道路勘測設計汽車行駛特性

道路勘測設計汽車行駛特性

道路是為汽車行駛服務的，要滿足汽車在道路上行駛安全、迅速、經(jīng)濟、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保證。在上述因素中，道路的線形設計與汽車行駛特性最為密切。因此，在道路線形設計時，需要研究汽車在道路上的行駛特性及其對道路設計的具體要求，這是道路線形設計的理論基礎。

第2頁,共118頁，2024年2月25日，星期天道路線形設計要保證：

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、合理地設置平豎曲線，以及減少道路交叉等。

第3頁,共118頁，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)、沿線的植樹綠化等。

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

第一節(jié)汽車的驅(qū)動力及行駛阻力

Thedrivingmotiveforceanddrivingresistance

一﹑汽車的驅(qū)動力

汽車在道路上行駛時，必須有足夠的驅(qū)力來克服各種行駛阻力。

車行駛的驅(qū)動力來自它的內(nèi)燃發(fā)動機，其傳力過程如下：第5頁,共118頁，2024年2月25日，星期天

在發(fā)動機里熱能轉(zhuǎn)化為機械能→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，將M傳給驅(qū)動輪，產(chǎn)生扭矩MK→驅(qū)動汽車行駛。第6頁,共118頁，2024年2月25日，星期天1.發(fā)動機曲軸扭矩M

如將發(fā)動機的功率N、扭矩M與曲軸轉(zhuǎn)速n之間的函數(shù)關系以曲

線表示，則該曲線稱為發(fā)動機特性曲線。如果發(fā)動機節(jié)流閥全開，即

高壓油泵在最大供油量位置，則此特性曲線稱為發(fā)動機外特性曲線；

如果節(jié)流閥部分開啟，即部分供油，則稱此特性曲線為發(fā)動機部分負荷特性曲線。第7頁,共118頁，2024年2月25日，星期天

在進行汽車驅(qū)動性能分析時，只需研究外特性曲線（參見圖2-1），nmin為發(fā)動機的最小穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速。隨著曲軸轉(zhuǎn)速的增加，發(fā)動機發(fā)出的功率和扭矩都在增加。最扭矩MMAX時的曲軸轉(zhuǎn)速為nM，若轉(zhuǎn)速再增加時，扭矩M有所降低，但功率N繼續(xù)增加，一直到最大功率NMAX，此時曲軸轉(zhuǎn)速為nN。當轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大時，功率N下降，直到允許的發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速為nMAX。對于不同類型的發(fā)動機，其輸出的功率不同，故產(chǎn)生的扭矩也不同。它們之間的關系如下：第8頁,共118頁，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)關系

N=N(n)稱為功率曲線，并通過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)動機的技術說明書中，圖2－2為東風EQ－104型汽車發(fā)動機的外特性曲線有時未給定發(fā)動機特性曲線，只給出最大功率NMAX

及其對應的曲軸轉(zhuǎn)速nN

，則可通過下面的經(jīng)驗公式近似地計算發(fā)動機的功率線N=N(n)，即：第9頁,共118頁，2024年2月25日，星期天第10頁,共118頁，2024年2月25日，星期天式中：Nmax――發(fā)動機的最大功（KW）；

nN―――發(fā)動機的最大功率所對應的轉(zhuǎn)速(r/min);

α1、α2、α3―――與發(fā)動機類型有關的系數(shù)，對汽油發(fā)動機可近似地取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,共118頁，2024年2月25日，星期天如果同時給定最大功率NMAX及其對應的曲軸轉(zhuǎn)速nN，以及最大

扭矩MMAX及其對應的曲軸轉(zhuǎn)速nM，則可用下式直接計算扭矩曲線

M=M(n)，即：

第12頁,共118頁，2024年2月25日，星期天MN―――最大功率所對應的扭矩

nN―――最大功率所對應的轉(zhuǎn)速(r/min);

nM―――最大扭矩所對應的轉(zhuǎn)速(r/min);

n―――轉(zhuǎn)速(r/min)。

2.驅(qū)動輪扭矩MK

汽車車輪分為驅(qū)動輪和從動輪。驅(qū)動輪上有發(fā)動機傳來的扭矩MK，在MK

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

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

M―――發(fā)動機曲軸扭矩(N.m);

γ―――總變速比，γ＝i0ik

；

i0―――傳動器變速比，見表2－1；

iK―――變速箱變速比，見表2－1；

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

車取0.85~0.95。第15頁,共118頁，2024年2月25日，星期天

此時，驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)速nK=n/γ,相應的車速V為

式中：V―――汽車行駛速度(km/h);

n―――發(fā)動機曲軸轉(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，一般取r=(0.93~0.96)r0；

r0―――未變形直徑。

第16頁,共118頁，2024年2月25日，星期天3汽車的驅(qū)動力

如圖2－3所示，汽車行駛時，共有以下幾個力：

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

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)動輪上的扭矩MK用一對力偶Ta

和T代替，Ta作用在輪緣上與路面水平

反力F相抗衡，T作用在輪軸上推動汽

車前進，稱為驅(qū)動力（或牽引力），

與汽車行駛阻力R相抗衡。驅(qū)動力可按

下式計算，即：第18頁,共118頁，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)動力T，必須要有較大的總變速比γ。擔γ增大，車速V就降低。因此，對同一汽車發(fā)動機而言，要同得到較大的驅(qū)動力和較高的車速是不可能的，二者不可能兼得。為此，對汽車設置了幾個排擋，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。當使用低排擋

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

上式為驅(qū)動力T與扭矩M之間的函數(shù)關系式。同樣，根據(jù)式（2－1）

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

汽車在行駛過程中需要不斷克服各種阻力，這些阻力有的來自空氣的阻力，有的來自道路摩擦力，有的來自汽車上坡行駛時產(chǎn)生的阻力，有的來自汽車變速行駛時克服慣性的阻力，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,共118頁，2024年2月25日，星期天空氣阻力

汽車在行駛過程中所受的空氣阻力主要包括：

（1）迎面空氣質(zhì)點的壓力；

（2）車后真空吸力；

（3）空氣質(zhì)點與車身表面的摩擦力。

現(xiàn)代汽車行駛速度高，空氣阻力對汽車行駛的動力性和燃油經(jīng)濟性影響較大，當行駛速度在100km/h以上時，有時一

半功率用來克服空氣阻力。

第22頁,共118頁，2024年2月25日，星期天

由空氣動力學的研究與試驗結(jié)果可知，空氣阻力RW可以

用下式計算：

式中：K―空氣阻力系數(shù)，

ρ―空氣密度，一般ρ＝1.2258(N.s2/m4);

A―汽車迎風面積，即正投影面積（m2）；

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

車型迎風面積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)，并化簡得：

對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％計算。

第24頁,共118頁，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，主要包括滾動阻力和坡度阻力。

（1）滾動阻力

車輪在路面上滾動所產(chǎn)生的阻力，稱為滾動阻力。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。一般情況下，滾動阻力與汽車的總重力成正比，若坡道傾角為α時，其值可按下式計算：

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

G―――車輛總重力(N)；

f―――滾動阻力系數(shù)，見表2－4。

各類路面滾動阻力系數(shù)f值表2-4

第26頁,共118頁，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,共118頁，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，車重G在平行路面方向的分力為，上坡時它與汽車前進方向相反，阻礙汽車的行駛；而下坡時與前進方向相同，助推汽車行駛。坡度阻力可用下式計算：

因坡道傾角一般較小，認為，則第28頁,共118頁，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。

道路阻力為滾動阻力與坡度阻力之和，可按下式計算第29頁,共118頁，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，需要克服其質(zhì)量變速運動時產(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、傳動軸和車輪等）兩部分。在汽車變速運動時，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,共118頁，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)動慣量；

―――旋轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動時的角加速度。第31頁,共118頁，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)動慣量和角加速度各不相同，計算相當復雜。為簡化計算，一般給平移質(zhì)量慣性力乘以大于1的系數(shù)δ，來近似代替旋轉(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（負值）(m/s2)；

δ―――慣性力系數(shù)，其值可用下式計算第32頁,共118頁，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)動機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,共118頁，2024年2月25日，星期天

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

1.汽車的運動方程式

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。

當驅(qū)動力與汽車總行駛阻力相等的時候，稱為驅(qū)動平衡。其驅(qū)動平衡方

程式（即汽車運動方程式）為：第35頁,共118頁，2024年2月25日，星期天

驅(qū)動力可按式（2－6）計算，該式為節(jié)流閥全開的情況。如果節(jié)流閥部分開啟，要對驅(qū)動力T進行修正。修正系數(shù)用U表示，稱為負荷率。即：

式中：U―――負荷率，取U＝80～90％。

將有關公式代入式（2－12），則汽車的運動方程為：第36頁,共118頁，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，當驅(qū)動力等于總行駛阻力時，汽車就等速行駛；當驅(qū)動力大于總行駛阻力時，汽車就加速行駛；當驅(qū)動力小于總行駛阻力時，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)動力來克服各種行駛阻力。即：第37頁,共118頁，2024年2月25日，星期天

上式是汽車行駛的必要條件，即驅(qū)動條件。

只有足夠的驅(qū)動力還不能保證汽車的正常行駛。若驅(qū)動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。第38頁,共118頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)汽車的動力特性及加、減速行程

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

汽車的動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，為道路的縱斷面設計提供依據(jù)。第40頁,共118頁，2024年2月25日，星期天一、汽車的動力因數(shù)

car’spowerfactor

為便于分析，將式（2－12）作如下改變

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

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

(2-16)

令上式右端為D，即

(2-17)

D稱為動力因數(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。將有關公式代入式（2－17），得

第42頁,共118頁，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,共118頁，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)關系，稱為動力特性圖。表2－4為東風EQ－104載重汽車原始數(shù)據(jù)，圖2－4為東風EQ－104載重汽車的動力特性圖。利用該圖可以查出各排擋下不同車速

對應的動力因數(shù)值。第44頁,共118頁，2024年2月25日，星期天第45頁,共118頁，2024年2月25日，星期天

動力因數(shù)和動力特性是按海平面及汽車滿載情況下的標準值繪制的。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)動機的輸出功率、汽車的驅(qū)動力及空氣阻力都隨之降低。所以，應對動力因數(shù)進行修正，方法是給D乘上一個修正系數(shù)λ，即第46頁,共118頁，2024年2月25日，星期天式中：ξ―――海拔系數(shù)，見圖2－5；

G―――滿載時汽車的總重力(N)；

G’―――實際裝載時汽車的總重力(N)。則：第47頁,共118頁，2024年2月25日，星期天第48頁,共118頁，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,共118頁，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ψ<D時a>0加速行駛

當ψ＝D時a＝0等速行駛

當ψ>D時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,共118頁，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，與對應的平衡速度為V1。當汽車的行駛速度V>V1時，汽車將減速行駛，直到V1為止；當V<V1時，汽車將加速行駛，直到V1為止。第51頁,共118頁，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力因數(shù)Dmax，與之對應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力特性圖上查得，也可用下式計算：

由dD/dV=0，得

(2-22)

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

臨界速度的物理意義如下：當采用V1>VK的速度行駛時，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），汽車可以自動在原來排擋上降低車速，以獲得較大的道路因數(shù)D值來克服額外阻力，待阻力消失后，汽車可自動速到V1的行駛速度，這種狀態(tài)稱為穩(wěn)定行駛。當汽車采用V2<VK的速度行駛時，若道路阻力額外增加，汽車將減速行駛，而D值隨之減小，如果此時不換擋或開大節(jié)流閥，汽車將因發(fā)動機熄火而停駛。這種狀態(tài)稱為不穩(wěn)定狀態(tài)。第54頁,共118頁，2024年2月25日，星期天來克服額外阻力，待阻力消失后，汽車可自動速到V1的行駛速度，這種狀態(tài)稱為穩(wěn)定行駛。當汽車采用V2<VK的速度行駛時，若道路阻力額外增加，汽車將減速行駛，而D值隨之減小，如果此時不換擋或開大節(jié)流閥，汽車將因發(fā)動機熄火而停駛。這種狀態(tài)稱為不穩(wěn)定狀態(tài)。

4最高速度

第55頁,共118頁，2024年2月25日，星期天

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

(2-23)

式中：nmax―――汽車發(fā)動機的最大轉(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，表示汽車對道路阻力的適應性越強。第56頁,共118頁，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，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。一般來說，排擋越低，爬坡能力越強。第57頁,共118頁，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衡量的。最大爬坡坡度是指汽車在堅硬路面上用最低擋作等速行駛時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，

應該用下式計算，即

解此三角函數(shù)方程式，得第58頁,共118頁，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―――滾動阻力系數(shù)；

――最低擋的最大動力因數(shù)。

則，最大爬坡坡度為

第59頁,共118頁，2024年2月25日，星期天四、汽車的加、減速行程

Car’saccelerateordeceleratejourney

1.加、減速行程計算公式

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

將

代入得

第61頁,共118頁，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（即）時

(2-27)

當時，為加速行程；

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

(2-28)

因，只能減速行駛，

且。第63頁,共118頁，2024年2月25日，星期天（3）B>0（即）時

(2-29)

式中arctg以弧長即。

當時，為減速行程。第64頁,共118頁，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,共118頁，2024年2月25日，星期天第66頁,共118頁，2024年2月25日，星期天第67頁,共118頁，2024年2月25日，星期天

坐標繪制，橫坐標為距離行程λS，單位為m；縱坐標為車速，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,共118頁，2024年2月25日，星期天第69頁,共118頁，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,共118頁，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,共118頁，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)定性從不同方向來看，可有縱向穩(wěn)定性和橫向穩(wěn)定的方式來看可有滑動穩(wěn)定性和傾覆穩(wěn)定性兩種。分析和確保汽車行駛的穩(wěn)定性對于合理設計汽車的結(jié)構(gòu)尺寸、正確設計公路、保證行車安全、提高運輸生產(chǎn)率、減輕駕駛員的疲勞強度，有著十分重要的意義。第72頁,共118頁，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。如駕駛員開車時的思想集中狀況、反映快慢、技術熟練程度、動作靈活程度等因素對駕駛員能否作出準確判斷、及時采取措施使汽車趨與穩(wěn)定有直接關系。

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

Verticalstabilitythattheautomobilegoes

圖2－10為汽車等速上坡時的受力圖:慣性阻力為零，因上坡時車速低可,

忽略空氣阻力和滾動阻力圖中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。

第74頁,共118頁，2024年2月25日，星期天第75頁,共118頁，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，此時汽車可能繞O2點發(fā)生傾覆現(xiàn)象。對O2點取矩并讓Z1＝0，得

(2-30)

式中：a。―――Z1為零時的極限傾角；

i。―――Z1為零時道路的縱坡度。

第76頁,共118頁，2024年2月25日，星期天2.縱向滑移（Slipandmovevertically）對于后輪驅(qū)動的汽車，根據(jù)附著條件，驅(qū)動力不產(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)時坡道的傾角；則則

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

當坡道傾角（或道路縱坡度時），汽車可能發(fā)生縱向滑移。iφ的大小主要取決于驅(qū)動輪荷載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,共118頁，2024年2月25日，星期天

分析式（2－30）和（2－31），一般

接近于1,而

遠遠小于1，所以

或

也就是說，汽車在坡道上行駛時，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，道路設計應滿足不產(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,共118頁，2024年2月25日，星期天(2-32)

只要設計的道路縱坡度滿足上式條件，當汽車滿載時一般都能保證縱向行駛的穩(wěn)定性。但在運輸中裝載過高時，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，應對汽車裝載高度有所限制。

第80頁,共118頁，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，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，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,共118頁，2024年2月25日，星期天汽車在平曲線上行駛時力的平衡

Balanceofstrengthwhilegoingontheflatcurveofautomobile

汽車在平曲線上行駛時會產(chǎn)生離心力，其作用點在汽車重心,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，計算公式為

第82頁,共118頁，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,共118頁，2024年2月25日，星期天

在平曲線上行駛的汽車，離心力對其穩(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，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,共118頁，2024年2月25日，星期天第85頁,共118頁，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（簡稱超高率），所以

第86頁,共118頁，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,共118頁，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。

上式表達了橫向力系數(shù)與車速、平曲線半徑及超高之間的關系。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。此式對確定平曲線半徑、超高率及評價汽車在平曲線上行駛時的安全性和舒適性有十分重要的意義。

第88頁,共118頁，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，由于橫向力的作用，可能汽車繞外使側(cè)車輪接觸點產(chǎn)生向外傾覆的危險。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

第89頁,共118頁，2024年2月25日，星期天一般情況下，比G小得多，可忽略不計，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,共118頁，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，若已知汽車運行速度V，則可計算汽車不產(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,共118頁，2024年2月25日，星期天

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與路面之間的橫向附著即

(2-36)

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

(2-37)

同樣,利用上式可以計算出汽車在平曲線上行駛同時，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。

第93頁,共118頁，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

上行駛時的橫向穩(wěn)定性主要取決于μ值的大小?，F(xiàn)代汽車

在設計制造時，一般重心較低，

，即

而

所以

也就是汽車在平曲線上行駛時，在發(fā)生橫

第94頁,共118頁，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,在道路設計時應首先保證汽車不產(chǎn)生橫向滑移，同時也就保證了橫向傾覆的穩(wěn)定性。只要設計時采用的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。但在裝載過高時，可能發(fā)生橫向傾覆,應嚴格控制超高。三.汽車行駛的縱橫組合向穩(wěn)定性

Theautomobilegoestomakeituptothestability

第95頁,共118頁，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，較直線上增加了一項彎道阻力。對上坡的汽車來說，耗費的率增加，行車速度降低。對下坡的汽車來說，有沿縱、橫組合坡度方向傾斜、滑移和裝載偏重的可能，這對汽車的行駛是相當危險的。因此，對坡度、曲線半徑和行車速度等都要嚴格控制。

第96頁,共118頁，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,共118頁，2024年2月25日，星期天

因傾角α和β都很小，上式可以簡化為

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

對載重汽車，一般

第98頁,共118頁，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,

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,共118頁，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,共118頁，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）若已知汽車運行速度V和縱坡度i，則可計算汽車

穩(wěn)定行駛的最小平曲線半徑R。

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

第四節(jié)汽車的制動性

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

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

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

1制動效能

（1）制動減速度

（2）制動時間

（3）制動距離

其中制動距離是最基本的評價指標，是汽車從降低車速開始到停車的最小距離。

2制動效能的熱穩(wěn)定性

3制動時汽車的方向穩(wěn)定性

后兩個指標與道路設計無關，主要應用于汽車的設計與制造。第105頁,共118頁，2024年2月25日，星期天制動距離

1制動平衡方程式

汽車制動時，給車輪施加以制動力P以阻止車輪前進。在急剎車時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，若制動力大于附著力，車輪將在路面上滑移，易使制動方向失去控制，這是絕對不允許的。所以，制動力P的極限值為

P＝Gφ第106頁,共118頁，2024年2月25日，星期天

式中：G―――分配到制動輪上的重力。現(xiàn)代汽車全部車輪均為制動輪，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)，見表2-5。

制動力P的方向與汽車的運動方向相反。另外，因汽車制動時速度減少很快，可忽略空氣阻力。所以，制動平衡方程式為

即GΦ+GΨ+δGa/g=0(2-40)

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

Ψ―道路阻力系數(shù)，Ψ=f+i

2制動距離

因，則

將v(m/s)化為V(km/h)并積分，得

(2-42)第108頁,共118頁，2024年