第二章 汽車行駛理論

1、第第2 2章章汽車行駛理論汽車行駛理論 道路勘測設(shè)計 華北水利水電大學(xué)本章摘要本章主要介紹汽車行駛性能及其對路線的要求；汽車的驅(qū)動力、行駛阻力及行駛條件；汽車的動力特性、行駛狀態(tài)、爬坡能力及加、減速行程；汽車行駛的縱向、橫向及縱橫組合向穩(wěn)定性；汽車的制動力和制動距離以及汽車的燃油經(jīng)濟性等內(nèi)容。 2.1 2.1 概概 述述 2.2 2.2 汽車的驅(qū)動力及行駛阻力汽車的驅(qū)動力及行駛阻力 2.3 2.3 汽車在道路上行駛的穩(wěn)定性汽車在道路上行駛的穩(wěn)定性 2.4 2.4 汽車的制動性能汽車的制動性能 2.5 2.5 汽車的燃油經(jīng)濟性汽車的燃油經(jīng)濟性 道路勘測設(shè)計 華北水利水電大學(xué) 2.1 2.1 概概

2、 述述1. 1.汽車的行駛性能汽車的行駛性能 1)1)動力性能動力性能（加速、爬坡、最大V） 2)2)通過性通過性: :指汽車在各種道路和無路地帶行駛的能力 3)3)制動性制動性（行車視距） 4)4)行駛穩(wěn)定性行駛穩(wěn)定性（側(cè)滑、傾覆） 5)5)行駛平順性行駛平順性: :汽車免受沖擊和震動的能力 6)6)操縱穩(wěn)定性操縱穩(wěn)定性（轉(zhuǎn)向穩(wěn)定、高速穩(wěn)定性和操作輕便性）2.2.汽車行駛對路線的要求汽車行駛對路線的要求 1) 1)保證汽車在道路上行駛的穩(wěn)定性保證汽車在道路上行駛的穩(wěn)定性 2) 2)盡可能提高車速盡可能提高車速 3) 3)保證道路上的行車連續(xù)保證道路上的行車連續(xù) 4) 4)盡量滿足行車舒適盡量

3、滿足行車舒適第二節(jié) 汽車的驅(qū)動力及行駛阻力 n為研究汽車在道路上的運動狀況，需要掌握沿汽車行駛方向作用于汽車的各種外力，即驅(qū)動力與行駛阻力。n一、汽車的驅(qū)動力汽車的動力來源：內(nèi)燃發(fā)動機汽車的動力來源：內(nèi)燃發(fā)動機 汽車在道路上行駛時，必須有足夠的驅(qū)動力來克服各種行駛阻力。汽車行駛的驅(qū)動力來自它的內(nèi)燃發(fā)動機。在發(fā)動機里熱能轉(zhuǎn)化成機械能，產(chǎn)生有效功率，驅(qū)使曲軸以每分鐘的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，發(fā)生的扭矩，再經(jīng)過離合器、變速器、傳動軸、主傳動器、差速器和半軸等一系列的變速和傳動，將曲軸的扭矩傳給驅(qū)動輪，產(chǎn)生的扭矩驅(qū)動汽車行駛。1.發(fā)動機；2.離合器；3.變速器；4.萬向節(jié)頭傳動軸；5.主傳動器；6.驅(qū)動輪1）表征汽

4、車發(fā)動機特性的基本指標(biāo)n有效功率 Ne：指汽車在單位時間內(nèi)所具有的做功的能力，單位為千瓦（KW）。n轉(zhuǎn)速ne ：指發(fā)動機曲軸單位時間內(nèi)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，用每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)（r/min）為單位。轉(zhuǎn)速的大小影響汽車行駛的快慢。n扭矩 ：是指汽車發(fā)動機產(chǎn)生于曲軸上的轉(zhuǎn)動力矩，汽車發(fā)動機扭矩的大小，決定了汽車產(chǎn)生牽引力的大小。n 機械效率2）牽引力由公式可看出，汽車的牽引力與速度成反比，亦即高的速度與大的牽引力是不可兼得的。如果要求汽車具有較大的牽引力，則必須采用較大的變速比，但隨著變速比的增大，車速 V 會下降。因此，汽車設(shè)有幾個排擋，各檔具有固定的轉(zhuǎn)速比或最大速度值。采用低速檔，能獲得較大的牽引力和較低的車速

5、，采用高速檔，能獲得較高的車速和較小的牽引力。（2）汽車的行駛阻力）汽車的行駛阻力2）坡度阻力3）空氣阻力4）慣性阻力 2.2 2.2 汽車的驅(qū)動力及行駛阻力汽車的驅(qū)動力及行駛阻力 3.汽車的行駛阻力汽車的行駛阻力 1）滾動阻力：車輪滾動時輪胎與路面之間的摩擦阻力，是由于輪胎與路面變形引起的。GfRff 與路面的種類 、行駛車速、輪胎性質(zhì)有關(guān)。干燥平整的土干燥平整的土路路潮濕不平潮濕不平整的土路整的土路路面類型路面類型 碎石路面碎石路面值值0.010.010.020.020.020.020.0250.0250.030.030.050.050.040.040.050.050.070.070.15

6、0.15表面平整的黑表面平整的黑 色碎石路面色碎石路面水泥及瀝青水泥及瀝青混凝土路面混凝土路面路面種類：行駛車速：受車速影響較大。 V100時，f增加較快。V=150-200時，f 急劇增大。. 輪胎性質(zhì)：胎壓，輪胎材料，結(jié)構(gòu)。 2.2 2.2 汽車的驅(qū)動力及行駛阻力汽車的驅(qū)動力及行駛阻力 3.汽車的行駛阻力汽車的行駛阻力 sinGRi由于公路縱坡較小(DD時：時： 減速行駛減速行駛0)(Dga0)D(gaif式中：式中：道路阻力系數(shù)，道路阻力系數(shù)， 平衡速度：任意的平衡速度：任意的D D相應(yīng)等速行駛的速相應(yīng)等速行駛的速度，用度，用V VP P表示。表示。( (見圖見圖2-62-6）汽車的最高

7、、最小速度汽車的最高、最小速度 臨界速度：每一排檔最大動力因數(shù)Dmax對應(yīng)的 速度，用Vk表示。是汽車穩(wěn)定行駛的極限速度 。一般情況下汽車都采用大于某一排檔的臨界 速度作為行駛速度，以便克服額外阻力而連續(xù) 行駛。如果道路阻力更大，使得車速降低較快，若車速降至本檔時需要換低檔行駛；相反，道路阻力更小時車速增加較快，當(dāng)增至本檔最高車速時需要換高檔行駛。汽車的最高速度：是指節(jié)流閥全開、滿載（不帶掛車）、在表面平整堅實水平路段上作穩(wěn)定行駛時的速度。 n汽車的最小穩(wěn)定速度：是指滿載（不帶掛車）在路面平整堅實的水平路段上，穩(wěn)定行駛時的最低速度（即臨界速度Vk）。n汽車的最小穩(wěn)定速度與汽車的最高速度之間的差

8、距愈大，表示汽車對道路阻力的適應(yīng)性愈強，其他排擋也同樣存在著這兩個對應(yīng)值。三、汽車的爬坡能力三、汽車的爬坡能力ag) if (Dn汽車的爬坡能力是指汽車在良好路面上等速行駛時克服了其它行駛阻力后所能爬上的縱坡度。， a=0a=0，則，則 i=D-fi=D-f四、汽車的加、減速行程四、汽車的加、減速行程 計算加、減速行程計算加、減速行程 由由ds=vdtds=vdt，a=dv/dta=dv/dt，得，得 )0(vdva1dsa)0(vdva1dsa2121VVVVVdVa112.961vdva1S 2.3 2.3 汽車在道路上行駛的穩(wěn)定性汽車在道路上行駛的穩(wěn)定性汽車行駛的穩(wěn)定性汽車行駛的穩(wěn)定性

9、-指汽車在行駛過程中，受外部因素作用，而不發(fā)生側(cè)滑、傾覆現(xiàn)象的能力。l影響因素：影響因素： 汽車本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)； 駕駛員的因素； 作用于汽車的外因。 汽車的行駛穩(wěn)定性汽車的行駛穩(wěn)定性縱向穩(wěn)定性縱向穩(wěn)定性橫向穩(wěn)定性橫向穩(wěn)定性縱向滑移縱向滑移縱向傾覆縱向傾覆縱向滑移縱向滑移縱向傾覆縱向傾覆縱坡、重心、縱坡、重心、先后先后橫坡、速度、橫坡、速度、彎道半徑、先后彎道半徑、先后 2.3 2.3 汽車在道路上行駛的穩(wěn)定性汽車在道路上行駛的穩(wěn)定性 1.1.汽車行駛的縱向穩(wěn)定汽車行駛的縱向穩(wěn)定汽車在行駛過程中，隨著運動狀態(tài)的改變，作用在前后車輪上的法向反作用力亦有相應(yīng)的變化。前輪的法向反作用力為零時，前輪的法

10、向反作用力為零時，則汽車將發(fā)生前軸車輪離地而導(dǎo)致縱向則汽車將發(fā)生前軸車輪離地而導(dǎo)致縱向傾覆。傾覆。當(dāng)后輪的法向反作用力為零時，當(dāng)后輪的法向反作用力為零時，根據(jù)附著條件，其牽引力將不復(fù)存在，根據(jù)附著條件，其牽引力將不復(fù)存在，汽車喪失行駛能力。汽車喪失行駛能力。此兩種情況均為汽車的縱向失穩(wěn)，導(dǎo)致汽車縱向傾覆或倒溜（1）汽車在直坡道上的受力分析圖 2.8 所示為后軸驅(qū)動的雙軸汽車在直坡道上低等速行駛，忽略滾動阻力、空氣阻力影響時的受力情況。 對汽車后輪著地點B取矩，則可求得前輪垂直反力：對前輪著地點A取矩，則可得后輪垂直反力：1 1縱向傾覆縱向傾覆產(chǎn)生縱向傾覆的臨界狀態(tài)是汽車前輪法向反作用力Z1為零

11、，此時，汽車可能繞02點發(fā)生傾覆現(xiàn)象，對O2點取矩并讓Z1=0，得 Gl2cos0- Ghgsin0=0 （2-30）式中：0Z1為零時極限坡道傾角； i0Z1為零時道路的縱坡度。當(dāng)坡道傾角0（或道路縱坡ii0）時，汽車可能發(fā)生縱向傾覆。由式（2-30）可知，縱向傾覆的穩(wěn)定性主要與汽車重心至后軸的距離l2和重心高度hg有關(guān)。l2愈大，hg愈低，縱向穩(wěn)定性愈好。 2 2縱向滑移縱向滑移 對后輪驅(qū)動的汽車，根據(jù)附著條件，驅(qū)動輪不產(chǎn)生滑移的臨界狀態(tài)是對后輪驅(qū)動的汽車，根據(jù)附著條件，驅(qū)動輪不產(chǎn)生滑移的臨界狀態(tài)是 Gsin Gsinj jj j G Gk k （2-31）因為sinj j tgtgj j

12、 i ij j，則，則i ij j = tg = tgj j = G = Gk k/G/Gj j式中：式中：j j 產(chǎn)生縱向滑移臨界狀態(tài)時坡道傾角；產(chǎn)生縱向滑移臨界狀態(tài)時坡道傾角； i ij j 產(chǎn)生縱向滑移臨界狀態(tài)時道路縱坡度，其它符號意義同前。產(chǎn)生縱向滑移臨界狀態(tài)時道路縱坡度，其它符號意義同前。 j j附著系數(shù)附著系數(shù)當(dāng)坡道傾角當(dāng)坡道傾角j j（或道路縱坡度（或道路縱坡度iiiij j）時，汽車可能產(chǎn)生縱向滑移。）時，汽車可能產(chǎn)生縱向滑移。 3 3縱向穩(wěn)定性的保證縱向穩(wěn)定性的保證對于公路設(shè)計的角度來說，不僅要保證坡道上行駛的汽車不會縱向傾覆，還應(yīng)保證不產(chǎn)生倒溜現(xiàn)象。這就要求公路縱坡滿足：而

13、一般載重車滿載時 附著系數(shù)?，泥濘時可為0.2冰滑時為0.1，代入公式2-26，則這就是確定最大縱坡imax =9%（四級公路山嶺重丘區(qū)）、規(guī)定最大超高橫坡、合成坡度等指標(biāo)的依據(jù)之一。但在運輸中裝載過高時，由于重心高度hg的增大而破壞縱向穩(wěn)定性條件，所以，應(yīng)對汽車裝載高度有所限制。 2.3 2.3 汽車在道路上行駛的穩(wěn)定性汽車在道路上行駛的穩(wěn)定性 2.汽車行駛的橫向穩(wěn)定（1 1）汽車在曲線上行駛所產(chǎn)生的橫向作用力）汽車在曲線上行駛所產(chǎn)生的橫向作用力 l汽車行駛時，常受側(cè)向力的作用及影響，如重力、慣性力等的側(cè)向分力。l汽車在側(cè)向力的作用下，當(dāng)車輪的側(cè)向反作用力達(dá)到附著力時，汽車將沿著側(cè)向力的作用

14、方向滑移；l側(cè)向力同時將引起左右車輪法向反作用力的改變，當(dāng)一側(cè)車輪上的法向反作用力變?yōu)榱銜r，汽車將發(fā)生側(cè)向翻車。因而，汽車行駛時，在側(cè)向力作用下有可能產(chǎn)生橫向滑移或橫向傾覆。為保證行車的安全穩(wěn)定，必須分析研究行駛的橫向穩(wěn)定性內(nèi)外法向力：sincosCGZa（大）sincosCGZa（?。M向力：sincosaGCY（?。﹕incosaGCY(大)結(jié)論：內(nèi)側(cè)?。sincosaGCY很小，則0sin, 1cositg0iGCYaRvgGCa2RGV12720202127127iRVGiGRVGYaaa橫向力 C 是汽車行駛的不穩(wěn)定因素， 豎向力是穩(wěn)定因素。 但汽車橫向穩(wěn)定性不取決于 Y 的絕對值，

15、而取決于橫向力與車重的比值-叫橫向力系數(shù)(lateral force coefficient)，即：02127iRVGYa 2.3 2.3 汽車在道路上行駛的穩(wěn)定性汽車在道路上行駛的穩(wěn)定性2.汽車行駛的橫向穩(wěn)定(2)橫向傾覆傾覆力矩：gaghGCYh)sincos(穩(wěn)定力矩：2)sincos(2bCGbZa由極限平衡條件，則2)(2)sincos(0bCiGbCGYhaag（2-33）式中，其中b為汽車輪距；C0i與aG相比甚小，可忽略不計，則2bGYhag，gahbGY2（2-34）由式（2-34）即可得到汽車不產(chǎn)生傾覆的穩(wěn)定條件為ghb2（2-35） 2.3 2.3 汽車在道路上行駛的穩(wěn)定

16、性汽車在道路上行駛的穩(wěn)定性 2.汽車行駛的橫向穩(wěn)定(3)橫向滑移汽車在平曲線上行駛時，因橫向力的存在，可能使汽車沿橫向力的方向產(chǎn)生橫向滑移。為使汽車不產(chǎn)生橫向滑移，必須使橫向力小于或等于輪胎和路面之間的橫向附著力，即hhhXYGXG（2-36）式中： h一橫向附著系數(shù)，一般 h（0.60.7） ， 值詳見表 2-5。將式（2-36）代人式橫向力計算公式并整理，得2127()hhVRi利用此式可計算出汽車在平曲線上行駛時，不產(chǎn)生橫向滑移的最小平曲線半徑 R 或最大允許行駛速度 V。 2.3 2.3 汽車在道路上行駛的穩(wěn)定性汽車在道路上行駛的穩(wěn)定性 2.汽車行駛的橫向穩(wěn)定(4)橫向滑移橫向穩(wěn)定性的

17、保證1）汽車在平曲線上行駛時的橫向穩(wěn)定性主要取決于橫向力系數(shù)值的大?。┢囋谄角€上行駛時的橫向穩(wěn)定性主要取決于橫向力系數(shù)值的大小。現(xiàn)代汽車在設(shè)計制造時重心較低，一般現(xiàn)代汽車在設(shè)計制造時重心較低，一般 ，即，即 ，而而 所以所以 。ghb212ghb5 . 0hghhb23） 裝載過高時可能發(fā)生傾覆現(xiàn)象。裝載過高時可能發(fā)生傾覆現(xiàn)象。 可見，在發(fā)生橫向傾覆之前先產(chǎn)生橫向滑移現(xiàn)象，為此，在道路設(shè)計中可見，在發(fā)生橫向傾覆之前先產(chǎn)生橫向滑移現(xiàn)象，為此，在道路設(shè)計中應(yīng)保證汽車不產(chǎn)生橫向滑移，同時也就保證了橫向傾覆的穩(wěn)定性。應(yīng)保證汽車不產(chǎn)生橫向滑移，同時也就保證了橫向傾覆的穩(wěn)定性。2）橫向傾覆和滑移的條件

18、分別是：）橫向傾覆和滑移的條件分別是：hGXghbGX2 2.3 2.3 汽車在道路上行駛的穩(wěn)定性汽車在道路上行駛的穩(wěn)定性 2.汽車行駛的橫向穩(wěn)定 2.4 2.4 汽車的制動性能汽車的制動性能 1.1.汽車的制動過程分析汽車的制動過程分析汽車的制動性汽車的制動性 -指汽車在行駛中強制降低車速以至停車，或在下坡時保持一定速度行駛的能力。 汽車的制動過程汽車的制動過程車輪制動是利用制動器內(nèi)的摩擦阻力矩來形成與汽車運動方向相反的路面對車輪的切向摩擦阻力，簡稱為車輪制動力。汽車在制動過程中，隨車輪制動力的不斷增長，輪胎的滾動也不斷增加滑移量。開始出現(xiàn) 輪胎花紋印痕（通常稱為“壓印”），從輪胎局部滑移到

19、全滑移輪胎花紋的黑印長度逐漸增加形成“拖印”這時，車輪已被制動器抱死車輪已被制動器抱死。 當(dāng)車輪被抱死時，汽車原有的能量均消耗于輪胎與路面之間的，摩擦而轉(zhuǎn)化為熱能，使輪胎劇烈發(fā)熱而降低了胎面的強度，造成附著系數(shù)的降低和胎面的劇烈磨損胎面的劇烈磨損。除此之外，車輪抱死滑移時還將失去承受側(cè)向力的能力，使汽車行駛的穩(wěn)定性遭到破壞穩(wěn)定性遭到破壞。實踐經(jīng)驗表明，經(jīng)驗豐富的駕駛員在滑路上往往是采用連續(xù)點式制動的方法獲得最大的制動效果，而不致使汽車滑溜以確保制動的安全。這也是現(xiàn)代汽車采用制動器防抱死系統(tǒng)的原理。汽車在下坡時，制動器就要較長時間地、連續(xù)地做強度較大的制動，制動器溫度常在 300以上，有時高達(dá) 600700。制動器溫度上升后