间的数量关系， 用来进行汽车动力性分析，式中有些项并不表示作用于汽车的 外力。（10’） 应重点强调行驶方程式的含义，说明驱动力、滚动阻力、加速 阻力都不是直接作用在汽车上的力。行驶方程式只是为了分析 的方便而使用的一个力的数量上的平衡式。 3. 汽车驱动力-行驶阻力平衡图与动力特性图（60’） （1）驱动力-行驶阻力平衡图（30’） 1）分析汽车最高车速 ua max （10’） 驱动力-行驶阻力平衡图上 Ft 曲线与 F F f w  曲线的交点对应的 车速，就是最高车速 ua max 2）利用驱动力-行驶阻力平衡图分析汽车的加速能力（10’） 思路：由驱动力-行驶阻力平衡图→加速度曲线(即 a a u ～ 曲线) →加速度倒数 1 a u a ～ 曲线，用图解积分法求出曲线下的面积即加 速时间 3）分析汽车的爬坡能力（10’）  最大爬坡度 ( ) arcsin F F F t f w G    

《汽车理论A》教案Fromax-(F,+F)》验算最高挡最大爬坡度G（2）动力特性图（30）1）驱动力-行驶阻力平衡图的局限：不够直观（5”）2）动力因数的定义和计算（5）D=5-F-w+odGgd3）汽车动力特性图的概念（5”）4）利用汽车动力特性图分析汽车的动力性（15，）>分析方法同驱动力-行驶阻力平衡图利用力平衡方程分析动力性的方法是本章的重点，强调学生一定要理解和掌握。4.汽车行驶的驱动-附着条件与汽车的附着力（90）（1）汽车行驶的驱动-附着条件（25）1）汽车行驶的驱动条件F≥F,+F+F（5”）2）附着力的定义（5’）3）汽车行驶的附着条件Fxmax=F。=Fzo（10）》播放奥迪A8轿车爬雪坡视频冰雪路面汽车起步挂挡实际问题4）汽车行驶的驱动-附着条件F,+F,+F≤F≤Fzp（5'）汽车的驱动附着条件是重点内容，结合奥迪A8轿车爬雪坡视频和冰雪路面汽车起步挂挡实际问题进行阐述。（2）汽车的附着力与地面的法向反作用力（25）1)汽车附着力的影响因素：驱动轮的法向反作用力和附着系数。》驱动轮的地面法向反作用力：与汽车的总体布置、行驶状况及道路条件有关。附着系数：与路面的种类和状况、车轮运动状况、轮胎的I型式、胎压及花纹和行驶车速等有关。2）地面的法向反作用力静态轴荷的法向反作用力》动态分量》空气升力》滚动阻力偶矩产生的部分（3）作用在驱动轮上的地面切向反作用力（15）》前驱车地面切向反作用力分析后驱车地面切向反作用力分析（4）附着率（25）》汽车的附着率的定义两种汽车的附着率较大的情况分析：低速爬坡和高速行驶AY速行驶车辆附着率较大易打滑的实例4

《汽车理论 A》教案 4  验算最高挡最大爬坡度 0max 0max ( ) F F F t f w i G    （2）动力特性图（30’） 1）驱动力-行驶阻力平衡图的局限：不够直观（5’） 2）动力因数的定义和计算（5’） F F t w du D G g dt       3）汽车动力特性图的概念（5’） 4）利用汽车动力特性图分析汽车的动力性（15’）  分析方法同驱动力-行驶阻力平衡图 利用力平衡方程分析动力性的方法是本章的重点，强调学生一 定要理解和掌握。 4. 汽车行驶的驱动-附着条件与汽车的附着力（90’） （1）汽车行驶的驱动-附着条件（25’） 1）汽车行驶的驱动条件 F F F F t f w i ≥   （5’） 2）附着力的定义（5’） 3）汽车行驶的附着条件 F F F X Z max     （10’）  播放奥迪 A8 轿车爬雪坡视频  冰雪路面汽车起步挂挡实际问题 4）汽车行驶的驱动-附着条件 F F F F F f w i t Z   ≤ ≤  （5’） 汽车的驱动附着条件是重点内容，结合奥迪 A8 轿车爬雪坡视频 和冰雪路面汽车起步挂挡实际问题进行阐述。 （2）汽车的附着力与地面的法向反作用力（25’） 1）汽车附着力的影响因素：驱动轮的法向反作用力和附着系数。  驱动轮的地面法向反作用力：与汽车的总体布置、行驶状 况及道路条件有关。  附着系数：与路面的种类和状况、车轮运动状况、轮胎的 型式、胎压及花纹和行驶车速等有关。 2）地面的法向反作用力  静态轴荷的法向反作用力  动态分量  空气升力  滚动阻力偶矩产生的部分 （3）作用在驱动轮上的地面切向反作用力（15’）  前驱车地面切向反作用力分析  后驱车地面切向反作用力分析 （4）附着率（25’）  汽车的附着率的定义  两种汽车的附着率较大的情况分析：低速爬坡和高速行驶  速行驶车辆附着率较大易打滑的实例

《汽车理论A》教案前驱车与后驱车附着率的比较I前驱车上坡起步易打滑实例两驱车写四驱车附着率的比较四驱车不易打滑的实例汽车的附着率是本章的难点问题，通过高速行驶车辆附着率较大易打滑、前驱车上坡起步易打滑、四驱车不易打滑的实际例子进行说明。5.汽车的功率平衡（30）（1）功率平衡方程（10）-P==(P,+P,+P+P)P=-nZn（2）功率平衡图及其应用（20）汽车功率平衡图的绘制I后备功率的概念I后备功率与动力性的关系：后备功率越大，汽车的动力性越好I后备功率与负荷率的关系：后备功率越大，负荷率越小，汽车的经济性越差。预习本章共10学时，5次课，各次课的预习思考题：思考题第1次课预习思考题?汽车的6项基本性能包括哪些？研究汽车性能目的是什么？?对于汽车的各项性能，学习思路如何？?汽车动力性的三个评价指标的含义？★汽车的传动系统由哪些部件组成？★什么是发动机的外特性和使用外特性？第2次课预习思考题A传动系的机械效率受哪些因素影响？★车轮胎型号195/55R1589H是何含义？如何计算车轮名义半径？滚动阻力的影响因素有哪些？什么是驻波现象？驱动力和切向作用力有何区别和联系？第3次课预习思考题★受力分析中会出现驱动力和滚动阻力吗？为什么？★什么是空气升力？是如何产生的？什么是汽车旋转质量换算系数？?A汽车旋转质量换算系数与传动系传动比的关系如何？★什么是汽车行驶方程式？第4次课预习思考题?汽车整车上坡加速行驶时的受力分析？什么是汽车驱动力-行驶阻力平衡图？如何分析汽车动力性的3个评价指★标?A什么是动力特性图？如何分析汽车动力性的3个评价指标？5

《汽车理论 A》教案 5  前驱车与后驱车附着率的比较  前驱车上坡起步易打滑实例  两驱车与四驱车附着率的比较  四驱车不易打滑的实例 汽车的附着率是本章的难点问题，通过高速行驶车辆附着率较 大易打滑、前驱车上坡起步易打滑、四驱车不易打滑的实际例 子进行说明。 5. 汽车的功率平衡（30’） （1）功率平衡方程（10’） 1 1 ( ) e f w i j T T P P P P P P         （2）功率平衡图及其应用（20’）  汽车功率平衡图的绘制  后备功率的概念  后备功率与动力性的关系：后备功率越大，汽车的动力性 越好  后备功率与负荷率的关系：后备功率越大，负荷率越小， 汽车的经济性越差。 预习 思考题 本章共 10 学时，5 次课，各次课的预习思考题： 第 1 次课预习思考题  汽车的 6 项基本性能包括哪些？研究汽车性能目的是什么？  对于汽车的各项性能，学习思路如何？  汽车动力性的三个评价指标的含义？  汽车的传动系统由哪些部件组成？  什么是发动机的外特性和使用外特性？ 第 2 次课预习思考题  传动系的机械效率受哪些因素影响？  轮胎型号 195/55 R15 89H 是何含义？如何计算车轮名义半径？  滚动阻力的影响因素有哪些？  什么是驻波现象？  驱动力和切向作用力有何区别和联系？ 第 3 次课预习思考题  受力分析中会出现驱动力和滚动阻力吗？为什么？  什么是空气升力？是如何产生的？  什么是汽车旋转质量换算系数？  汽车旋转质量换算系数与传动系传动比的关系如何？  什么是汽车行驶方程式？ 第 4 次课预习思考题  汽车整车上坡加速行驶时的受力分析？  什么是汽车驱动力-行驶阻力平衡图？如何分析汽车动力性的 3 个评价指 标？  什么是动力特性图？如何分析汽车动力性的 3 个评价指标？

《汽车理论A》教案判断：某货车的一挡最大动力因数为0.2。?什么是汽车附着力？第5次课预习思考题★汽车驱动-附着条件是什么？★什么是汽车的附着率，哪些情况汽车的附着率较大？★什么是汽车功率平衡图？通常用功率平衡图来分析汽车的什么性能？★什么是汽车的后备功率？与负荷率的关系？作业题1、请写出Ft、Ff、Fw、Fi、Fj的计算式以及各参数的含义和单位以及f、CD、8的常用取值范围。2、画出平路加速行驶时驱动轮的受力图。3、画出上坡加速行驶时汽车（整车）的受力图。4、一轿车：总质量为1600kg，空气阻力系数与迎风面积之积为1.5m2，发动机最大转矩为140Nm，各挡的传动比为3.85、2.13、1.33、1.00和0.83，主减速器传动比为4.08，传动系统机械效率为0.9，车轮半径为0.3m，滚动阻力系数为0.013。当汽车用直接挡以70km/h的速度匀速爬4%坡度时，求此时发动机的转速和输出转矩。5、教材课后习题1.4。6、教材课后习题1.8。7、教材课后习题1.3（编程题）。主要参考1.《汽车理论》，主编：余志生，机械工业出版社，2009.3，第5版资料2.《汽车理论》，主编：杨万福，华南理工大学出版社，2010.8，第1版3.《车辆动力学基础》，著：ThomasD.Gillespie，清华大学出版社，2006.124.《汽车动力学》第4版，著：ManfredMitschke，清华大学出版社，2009.125.《汽车工程学I汽车纵向动力学（英文版）》，著：HenningWallentowitz，机械工业出版社，2009.8备注本课程采用多媒体教学，应安排在多媒体教室上课。本课程的多媒体课件含有较多图片和视频文件，数据较大；同时本课程可同步在课程网站和网络教学平台上发布课件、视频、案例、预习思考题、课后作业等。因此，应在该教室配备内存较大、运转速度较快并能上网的计算机或提供笔记本接口。撰写：余晨光6

《汽车理论 A》教案 6  判断：某货车的一挡最大动力因数为 0.2。  什么是汽车附着力？ 第 5 次课预习思考题  汽车驱动-附着条件是什么？  什么是汽车的附着率，哪些情况汽车的附着率较大？  什么是汽车功率平衡图？通常用功率平衡图来分析汽车的什么性能？  什么是汽车的后备功率？与负荷率的关系？ 作业题 1、请写出 Ft、Ff、Fw、Fi、Fj 的计算式以及各参数的含义和单位以及 f、CD、 δ的常用取值范围。 2、画出平路加速行驶时驱动轮的受力图。 3、画出上坡加速行驶时汽车（整车）的受力图。 4、一轿车：总质量为 1600kg，空气阻力系数与迎风面积之积为 1.5m2，发动 机最大转矩为 140Nm，各挡的传动比为 3.85、2.13、1.33、1.00 和 0.83，主减 速器传动比为 4.08，传动系统机械效率为 0.9，车轮半径为 0.3m，滚动阻力系 数为 0.013。当汽车用直接挡以 70km/h 的速度匀速爬 4%坡度时，求此时发动 机的转速和输出转矩。 5、教材课后习题 1.4。 6、教材课后习题 1.8。 7、教材课后习题 1.3（编程题）。 主 要 参 考 资料 1. 《汽车理论》，主编：余志生，机械工业出版社，2009.3，第 5 版 2. 《汽车理论》，主编：杨万福，华南理工大学出版社，2010.8，第 1 版 3.《车辆动力学基础》，著：Thomas D. Gillespie，清华大学出版社，2006.12 4.《汽车动力学》第 4 版，著：Manfred Mitschke，清华大学出版社，2009.12 5.《汽车工程学Ⅰ汽车纵向动力学（英文版）》，著：Henning Wallentowitz，机 械工业出版社，2009.8 备注 本课程采用多媒体教学，应安排在多媒体教室上课。本课程的多媒体课件 含有较多图片和视频文件，数据较大；同时本课程可同步在课程网站和网络教 学平台上发布课件、视频、案例、预习思考题、课后作业等。因此，应在该教 室配备内存较大、运转速度较快并能上网的计算机或提供笔记本接口。 撰写：余晨光