道路勘測(cè)設(shè)計(jì)汽車行駛特性

道路勘測(cè)設(shè)計(jì)汽車行駛特性

道路是為汽車行駛服務(wù)的，要滿足汽車在道路上行駛安全、迅速、經(jīng)濟(jì)、舒適、低公害的要求，就必須從駕駛者、汽車、道路、和交通管理等方面來(lái)保證。在上述因素中，道路的線形設(shè)計(jì)與汽車行駛特性最為密切。因此，在道路線形設(shè)計(jì)時(shí)，需要研究汽車在道路上的行駛特性及其對(duì)道路設(shè)計(jì)的具體要求，這是道路線形設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。

第2頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天道路線形設(shè)計(jì)要保證：

1保證汽車行駛的穩(wěn)定性，即保證安全行車，不翻車、不倒溜、不側(cè)滑，這就需要合理設(shè)置縱橫坡度、彎道，以及保證車輪與地面的附著力等。

2盡可能提高車速。

3保證道路行車暢通，即保證汽車不受阻或少受阻。這就需要有足夠的視距和路面寬度、合理地設(shè)置平豎曲線，以及減少道路交叉等。

第3頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天4盡量滿足行車舒適，即采用符合視覺(jué)舒適要求的曲線半徑，注意線形與景觀的協(xié)調(diào)、沿線的植樹(shù)綠化等。

本章主要介紹汽車的驅(qū)動(dòng)力和行車阻力，汽車的動(dòng)力特性，汽車的行駛穩(wěn)定性、制動(dòng)性和燃油經(jīng)濟(jì)性。在表2－1中列出了幾種有代表性的國(guó)產(chǎn)汽車的主要技術(shù)性能。第4頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

第一節(jié)汽車的驅(qū)動(dòng)力及行駛阻力

Thedrivingmotiveforceanddrivingresistance

一﹑汽車的驅(qū)動(dòng)力

汽車在道路上行駛時(shí)，必須有足夠的驅(qū)力來(lái)克服各種行駛阻力。

車行駛的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自它的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其傳力過(guò)程如下：第5頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

在發(fā)動(dòng)機(jī)里熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能→有效功率N→曲軸旋轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)速為n），產(chǎn)生扭矩M→經(jīng)變速和傳動(dòng)，將M傳給驅(qū)動(dòng)輪，產(chǎn)生扭矩MK→驅(qū)動(dòng)汽車行駛。第6頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸扭矩M

如將發(fā)動(dòng)機(jī)的功率N、扭矩M與曲軸轉(zhuǎn)速n之間的函數(shù)關(guān)系以曲

線表示，則該曲線稱為發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線。如果發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流閥全開(kāi)，即

高壓油泵在最大供油量位置，則此特性曲線稱為發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線；

如果節(jié)流閥部分開(kāi)啟，即部分供油，則稱此特性曲線為發(fā)動(dòng)機(jī)部分負(fù)荷特性曲線。第7頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

在進(jìn)行汽車驅(qū)動(dòng)性能分析時(shí)，只需研究外特性曲線（參見(jiàn)圖2-1），nmin為發(fā)動(dòng)機(jī)的最小穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速。隨著曲軸轉(zhuǎn)速的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率和扭矩都在增加。最扭矩MMAX時(shí)的曲軸轉(zhuǎn)速為nM，若轉(zhuǎn)速再增加時(shí)，扭矩M有所降低，但功率N繼續(xù)增加，一直到最大功率NMAX，此時(shí)曲軸轉(zhuǎn)速為nN。當(dāng)轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大時(shí)，功率N下降，直到允許的發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速為nMAX。對(duì)于不同類型的發(fā)動(dòng)機(jī)，其輸出的功率不同，故產(chǎn)生的扭矩也不同。它們之間的關(guān)系如下：第8頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天把扭矩M與轉(zhuǎn)速n之間的函數(shù)關(guān)系M=M(n)稱為扭矩曲線，而把功率N與轉(zhuǎn)速n之間的函數(shù)關(guān)系

N=N(n)稱為功率曲線，并通過(guò)上式可以使它們相互轉(zhuǎn)換。通常情況下，上述兩條曲線已由廠家繪于發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)說(shuō)明書中，圖2－2為東風(fēng)EQ－104型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性曲線有時(shí)未給定發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線，只給出最大功率NMAX

及其對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)速nN

，則可通過(guò)下面的經(jīng)驗(yàn)公式近似地計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)的功率線N=N(n)，即：第9頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天第10頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天式中：Nmax――發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功（KW）；

nN―――發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速(r/min);

α1、α2、α3―――與發(fā)動(dòng)機(jī)類型有關(guān)的系數(shù)，對(duì)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)可近似地取α1＝α2＝α3＝1。

然后，按前面的公式換算成扭矩曲線M=M(n)。第11頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天如果同時(shí)給定最大功率NMAX及其對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)速nN，以及最大

扭矩MMAX及其對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)速nM，則可用下式直接計(jì)算扭矩曲線

M=M(n)，即：

第12頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天MN―――最大功率所對(duì)應(yīng)的扭矩

nN―――最大功率所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速(r/min);

nM―――最大扭矩所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速(r/min);

n―――轉(zhuǎn)速(r/min)。

2.驅(qū)動(dòng)輪扭矩MK

汽車車輪分為驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪。驅(qū)動(dòng)輪上有發(fā)動(dòng)機(jī)傳來(lái)的扭矩MK，在MK

的作用下驅(qū)使車輪滾動(dòng)向前。而從動(dòng)輪上無(wú)扭矩作用，它的滾動(dòng)是驅(qū)動(dòng)輪上的力經(jīng)車架傳至從動(dòng)輪的輪軸上而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。第13頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天一般汽車均系前輪為從動(dòng)輪，后輪為驅(qū)動(dòng)輪。只有某些特殊用途的汽車前后輪均為驅(qū)動(dòng)輪。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸傳至驅(qū)動(dòng)輪上的扭矩按下式計(jì)算，即：第14頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天式中：MK―――驅(qū)動(dòng)輪扭矩(N.m);

M―――發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸扭矩(N.m);

γ―――總變速比，γ＝i0ik

；

i0―――傳動(dòng)器變速比，見(jiàn)表2－1；

iK―――變速箱變速比，見(jiàn)表2－1；

ηT―――傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械效率，一般載重汽車取0.80~0.85,小客

車取0.85~0.95。第15頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

此時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)速nK=n/γ,相應(yīng)的車速V為

式中：V―――汽車行駛速度(km/h);

n―――發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速(r/min);

r―――車輪工作半徑(m)，即變形直徑，它與內(nèi)胎氣壓、外胎構(gòu)造、路面剛性與平整性、以及荷載有關(guān)，一般取r=(0.93~0.96)r0；

r0―――未變形直徑。

第16頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天3汽車的驅(qū)動(dòng)力

如圖2－3所示，汽車行駛時(shí)，共有以下幾個(gè)力：

第17頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天作用于驅(qū)動(dòng)力上的扭矩MK，在驅(qū)動(dòng)

輪上的汽車重力G以及與之相平衡的反

力G/,行駛正面阻力和路面水平反力。

把驅(qū)動(dòng)輪上的扭矩MK用一對(duì)力偶Ta

和T代替，Ta作用在輪緣上與路面水平

反力F相抗衡，T作用在輪軸上推動(dòng)汽

車前進(jìn)，稱為驅(qū)動(dòng)力（或牽引力），

與汽車行駛阻力R相抗衡。驅(qū)動(dòng)力可按

下式計(jì)算，即：第18頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

由上式可以看出，如要獲得較大的驅(qū)動(dòng)力T，必須要有較大的總變速比γ。擔(dān)γ增大，車速V就降低。因此，對(duì)同一汽車發(fā)動(dòng)機(jī)而言，要同得到較大的驅(qū)動(dòng)力和較高的車速是不可能的，二者不可能兼得。為此，對(duì)汽車設(shè)置了幾個(gè)排擋，每一排擋都具有固定不變的總變速比，以及該排擋下的最大車速和最小車速。當(dāng)使用低排擋

時(shí)，變速比γ值較大，驅(qū)動(dòng)力T也大，但車速V較?。欢褂酶吲艙鯐r(shí)，變速比γ值較小，驅(qū)動(dòng)力T也較小，但車速較大。第19頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

上式為驅(qū)動(dòng)力T與扭矩M之間的函數(shù)關(guān)系式。同樣，根據(jù)式（2－1）

可推導(dǎo)出驅(qū)動(dòng)力T與功率N之間的關(guān)系式為：第20頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天二﹑汽車的行駛阻力

汽車在行駛過(guò)程中需要不斷克服各種阻力，這些阻力有的來(lái)自空氣的阻力，有的來(lái)自道路摩擦力，有的來(lái)自汽車上坡行駛時(shí)產(chǎn)生的阻力，有的來(lái)自汽車變速行駛時(shí)克服慣性的阻力，這些阻力可以分為空

氣阻力、道路阻力和慣性阻力，下面分述之。第21頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天空氣阻力

汽車在行駛過(guò)程中所受的空氣阻力主要包括：

（1）迎面空氣質(zhì)點(diǎn)的壓力；

（2）車后真空吸力；

（3）空氣質(zhì)點(diǎn)與車身表面的摩擦力。

現(xiàn)代汽車行駛速度高，空氣阻力對(duì)汽車行駛的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性影響較大，當(dāng)行駛速度在100km/h以上時(shí)，有時(shí)一

半功率用來(lái)克服空氣阻力。

第22頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

由空氣動(dòng)力學(xué)的研究與試驗(yàn)結(jié)果可知，空氣阻力RW可以

用下式計(jì)算：

式中：K―空氣阻力系數(shù)，

ρ―空氣密度，一般ρ＝1.2258(N.s2/m4);

A―汽車迎風(fēng)面積，即正投影面積（m2）；

V―汽車與空氣的相對(duì)速度(m/s)，可近似地取汽車行駛速度。第23頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天汽車的空氣阻力系數(shù)與迎風(fēng)面積表2-3

車型迎風(fēng)面積A（m2）空氣阻力系數(shù)K

小客車1.4~1.90.32~0.50

載重車3.0~7.00.60~1.00

大客車4.0~7.00.50~0.80

將車速V(m/s)化為V(km/h)，并化簡(jiǎn)得：

對(duì)于汽車掛車的空氣阻力，一般可按每節(jié)掛車的空氣阻力為其牽引

車空氣阻力的20％計(jì)算。

第24頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天道路阻力

由道路給行駛的汽車產(chǎn)生的行駛阻力，主要包括滾動(dòng)阻力和坡度阻力。

（1）滾動(dòng)阻力

車輪在路面上滾動(dòng)所產(chǎn)生的阻力，稱為滾動(dòng)阻力。它是由路面和輪胎變形引起的，與路面種類、狀態(tài)、車速、輪胎結(jié)構(gòu)及充氣壓力等有關(guān)。一般情況下，滾動(dòng)阻力與汽車的總重力成正比，若坡道傾角為α?xí)r，其值可按下式計(jì)算：

由于坡道傾角一般較小，認(rèn)為,則第25頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天式中：Rf―――滾動(dòng)阻力(N)；

G―――車輛總重力(N)；

f―――滾動(dòng)阻力系數(shù)，見(jiàn)表2－4。

各類路面滾動(dòng)阻力系數(shù)f值表2-4

第26頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天路面類型水泥及瀝青表面平整黑碎石路面干燥平整潮濕不平

混凝土路面色碎石路面的土路整的土路

f值0.01~0.020.02~0.0250.03~0.050.04~0.050.07~0.15

第27頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天（2）

坡度阻力

汽車在坡道傾角為α的道路上行駛時(shí)，車重G在平行路面方向的分力為，上坡時(shí)它與汽車前進(jìn)方向相反，阻礙汽車的行駛；而下坡時(shí)與前進(jìn)方向相同，助推汽車行駛。坡度阻力可用下式計(jì)算：

因坡道傾角一般較小，認(rèn)為，則第28頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天式中：Ri―――坡度阻力(N)；

G―――車輛總重力(N)；

i―――道路縱坡度，上坡為正，下坡為負(fù)。

道路阻力為滾動(dòng)阻力與坡度阻力之和，可按下式計(jì)算第29頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天式中：RR―――道路阻力(N)；

f+i―――統(tǒng)稱道路阻力系數(shù)。

（3）慣性阻力

汽車變速行駛時(shí)，需要克服其質(zhì)量變速運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力和慣性力矩，統(tǒng)稱為慣性阻力。

汽車的質(zhì)量分為平移質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量（如飛輪、齒輪、傳動(dòng)軸和車輪等）兩部分。在汽車變速運(yùn)動(dòng)時(shí)，平移質(zhì)量產(chǎn)生慣性力，旋轉(zhuǎn)質(zhì)量產(chǎn)生慣性力矩。第30頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天平移質(zhì)量的慣性力

旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力矩

式中：I―――旋轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；

―――旋轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角加速度。第31頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

汽車旋轉(zhuǎn)部分較多，且各部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和角加速度各不相同，計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜。為簡(jiǎn)化計(jì)算，一般給平移質(zhì)量慣性力乘以大于1的系數(shù)δ，來(lái)近似代替旋轉(zhuǎn)質(zhì)量慣性力矩的影響，即：

式中：RI―――慣性阻力(N)；

G―――車輛總重力(N)；

g―――重力加速度(m/s2)；

a―――汽車的加速度（正值）或減速度（負(fù)值）(m/s2)；

δ―――慣性力系數(shù)，其值可用下式計(jì)算第32頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天δ1――汽車車輪慣性力影響系數(shù)，一般δ1＝0.03~0.05;

δ2―――發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪慣性力的影響系數(shù)，一般小客車δ2＝0.05~0.07,載重汽車δ2=0.04~0.05;

ik――變速箱的速比，查表2－1。

這樣，汽車的總行駛阻力R為第33頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

在上述幾種阻力中，空氣阻力和滾動(dòng)阻力永為正值，亦即在汽車行駛的任何情況下都存在；坡度阻力當(dāng)上坡時(shí)為正值，平坡為零，下坡為負(fù)值；而慣性阻力則是：加速為正值，等速為零，減速為負(fù)值。第34頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天三﹑汽車的運(yùn)動(dòng)方程式與行駛條件

1.汽車的運(yùn)動(dòng)方程式

汽車在道路上行駛時(shí)，必須有足夠的驅(qū)動(dòng)力來(lái)克服各種行駛阻力。

當(dāng)驅(qū)動(dòng)力與汽車總行駛阻力相等的時(shí)候，稱為驅(qū)動(dòng)平衡。其驅(qū)動(dòng)平衡方

程式（即汽車運(yùn)動(dòng)方程式）為：第35頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

驅(qū)動(dòng)力可按式（2－6）計(jì)算，該式為節(jié)流閥全開(kāi)的情況。如果節(jié)流閥部分開(kāi)啟，要對(duì)驅(qū)動(dòng)力T進(jìn)行修正。修正系數(shù)用U表示，稱為負(fù)荷率。即：

式中：U―――負(fù)荷率，取U＝80～90％。

將有關(guān)公式代入式（2－12），則汽車的運(yùn)動(dòng)方程為：第36頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.汽車的行駛條件

汽車在道路上行駛，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力等于總行駛阻力時(shí)，汽車就等速行駛；當(dāng)驅(qū)動(dòng)力大于總行駛阻力時(shí)，汽車就加速行駛；當(dāng)驅(qū)動(dòng)力小于總行駛阻力時(shí)，汽車就減速行駛，直至停車。所以，要使汽車行駛，必

須具有足夠的驅(qū)動(dòng)力來(lái)克服各種行駛阻力。即：第37頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

上式是汽車行駛的必要條件，即驅(qū)動(dòng)條件。

只有足夠的驅(qū)動(dòng)力還不能保證汽車的正常行駛。若驅(qū)動(dòng)輪與路面之間的附著力不夠大，車輪將在路面上打滑，不能行進(jìn)。第38頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)汽車的動(dòng)力特性及加、減速行程

car’spowercharacteristicandaccelerateordeceleratejourney第39頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

汽車的動(dòng)力性能系指汽車所具有的加速、上坡、最大速度等性能。汽車的動(dòng)力性越好，速度就越高，所能克服的行駛阻力也就越大。本節(jié)主要介紹汽車的最高速度、最小穩(wěn)定速度以及汽車的加、減速行程，為道路的縱斷面設(shè)計(jì)提供依據(jù)。第40頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、汽車的動(dòng)力因數(shù)

car’spowerfactor

為便于分析，將式（2－12）作如下改變

上式等號(hào)左端（即驅(qū)動(dòng)力與空氣阻力之差）稱為汽車力后備驅(qū)動(dòng)力，其值與汽車的構(gòu)造和行駛速度有關(guān)；等號(hào)右端為道路阻力RR與慣性阻力RI之和，其值主要與動(dòng)力狀況和汽車的行駛方式有關(guān)，將右端行駛阻力表達(dá)式代入，得：

第41頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天將上式兩端同時(shí)除以車輛總重G，得：

(2-16)

令上式右端為D，即

(2-17)

D稱為動(dòng)力因數(shù)，它表征某種類型的汽車在海平面高程上，滿載的情況下，每單位車重克服道路阻力和慣性阻力的性能。將有關(guān)公式代入式（2－17），得

第42頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天顯然，D可以表示為車速V的二次函數(shù)，即

式中第43頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

為使用方便，可用曲線表示D與V的函數(shù)關(guān)系，稱為動(dòng)力特性圖。表2－4為東風(fēng)EQ－104載重汽車原始數(shù)據(jù)，圖2－4為東風(fēng)EQ－104載重汽車的動(dòng)力特性圖。利用該圖可以查出各排擋下不同車速

對(duì)應(yīng)的動(dòng)力因數(shù)值。第44頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天第45頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

動(dòng)力因數(shù)和動(dòng)力特性是按海平面及汽車滿載情況下的標(biāo)準(zhǔn)值繪制的。若道路所在地不在海平面上，汽車也不是滿載，由于海拔增高，氣壓降低，使發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率、汽車的驅(qū)動(dòng)力及空氣阻力都隨之降低。所以，應(yīng)對(duì)動(dòng)力因數(shù)進(jìn)行修正，方法是給D乘上一個(gè)修正系數(shù)λ，即第46頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天式中：ξ―――海拔系數(shù)，見(jiàn)圖2－5；

G―――滿載時(shí)汽車的總重力(N)；

G’―――實(shí)際裝載時(shí)汽車的總重力(N)。則：第47頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天第48頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、汽車的行駛狀態(tài)

Car’srunningstate

1道路阻力系數(shù)

由式（2－19）可得

式中：ψ―――道路阻力系數(shù)，。

第49頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天汽車的行駛狀態(tài)有以下三種情況：

當(dāng)ψ<D時(shí)a>0加速行駛

當(dāng)ψ＝D時(shí)a＝0等速行駛

當(dāng)ψ>D時(shí)a<0減速行駛

2、平衡速度

汽車等速行駛的速度稱為平衡速度，用VP表示，可用下述方法求得：第50頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天則

解此方程，得

(2-21)

平衡速度有如下物理意義：如圖2－6所示，若汽車在道路阻力系數(shù)為的坡道上行駛時(shí)，與對(duì)應(yīng)的平衡速度為V1。當(dāng)汽車的行駛速度V>V1時(shí)，汽車將減速行駛，直到V1為止；當(dāng)V<V1時(shí)，汽車將加速行駛，直到V1為止。第51頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天臨界速度（最小穩(wěn)定速度）

每一排擋都存在各自的最大動(dòng)力因數(shù)Dmax，與之對(duì)應(yīng)的速度稱為臨界速度（最小穩(wěn)定速度），用VK

表示。某一排擋的臨界速度可從動(dòng)力特性圖上查得，也可用下式計(jì)算：

由dD/dV=0，得

(2-22)

如圖2－7所示，當(dāng)時(shí)，汽車可采用V1或V2的任意速度行駛。第52頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天第53頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

臨界速度的物理意義如下：當(dāng)采用V1>VK的速度行駛時(shí)，若道路阻力額外增加（如道路局部坡度增大，路面出現(xiàn)坑凹或松軟等），汽車可以自動(dòng)在原來(lái)排擋上降低車速，以獲得較大的道路因數(shù)D值來(lái)克服額外阻力，待阻力消失后，汽車可自動(dòng)速到V1的行駛速度，這種狀態(tài)稱為穩(wěn)定行駛。當(dāng)汽車采用V2<VK的速度行駛時(shí)，若道路阻力額外增加，汽車將減速行駛，而D值隨之減小，如果此時(shí)不換擋或開(kāi)大節(jié)流閥，汽車將因發(fā)動(dòng)機(jī)熄火而停駛。這種狀態(tài)稱為不穩(wěn)定狀態(tài)。第54頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天來(lái)克服額外阻力，待阻力消失后，汽車可自動(dòng)速到V1的行駛速度，這種狀態(tài)稱為穩(wěn)定行駛。當(dāng)汽車采用V2<VK的速度行駛時(shí)，若道路阻力額外增加，汽車將減速行駛，而D值隨之減小，如果此時(shí)不換擋或開(kāi)大節(jié)流閥，汽車將因發(fā)動(dòng)機(jī)熄火而停駛。這種狀態(tài)稱為不穩(wěn)定狀態(tài)。

4最高速度

第55頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

汽車的最高速度是指節(jié)流閥全開(kāi)、滿載的情況下，在表面平整堅(jiān)實(shí)的水平路面上作穩(wěn)定行駛時(shí)的最大速度。每一排擋都有各自的最高速度，可按下式計(jì)算：

(2-23)

式中：nmax―――汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)數(shù)(r/min)。

在每一排擋下，汽車都有最高速度和最小穩(wěn)定速度，二者差值越大，表示汽車對(duì)道路阻力的適應(yīng)性越強(qiáng)。第56頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、汽車的爬坡能力

car’sclimbingcapability

1爬坡能力

汽車的爬坡能力是指汽車在良好路面上等速行駛時(shí)，克服了其它行駛阻力后所能爬上的最大縱坡度。因a=0，由式（2－19）可得

(2-24)

在每一排擋下，汽車的爬坡能力都不相同。一般來(lái)說(shuō)，排擋越低，爬坡能力越強(qiáng)。第57頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天最大爬坡能力

汽車的最大爬坡能力是用最大爬坡坡度來(lái)衡量的。最大爬坡坡度是指汽車在堅(jiān)硬路面上用最低擋作等速行駛時(shí)所能克服的最大坡度。由于最低擋爬坡能力大，坡道傾角α也大，此時(shí)，

應(yīng)該用下式計(jì)算，即

解此三角函數(shù)方程式，得第58頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天式中：――最低擋所能克服的最大坡道傾角；

f―――滾動(dòng)阻力系數(shù)；

――最低擋的最大動(dòng)力因數(shù)。

則，最大爬坡坡度為

第59頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天四、汽車的加、減速行程

Car’saccelerateordeceleratejourney

1.加、減速行程計(jì)算公式

由ds=vdt及加、減速度a=dv/dt(m/s2)，得第60頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天(2-26)

將

代入得

第61頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天令,則方程（2－26）的解分為下述幾種情況：（1）B>0時(shí)（即）時(shí)

(2-27)

當(dāng)時(shí)，為加速行程；

當(dāng)時(shí)，為減速行程第62頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天（2）B＝0（即）時(shí)

(2-28)

因，只能減速行駛，

且。第63頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天（3）B>0（即）時(shí)

(2-29)

式中arctg以弧長(zhǎng)即。

當(dāng)時(shí)，為減速行程。第64頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天2加、減速行程圖

為使用方便，根據(jù)已知數(shù)據(jù)將加、減速行程繪成圖，以備查用。圖2－8為東風(fēng)EQ－140型載重汽車加、減速行程圖。圖中左下到右上的曲線為加速行程，左上到右下的曲線為減速行程。本圖采用直角第65頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天第66頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天第67頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

坐標(biāo)繪制，橫坐標(biāo)為距離行程λS，單位為m；縱坐標(biāo)為車速，單位為km/h。曲線上數(shù)字代表道路阻力系數(shù)(%)。

3加、減速行程圖的用法

圖2－9為任意兩條加、減速行程曲線，其主要用法有兩種：第68頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天第69頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天（1）已知道路阻力系數(shù)(%)、初速度V1和終速度V2，求加速最短行程Sa和減速最大行程Sd。即

（2）已知道路阻力系數(shù)(%)、初速度V1、加速最短行程λSa或減速最大行程λSd，求終速度V2。在行程圖上可直接查得。第70頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天第三節(jié)汽車的行駛穩(wěn)定性

Stabilityofgoingoftheautomobile第71頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

汽車的行駛穩(wěn)定性是指汽車在行駛過(guò)程中，在外界不利因素的影響下，尚能保性兩種；從喪失穩(wěn)定性持正常行駛狀態(tài)和方向，不致失去控制而產(chǎn)生滑移或傾覆等的能力。

汽車行駛的穩(wěn)定性從不同方向來(lái)看，可有縱向穩(wěn)定性和橫向穩(wěn)定的方式來(lái)看可有滑動(dòng)穩(wěn)定性和傾覆穩(wěn)定性兩種。分析和確保汽車行駛的穩(wěn)定性對(duì)于合理設(shè)計(jì)汽車的結(jié)構(gòu)尺寸、正確設(shè)計(jì)公路、保證行車安全、提高運(yùn)輸生產(chǎn)率、減輕駕駛員的疲勞強(qiáng)度，有著十分重要的意義。第72頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天影響汽車行駛穩(wěn)定性主要有以下三方面的因素：

1.汽車本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

2.駕駛員的因素。如駕駛員開(kāi)車時(shí)的思想集中狀況、反映快慢、技術(shù)熟練程度、動(dòng)作靈活程度等因素對(duì)駕駛員能否作出準(zhǔn)確判斷、及時(shí)采取措施使汽車趨與穩(wěn)定有直接關(guān)系。

3.道路與環(huán)境等外部因素。第73頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天汽車行駛的縱向穩(wěn)定性

Verticalstabilitythattheautomobilegoes

圖2－10為汽車等速上坡時(shí)的受力圖:慣性阻力為零，因上坡時(shí)車速低可,

忽略空氣阻力和滾動(dòng)阻力圖中G汽車總重力,α為坡道傾角，hg為重心高度,Z1和Z2為作用在前、后輪上的法向反作用力,X1和X2為作前后輪上的切向反作用力,L為汽車軸距,l1和l2為汽車重心至前后軸的距離,O點(diǎn)為汽車重心,O1和O2為前、汽車行駛的縱向穩(wěn)定性后輪與路面接觸點(diǎn)。

第74頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天第75頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.縱向傾覆(Topplevertically)

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，此時(shí)汽車可能繞O2點(diǎn)發(fā)生傾覆現(xiàn)象。對(duì)O2點(diǎn)取矩并讓Z1＝0，得

(2-30)

式中：a。―――Z1為零時(shí)的極限傾角；

i。―――Z1為零時(shí)道路的縱坡度。

第76頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.縱向滑移（Slipandmovevertically）對(duì)于后輪驅(qū)動(dòng)的汽車，根據(jù)附著條件，驅(qū)動(dòng)力不產(chǎn)生滑移的臨界狀態(tài)是:式中：―――產(chǎn)生縱向滑移臨界狀態(tài)時(shí)坡道的傾角；則則

(2-31)―――產(chǎn)生縱向滑移臨界狀態(tài)時(shí);第77頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

當(dāng)坡道傾角（或道路縱坡度時(shí)），汽車可能發(fā)生縱向滑移。iφ的大小主要取決于驅(qū)動(dòng)輪荷載GK與汽車總重力G的比值，以及附著系數(shù)φ值，因此，要防止汽車滑移一方面要增加汽車重量，另一方面要增加車輪與路面的附著力。

3.縱向穩(wěn)定性保證（Verticalstabilityguaranteeing）

第78頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

分析式（2－30）和（2－31），一般

接近于1,而

遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1，所以

或

也就是說(shuō)，汽車在坡道上行駛時(shí)，在發(fā)生縱向傾覆前先,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(jì)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。所以，汽車行駛的縱向穩(wěn)定條件為

第79頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天(2-32)

只要設(shè)計(jì)的道路縱坡度滿足上式條件，當(dāng)汽車滿載時(shí)一般都能保證縱向行駛的穩(wěn)定性。但在運(yùn)輸中裝載過(guò)高時(shí)，由于重心高度hg的增大，有可能破壞縱向穩(wěn)定性條件，所以，應(yīng)對(duì)汽車裝載高度有所限制。

第80頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天二.汽車行駛的橫向穩(wěn)定性

Horizontalstabilitythattheautomobilegoes

汽車行駛時(shí)，常受到橫向力的影響，例如重力、慣性力等的橫向分力。因而，汽車行駛時(shí)，在橫向力作用下有可能產(chǎn)生橫向滑移或橫向傾覆。為保證行車安全，必須分析和研究汽車行駛的橫向穩(wěn)定性。

第81頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天汽車在平曲線上行駛時(shí)力的平衡

Balanceofstrengthwhilegoingontheflatcurveofautomobile

汽車在平曲線上行駛時(shí)會(huì)產(chǎn)生離心力，其作用點(diǎn)在汽車重心,其方向水平背離圓心。汽車離心力的大小與行駛速度的平方成正比,而與平曲線半徑成反比，計(jì)算公式為

第82頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天式中：F―――離心力（N）；

R―――平曲線半徑（m）

v―――汽車行駛速度（m/s）。

第83頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

在平曲線上行駛的汽車，離心力對(duì)其穩(wěn)定性的影響很大，它可使汽車向外側(cè)滑移或傾覆。為了減少離心力的作用，保證汽車在平曲線上穩(wěn)定行駛，必須使平曲線上路面做成外側(cè)高、內(nèi)側(cè)低，呈單向橫坡形式，稱為橫向超高。如圖2－11所示，汽車行駛在具有超高的平曲線上時(shí)，其車重的水平分力可以抵消一部分離心力的作用，其余部分由汽車輪胎與路面之間的橫向摩擦力與之平衡。

第84頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天第85頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

將離心力F與汽車重力G分解為平行于路面的橫向力X和垂直于路面的豎向力Y，即

由于路面橫向傾角α一般較小，則

其中

稱為橫向超高坡度（簡(jiǎn)稱超高率），所以

第86頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

橫向力X是汽車行駛的不穩(wěn)定因素，豎向力是穩(wěn)定因素。就橫向力而言，只從其值的大小是無(wú)法反映不同重量汽車的穩(wěn)定程度。例如，5KN的橫向力若作用在小汽車上，可能使其橫向傾覆或滑移，而作用在重型載重汽車上可能是安全的。于是采用橫向力系數(shù)來(lái)衡量穩(wěn)定性程度，其定義為單位車重的橫向力，即

將車速v(m/s)化為V(km/h)，則

第87頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天式中：R―――平曲線半徑（m）；

μ―――橫向力系數(shù)；

V―――行車速度（km/h）；

ih―――橫向超高坡度。

上式表達(dá)了橫向力系數(shù)與車速、平曲線半徑及超高之間的關(guān)系。車速V越大、平曲線半徑R越小、橫向超高坡度ih越小，則橫向力系數(shù)μ越大，汽車的橫向穩(wěn)定性就越差。此式對(duì)確定平曲線半徑、超高率及評(píng)價(jià)汽車在平曲線上行駛時(shí)的安全性和舒適性有十分重要的意義。

第88頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.橫向傾覆條件分析

Toppleconditionanalysishorizontally

汽車在平曲線上行駛時(shí)，由于橫向力的作用，可能汽車?yán)@外使側(cè)車輪接觸點(diǎn)產(chǎn)生向外傾覆的危險(xiǎn)。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

第89頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天一般情況下，比G小得多，可忽略不計(jì)，則

(2-34)

式中：b―――汽車輪距（m）

hg―――汽車重心高度（m）。

將式（2－34）代入式（2－23）并整理，得

(2-35)

第90頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天利用上式可以確定：

（1）汽車在平曲線上行駛時(shí)，若已知汽車運(yùn)行速度V，則可計(jì)算汽車不產(chǎn)生橫向傾覆的最小平曲線半徑R；

（2）若已知平曲線半徑R和橫向超高坡度ih，則可計(jì)算汽

車不產(chǎn)生橫向傾覆的最大允許行駛速度。

3.橫向滑移條件分析

Moveconditionanalysishorizontallyandslipperily

第91頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

汽車在平曲線上行駛時(shí)，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與路面之間的橫向附著即

(2-36)

第92頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天式中：―――橫向附著系數(shù)，一般：，φ見(jiàn)表2－5。

(2-37)

同樣,利用上式可以計(jì)算出汽車在平曲線上行駛同時(shí)，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。

第93頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天4.橫向穩(wěn)定性的保證

Assuranceofthehorizontalstability

由式（2－34）和式（2－36）可知，汽車在平曲線

上行駛時(shí)的橫向穩(wěn)定性主要取決于μ值的大小?，F(xiàn)代汽車

在設(shè)計(jì)制造時(shí)，一般重心較低，

，即

而

所以

也就是汽車在平曲線上行駛時(shí)，在發(fā)生橫

第94頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天橫向傾覆之前，先產(chǎn)生橫向滑移現(xiàn)象。為此,在道路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先保證汽車不產(chǎn)生橫向滑移，同時(shí)也就保證了橫向傾覆的穩(wěn)定性。只要設(shè)計(jì)時(shí)采用的μ值滿載式（2－36）的條件，一般在滿載的情況下都能保證行車的橫向穩(wěn)定性。但在裝載過(guò)高時(shí)，可能發(fā)生橫向傾覆,應(yīng)嚴(yán)格控制超高。三.汽車行駛的縱橫組合向穩(wěn)定性

Theautomobilegoestomakeituptothestability

第95頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

汽車行駛在具有一定坡度的小半徑平曲線上時(shí)，較直線上增加了一項(xiàng)彎道阻力。對(duì)上坡的汽車來(lái)說(shuō)，耗費(fèi)的率增加，行車速度降低。對(duì)下坡的汽車來(lái)說(shuō)，有沿縱、橫組合坡度方向傾斜、滑移和裝載偏重的可能，這對(duì)汽車的行駛是相當(dāng)危險(xiǎn)的。因此，對(duì)坡度、曲線半徑和行車速度等都要嚴(yán)格控制。

第96頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

如圖2－12所示，汽車行駛在縱坡度為i(tgα)和橫向超高坡度為ih(tgβ)的下坡路段上，作用在前軸上的荷載W1為

離心力F分配在前軸上的荷載W2為

則，前軸總荷載為

第97頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

因傾角α和β都很小，上式可以簡(jiǎn)化為

在有平曲線的坡道上，前軸荷載增加量與W/的比值為

在平直路段上，作用于前軸的荷載W/為

對(duì)載重汽車，一般

第98頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

則

在直坡道上

則I=I。

即汽車沿直坡道下坡時(shí),

前軸荷載增加量與在

直路段前軸荷載的比率

等于該路段的縱坡度。

第99頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

曲線上如果也以直線上相同大小的最大縱坡imax作為控制，則有下式成立，即

將v(m/s)化成V(km/h)并整理，得

式中：imax―――汽車允許最大縱坡度；

R―――平曲線半徑（m）

V―――行車速度（km/h）；

ih―――橫向超高坡度。

第100頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天上式即為汽車沿縱、橫組合方向的穩(wěn)定條件，利用該式可以確定：

（2）若已知平曲線半徑R和縱坡度i，則可計(jì)算汽車穩(wěn)

定行駛的最大允許行駛速度V；

（3）若已知汽車運(yùn)行速度V和縱坡度i，則可計(jì)算汽車

穩(wěn)定行駛的最小平曲線半徑R。

第101頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天第102頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

第四節(jié)汽車的制動(dòng)性

MotorVehicleBrakingPerforman第103頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

汽車的制動(dòng)性是指汽車行駛中強(qiáng)制降低車速以至停車，或在下坡時(shí)能保持一定速度穩(wěn)定行駛的能力。

汽車的制動(dòng)性直接關(guān)系到汽車的行駛安全，一些重大交通事故往往與制動(dòng)距離太長(zhǎng)有關(guān)。所以，具有良好的制動(dòng)性能，是汽車安全行駛的重要保障。影響汽車制動(dòng)性的因素主要有汽車的制動(dòng)機(jī)構(gòu)、人體技能以及路面狀況等。第104頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、汽車制動(dòng)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)

1制動(dòng)效能

（1）制動(dòng)減速度

（2）制動(dòng)時(shí)間

（3）制動(dòng)距離

其中制動(dòng)距離是最基本的評(píng)價(jià)指標(biāo)，是汽車從降低車速開(kāi)始到停車的最小距離。

2制動(dòng)效能的熱穩(wěn)定性

3制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性

后兩個(gè)指標(biāo)與道路設(shè)計(jì)無(wú)關(guān)，主要應(yīng)用于汽車的設(shè)計(jì)與制造。第105頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天制動(dòng)距離

1制動(dòng)平衡方程式

汽車制動(dòng)時(shí)，給車輪施加以制動(dòng)力P以阻止車輪前進(jìn)。在急剎車時(shí)P值最大，而最大的P值取決于輪與路面之間的附著力。在附著系數(shù)較小的路面上，若制動(dòng)力大于附著力，車輪將在路面上滑移，易使制動(dòng)方向失去控制，這是絕對(duì)不允許的。所以，制動(dòng)力P的極限值為

P＝Gφ第106頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

式中：G―――分配到制動(dòng)輪上的重力?，F(xiàn)代汽車全部車輪均為制動(dòng)輪，G值變?yōu)槠嚨目傊亓Γ?/p>

φ―――路面與輪胎之間的附著系數(shù)，見(jiàn)表2-5。

制動(dòng)力P的方向與汽車的運(yùn)動(dòng)方向相反。另外，因汽車制動(dòng)時(shí)速度減少很快，可忽略空氣阻力。所以，制動(dòng)平衡方程式為

即GΦ+GΨ+δGa/g=0(2-40)

a=-g(Φ+Ψ)/δ(2-41)第107頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天式中：a―制動(dòng)減速度(m/s2)；

Ψ―道路阻力系數(shù)，Ψ=f+i

2制動(dòng)距離

因，則

將v(m/s)化為V(km/h)并積分，得

(2-42)第108頁(yè),共118頁(yè)，2024年