道路勘探與設(shè)計汽車行駛特性

道路勘探與設(shè)計汽車行駛特性第1頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四§2.1概述§2.2汽車的牽引力與牽引平衡§2.3汽車在道路上行駛的穩(wěn)定性§2.4汽車的制動性能§2.5汽車在道路上的行駛軌跡《道路勘測設(shè)計重慶交通大學(xué)第2頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四1．學(xué)習(xí)目的：汽車行駛理論是道路線形設(shè)計的理論基礎(chǔ)。介紹汽車的動力性能和行駛特性，為道路線形設(shè)計作準(zhǔn)備.2．研究內(nèi)容：研究汽車的驅(qū)動力和行駛阻力；分析汽車運動的基本規(guī)律；研究汽車主要動力性能分析影響汽車主要使用性能的因素。第二章汽車行駛特性第3頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四3．汽車的行駛性能：（1）動力性能：良好路面＋直線行駛平均速度指汽車加速、爬坡和最大速度的性能決定道路的：最大縱坡、坡長限制和坡度組合（2）制動性短距離停車并維持行駛方向和長下坡維持車速的能力決定道路的行車視距（3）行駛穩(wěn)定性外界因素作用下汽車保持正常行駛的能力，即不產(chǎn)生側(cè)滑、傾覆現(xiàn)象決定極限最小半徑、組合坡度和縱坡的設(shè)置縱坡限制百公里加速時間第4頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四（4）操控穩(wěn)定性按駕駛員的意圖控制車輛－轉(zhuǎn)向特性、高速穩(wěn)定性和操縱輕便性決定緩和曲線的指標(biāo)（5）燃油經(jīng)濟性最小的燃油消耗完成單位運輸工作的能力決定道路縱坡的控制（6）行駛的平順性在不平道路上行駛，免受沖擊、震動的能力－影響乘坐舒適性決定凸曲線的間距、路面的平整度（7）通過性能在各種道路和無道路地帶的行駛能力決定車道寬度汽車設(shè)計與道路設(shè)計共同影響第5頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四

4．汽車行駛對道路的基本要求：

安全：保證行駛穩(wěn)定性，避免發(fā)生翻車、倒溜、側(cè)滑等；

迅速：行駛速度——平均技術(shù)速度。經(jīng)濟：運輸成本：低運輸生產(chǎn)率：高

評價汽車運輸工作效率的指標(biāo)有：

汽車運輸生產(chǎn)率——周轉(zhuǎn)率運輸成本——油料及輪胎消耗，保養(yǎng)周期舒適：視覺上：線形美觀，自然環(huán)境與景觀設(shè)計生理上：平穩(wěn)、不顛簸，離心力小心理上：輕松，有安全感，心情愉快。第6頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)汽車的驅(qū)動力及行駛阻力

一、汽車的驅(qū)動力汽車的動力來源：汽車行駛的驅(qū)動力來自它的內(nèi)燃發(fā)動機。汽油燃燒－熱能－機械能P－曲軸扭矩M－驅(qū)動輪Mk－驅(qū)動車輪

汽車傳動系統(tǒng)：第7頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四由圖可見：①．當(dāng)n=nmin，為最小穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速②．當(dāng)n增大時，N，M都增大。

N=nM時，M=Mmax

③．當(dāng)n=nN時，N=Nmax④．當(dāng)n>nN時，N下降。

發(fā)動機曲軸扭矩及外特性曲線第8頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四1．發(fā)動機功率曲軸扭矩及發(fā)動機轉(zhuǎn)速n的關(guān)系第9頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四東風(fēng)EQ-140發(fā)動機外特性曲線廠家給出第10頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四發(fā)動機轉(zhuǎn)速特性經(jīng)驗公式：（已知Nemax和nN）式中：Mmax——最大扭矩（N·m）；

MN——最大功率所對應(yīng)的扭矩，

nN——最大功率所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速（r/min）；

nM——最大扭矩所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速(r／min)；第11頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四發(fā)動機曲軸上的扭矩經(jīng)過變速箱（速比ik）和主傳動器（速比i0）兩次變速總變速比為：γ=i0·ik；傳動效率為：ηm<1.0；傳到驅(qū)動輪上的扭矩Mk為：

驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)速nk為：2．驅(qū)動輪扭矩Mk

車速V與發(fā)動機轉(zhuǎn)速關(guān)系：變速的目的：增加扭矩第12頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四3．汽車的驅(qū)動力

大驅(qū)動力與高速不可兼得第13頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四可見：①．V↗,T↘。因此，速度和牽引力不可得兼。故汽車采用幾各排檔。②．低檔時，ik較大，T較大，V較小高檔時，ik較小，T較小，V較大③．同一排檔下，V/Vmax=N/Nemax。第14頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四二．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。f

與路面的種類

、行駛車速、輪胎性質(zhì)有關(guān)。②．行駛車速：受車速影響較大。

V<50時，f變化較小。V>100時，f增加較快。V=150-200時，f急劇增大。滾動阻力坡度阻力空氣阻力慣性阻力干燥平整的土路潮濕不平整的土路路面類型

碎石路面值0.01～0.020.02～0.0250.03～0.050.04～0.050.07～0.15表面平整的黑色碎石路面水泥及瀝青混凝土路面①．路面種類：③.輪胎性質(zhì)：胎壓，輪胎材料，結(jié)構(gòu)。滾動阻力第15頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四二．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。f

與路面的種類

、行駛車速、輪胎性質(zhì)有關(guān)。②．行駛車速：受車速影響較大。

V<50時，f變化較小。V>100時，f增加較快。V=150-200時，f急劇增大。滾動阻力坡度阻力空氣阻力慣性阻力干燥平整的土路潮濕不平整的土路路面類型

碎石路面值0.01～0.020.02～0.0250.03～0.050.04～0.050.07～0.15表面平整的黑色碎石路面水泥及瀝青混凝土路面①．路面種類：③.輪胎性質(zhì)：胎壓，輪胎材料，結(jié)構(gòu)。滾動阻力第16頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四空氣阻力慣性阻力二．汽車的行駛阻力滾動阻力坡度阻力空氣阻力慣性阻力2．坡度阻力：汽車爬坡時，重力的分力對行車的阻力。由于公路縱坡α較小(α<5°)所以第17頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四慣性阻力二．汽車的行駛阻力滾動阻力坡度阻力空氣阻力慣性阻力3．

空氣阻力⑴．空氣阻力的產(chǎn)生原因①．汽車在行駛中，由于迎面空氣質(zhì)點的壓力。②．車后的真空吸力③．空氣質(zhì)點與車身表面的摩擦力。當(dāng)行駛速度在100KM/h,以上，有時一半的功率用來克服空氣阻力。⑵．空氣阻力的計算將車速v（m/s）化為V（Km/h）并化簡，得并化簡，得

K——空氣阻力系數(shù)，它與汽車的流線型有關(guān)，可參考表2—3選用或查閱有關(guān)資料第18頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四滾動阻力坡度阻力空氣阻力慣性阻力二．汽車的行駛阻力4．慣性阻力平移質(zhì)量的慣性力旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力矩

I

--

旋轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動慣量；旋轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動的角加速度。

旋轉(zhuǎn)質(zhì)量組成部分較多，且各部分的轉(zhuǎn)動慣量和角加速度不同，計算比較復(fù)雜，為方便計算，一般給平質(zhì)量慣性力乘以大于1的系數(shù)，來代替旋轉(zhuǎn)質(zhì)量慣性力矩的影響。(N)—慣性力系數(shù)(或旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù))。慣性力系數(shù)主要與飛輪的轉(zhuǎn)動慣量、車輪的轉(zhuǎn)動慣量以及傳動系的傳動比有關(guān).滾動阻力坡度阻力空氣阻力慣性阻力汽車的總行駛阻力為第19頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四1．汽車的運動方程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。當(dāng)驅(qū)動力與各種行駛阻力之代數(shù)和相等的時候，稱為驅(qū)動平衡。其驅(qū)動平衡方程式(也稱汽車的運動方程式)為2.汽車的行駛條件

三．汽車的運動方程與行駛條件⑴．必要條件（即驅(qū)動條件）

：⑵．充分條件（附著條件）：—附著系數(shù)路面類型路面狀況干燥潮濕泥濘冰滑水泥混凝土路面0.70.5//瀝青混凝土路面0.60.4//過渡式及低級路面0.50.30.20.1各類路面上附著系數(shù)的平均值第20頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四第二節(jié)汽車的動力特性

一．汽車的動力因數(shù)

動力因數(shù)：單位車重的有效牽引力。它表征某型汽車在海平面高程上，滿載情況下，每單位車重克服道路阻力和慣性阻力的性能。

有效驅(qū)動力，其值與汽車構(gòu)造和行駛速度有關(guān)汽車在道路上行駛時的道路阻力和慣性阻力之和，其值主要與道路狀況和汽車的行駛方式有關(guān)第21頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四將有關(guān)公式代入得：

為使用方便，也可用曲線表示D與V的函數(shù)關(guān)系，稱為動力特性圖。二．動力因數(shù)的修正

方法是給乘以一個修正系數(shù)，即

稱為動力因數(shù)的海拔荷載修正系數(shù)，為

—海拔系數(shù)

第22頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四三．汽車的行駛狀況

⑶.當(dāng)采用V1＞Vk的速度行駛時，若道路阻力額外增加，汽車可在原來排檔上降低車速，以獲得最大D值來克服額外阻力，待阻力消失后可立即提高到原V1的速度行駛。這種行駛狀態(tài)成為穩(wěn)定行駛⑷.當(dāng)汽車采用V2＜Vk的速度行駛時，若道路阻力額外增加，汽車減速行駛而D值隨之減小，如果此時不換檔或開大節(jié)流閥，汽車將因發(fā)動機熄火而停駛。這種行駛狀態(tài)呈不穩(wěn)定行駛。⑸.臨界速度Vk是汽車穩(wěn)定性時的極限速度。一般情況下汽車都采用大于某一排檔的臨界速度Vk作為行駛速度，以便克服額外阻力而連續(xù)行駛。如圖2-7由動力特性曲線可見⑴.每一排檔都存在各自的最大因數(shù)Dmax，與之對應(yīng)的速度稱作臨界速度，用Vk表示.⑵.若汽車以某一排檔作等速行駛(D2)時，汽車可采用V1或V2的任一速度行駛第23頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四四．爬坡能力

⑴．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。因0，則

⑵．最大爬坡度系指汽車在堅硬路面上用最低檔作等速行駛時所能克服的最大坡度。由于最低檔爬坡能力大，坡道傾角也大，此時，，應(yīng)該用下式計算

解此三角函數(shù)方程式，得

第24頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四第三節(jié)汽車的行駛穩(wěn)定性第25頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四

第三節(jié)汽車的行駛穩(wěn)定性

一、

汽車行駛的縱向穩(wěn)定性⑴．產(chǎn)生縱向傾覆的臨界狀態(tài)是汽車前輪法向反作用力為零。此時，汽車可能繞點發(fā)生傾覆現(xiàn)象。對點取矩并讓，得(2-30)汽車的行駛穩(wěn)定性縱向穩(wěn)定性橫向穩(wěn)定性縱向滑移縱向傾覆橫向滑移橫向傾覆縱坡、重心、先后橫坡、速度、彎道半徑、先后1.縱向傾覆⑵．縱向傾覆的穩(wěn)定性主要與汽車重心至后軸的距離和重心高度有關(guān)。愈大，愈低，縱向穩(wěn)定性愈好。式中：—

為零時（傾覆）極限坡道傾角；

—為零時（傾覆）道路的坡度。當(dāng)坡道傾角（或道路縱坡）時，汽車可能發(fā)生縱向傾覆。

第26頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四一、

汽車行駛的縱向穩(wěn)定性汽車的行駛穩(wěn)定性縱向穩(wěn)定性橫向穩(wěn)定性縱向滑移縱向傾覆橫向滑移橫向傾覆縱坡、重心、先后橫坡、速度、彎道半徑、先后2.縱向滑移⑴．

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：因為，則⑵．

當(dāng)?shù)缆房v坡度時，汽車可能產(chǎn)生縱向滑移。第三節(jié)汽車的行駛穩(wěn)定性第27頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四一、

汽車行駛的縱向穩(wěn)定性汽車的行駛穩(wěn)定性縱向穩(wěn)定性橫向穩(wěn)定性縱向滑移縱向傾覆橫向滑移橫向傾覆縱坡、重心、先后橫坡、速度、彎道半徑、先后3.縱向穩(wěn)定性的保證因為保證縱向傾覆和滑移的條件分別是：比較以上兩式，發(fā)現(xiàn)因此發(fā)生傾覆之前先發(fā)生滑移。第三節(jié)汽車的行駛穩(wěn)定性第28頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四結(jié)論：①．

汽車在坡道上行駛時，在發(fā)生縱向傾覆之前，首先發(fā)生縱向滑移現(xiàn)象。為保證汽車行駛的縱向穩(wěn)定性，道路設(shè)計應(yīng)滿足不產(chǎn)生縱向滑移為條件，這樣，也就避免了汽車的縱向傾覆現(xiàn)象出現(xiàn)。所以，汽車行駛時縱向穩(wěn)定性的條件為：②．

由于重心高度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。第29頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四二、

汽車行駛的橫向穩(wěn)定性1.汽車在平曲線上受力分析汽車在平曲線上行駛時產(chǎn)生的離心力為：由于路面橫向傾角一般很小，則，，其中稱為橫向超高坡度(簡稱超高率)，所以將離心力與汽車重力分解為平行于路面的橫向力和垂直于路面的豎向力，即第30頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四①．橫向力是汽車行駛的不穩(wěn)定因素，豎向力是穩(wěn)定因素。將車速（m/s）化成（km/h），則

②．采用橫向力系數(shù)來衡量穩(wěn)定性程度，其意義單位車重的橫向力，即第31頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四第32頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四

2.橫向傾覆條件分析汽車在具有超高的平曲線上行駛時，由于橫向力的作用，可能使汽車?yán)@外側(cè)車輪觸地點產(chǎn)生向外橫向傾覆的危險。為使汽車不產(chǎn)生傾覆，必須使傾覆力矩小于或等于穩(wěn)定力矩。即因比小得多，可略去不計，則將此式代入式(2—33)并整理，得

第33頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四3.橫向滑移條件分析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

式中：—橫向附著系數(shù)，一般