道路勘測設(shè)計(jì)課件——同濟(jì)大學(xué) (2).ppt

1、,道路規(guī)劃與幾何設(shè)計(jì),同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院,第二章汽車行駛理論,本章主要內(nèi)容（共3次）： 一、車輛類型、尺寸、重量和構(gòu)造（1） 二、汽車的驅(qū)動(dòng)力（1）及行駛阻力（2） 三、汽車的動(dòng)力特性及加、減速性能（2） 四、汽車的安全穩(wěn)定性及制動(dòng)性能（3） 五、車輛運(yùn)行費(fèi)（3）,道路運(yùn)輸?shù)妮d運(yùn)工具主要為利用燃油（汽油、柴油）、電或其它能源作動(dòng)力，通過輪胎在各種道路上行駛的車輛，如汽車（客車和貨車等）、無軌電車、各種裝卸載運(yùn)車輛、摩托車等。道路運(yùn)輸工程設(shè)施的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，要考慮并滿足這些設(shè)施的使用對象載運(yùn)工具的運(yùn)行特性要求。例如，工程設(shè)施的幾何設(shè)計(jì)要能容納車輛在體積尺寸和通行能力方面的使用要求，而工程設(shè)施的結(jié)

2、構(gòu)設(shè)計(jì)則要能經(jīng)受住車輛質(zhì)量的重復(fù)作用等。因此，道路工程的規(guī)劃和設(shè)計(jì)人員，雖然不需要了解和掌握運(yùn)載工具的設(shè)計(jì)、制造和使用知識，但必須了解它們的運(yùn)行特性，以便規(guī)劃和設(shè)計(jì)出能滿足其使用要求的各項(xiàng)工程設(shè)施。本章首先介紹車輛（主要是汽車）的類型、尺寸和質(zhì)量方面的知識，而后進(jìn)一步介紹同工程設(shè)施規(guī)劃和設(shè)計(jì)有關(guān)的一些運(yùn)行特性，如行駛阻力、功率、加速和減速性能以及車輛運(yùn)行費(fèi)。,一 、車輛類型、尺寸、重量和構(gòu)造,1 車輛類型,汽車可分為客車和貨車兩大類?？蛙嚢ㄐ】蛙嚕ㄞI車）、面包車、公共汽車（小型、中型和鉸接式）等。貨車可進(jìn)一步分為卡車（輕型、中型和重型）和組合式貨車（各種拖掛式貨車）兩類。,（1） 小客車 小

3、客車為二軸-四輪車輛，可坐26人，主要作為個(gè)人交通工具。按重量和尺寸大小，可分為小型、中型和重型三種。其重量變動(dòng)于6.818kN 范圍內(nèi)；車身長度在3.55.6m之間，前后軸的中心距變動(dòng)于2.33.1m之間，車身后緣到后軸的長度（后懸距離）為0.61.5m之間；車身寬度為1.62.0m，高度為1.151.65m之間。 （2） 面包車 面包車通常由小客車或輕型卡車的底盤改裝而成，可乘坐615人。 （3） 公共汽車 小型公共汽車通常有1525個(gè)座位，供短途運(yùn)輸用，其車身長約為5.57.6m，寬為2.02.5m。中型公共汽車可為二軸或三軸，車身長912m，寬2.42.6m，約有45個(gè)座位。把半掛車固

4、定地聯(lián)結(jié)在二軸中型公共汽車上，便組成鉸接式公共汽車。其長度約為1618m，寬度為2.6m，包括站立乘客在內(nèi)約可容納100人以上。,（4）卡車 卡車系指載貨區(qū)和動(dòng)力設(shè)備裝在共同的車架上不能分開的貨車（圖2-1(a)）?？ㄜ嚢ǘS四輪（輕型卡車）、二軸六輪、三軸（雙后軸）和四軸（三后軸）卡車四種。輕型卡車的總重量般小于45kN，二軸六輪卡車的總重量大都在45180kN范圍內(nèi)，而三軸和四軸卡車的總重量可高達(dá)260300kN。 （5） 組合式貨車 組合式貨車由牽引車或卡車同一個(gè)或多個(gè)掛車組合而成，可總稱為拖掛車。牽引車和掛車通過鉸接方式聯(lián)結(jié)時(shí)，彼此可相對轉(zhuǎn)動(dòng)，因而也可稱為鉸接車。組合式貨車的總重量一

5、般可達(dá)到400500 kN，通常用于長途運(yùn)輸。掛車有兩種：后端有一個(gè)軸或多個(gè)軸但前端無軸的半掛式，其前端放在牽引車的后端上，并把一部分重量傳給前面牽引車；前后各有一個(gè)軸或多個(gè)軸的全掛式，由卡車或帶半掛車的牽引車拖帶，但不把重量轉(zhuǎn)給前面。,2 車輛尺寸及設(shè)計(jì)車輛,前面已講過。,3 車輛的重量,車輛的重量通過車軸和車輪傳遞給道路和橋梁結(jié)構(gòu)物。汽車前軸的軸型都為單軸，后軸的軸型可采用單軸、雙聯(lián)軸或三聯(lián)軸。前軸兩側(cè)的車輪都由單輪胎組成，而后軸兩側(cè)的輪胎可由單輪胎或雙輪胎組成。 車輛重量大小，主要影響到對道路和橋梁的結(jié)構(gòu)承載能力的要求。重量特性主要由車輛總重和軸重以及軸型和輪型表征。車輛總重或軸重越大，

6、對道路和橋梁結(jié)構(gòu)承載能力的要求越高，同時(shí)，在使用過程中對道路和橋梁的損壞越嚴(yán)重，因而，所建工程的造價(jià)（投資）和工程的運(yùn)營（維護(hù)）費(fèi)用便越高。為了兼顧道路建設(shè)和運(yùn)營部門及道路使用者雙方的利益和便利，對道路上行駛車輛的總重和軸重的最高值進(jìn)行定量限制。,各國對道路上行駛車輛的最大軸重和總重有不同的限定。單軸最大允許軸重變動(dòng)于80130kN；雙聯(lián)軸最大允許軸重變動(dòng)于140210kN；三聯(lián)軸最大允許軸重變動(dòng)于180270 kN?？ㄜ嚨淖畲笤试S總重變動(dòng)于240400kN；半掛式和全掛式貨車的最大允許總重變動(dòng)于360500kN。我國公路部門規(guī)定的單軸最大允許軸重為60kN（每側(cè)單輪胎）或100kN（每側(cè)雙輪

7、胎），雙聯(lián)軸最大允許軸重為100kN （每側(cè)單輪胎）或180kN（每側(cè)雙輪胎），三聯(lián)軸最大允許軸重為120kN（每側(cè)單輪胎）或220kN（每側(cè)雙輪胎）；卡車和單拖掛貨車的最大允許總重為400kN，雙拖掛或三拖掛貨車的最大允許總重為460kN。 我國公路標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載為雙輪組單軸100KN。 具體內(nèi)容應(yīng)在路基路面課程中講述。,4 汽車的構(gòu)造,傳動(dòng)系、行駛系、轉(zhuǎn)向系、制動(dòng)系,發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速箱、萬向傳動(dòng)軸、差速器、車輛、驅(qū)動(dòng)輪、制動(dòng)器等。,機(jī)械式傳動(dòng)系一般組成及布置示意圖,傳動(dòng)系,1-離合器 2-變速器 3-萬向節(jié) 4-驅(qū)動(dòng)橋 5-差速器 6-半軸 7-主減速器 8-傳動(dòng)軸,圖為傳統(tǒng)

8、的發(fā)動(dòng)機(jī)縱向安裝在汽車前部，后橋驅(qū)動(dòng)的42汽車布置示意圖。發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的動(dòng)力經(jīng)離合器、變速器、萬向傳動(dòng)裝置傳到驅(qū)動(dòng)橋。在驅(qū)動(dòng)橋處，動(dòng)力經(jīng)過主減速器、差速器和半軸傳給驅(qū)動(dòng)車輪。,1-發(fā)動(dòng)機(jī) 2-離合器 3-變速器 4-變速器輸入軸 5-變速器輸出軸 6-差速器 7-車速表驅(qū)動(dòng)齒輪 8-主減速器從動(dòng)齒輪 發(fā)動(dòng)機(jī)前置、縱置，前橋驅(qū)動(dòng)，使得變速器和主減速器連在一起，省掉了它們之間的萬向傳動(dòng)裝置。,傳動(dòng)系：發(fā)動(dòng)機(jī),外特性曲線 燃料熱能活塞、曲軸機(jī)械能作功,傳動(dòng)系：離合器：作用： （1）保證起步時(shí)工作平穩(wěn)。（2）行進(jìn)中換擋。 （3）傳動(dòng)系不至于過載。,傳動(dòng)系：變速箱：作用：減速增扭,1-輸入軸 2-軸承 3

9、-接合齒圈 4-同步環(huán) 5-輸出軸 6-中間軸 7-接合套 8-中間軸常嚙合齒輪 此變速器有五個(gè)前進(jìn)檔和一個(gè)倒檔，由殼體、第一軸（輸入軸）、中間軸、第二軸（輸出軸）、倒檔軸、各軸上齒輪、操縱機(jī)構(gòu)等幾部分組成。,傳動(dòng)系：萬向傳動(dòng)：作用：柔和接觸、傳動(dòng),1-萬向節(jié) 2-傳動(dòng)軸 3-前傳動(dòng)軸 4-中間支承,傳動(dòng)系：主傳動(dòng)器、減速器：作用：減速、增扭，動(dòng)力轉(zhuǎn)90方向。,1-軸承；2-左外殼；3-墊片；4-半軸齒輪；5-墊圈；6-行星齒輪； 7-從動(dòng)齒輪；8-右外殼；9-十字軸；10-螺栓,二、汽車的驅(qū)動(dòng)力及行駛阻力,1、汽車的驅(qū)動(dòng)力,燃料熱能活塞機(jī)械能產(chǎn)生有效功率N 曲軸 產(chǎn)生每分鐘n的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn) 產(chǎn)生

10、發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸扭矩M 離合器變速器傳動(dòng)軸主傳動(dòng)器差速器等驅(qū)動(dòng)輪 產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)輪扭矩MK,功率(N)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率,單位千瓦(Kw)/馬力（hp）, 1hp = 0.7457 kW. 扭矩(M),表征汽車牽引力的大小,單位牛頓.米/千克.米,1千克.米=9.8牛頓.米 燃油消耗(ge),發(fā)動(dòng)機(jī)每小時(shí)產(chǎn)生每千瓦功率消耗的燃油量，單位（克/千瓦/小時(shí)） 轉(zhuǎn)速(n)，單位 轉(zhuǎn)/分鐘,有一個(gè)簡單的公式可以表明功率、牽引力和速度的關(guān)系： 功率 （N)(牽引力)扭矩(M)速度(V),上述四種關(guān)系曲線，構(gòu)成了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性曲線（發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性曲線），油門全開時(shí)稱發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線，否則稱發(fā)動(dòng)機(jī)部分負(fù)荷特性曲線。,（1）發(fā)

11、動(dòng)機(jī)外特性曲線,功率曲線,扭矩曲線,最小轉(zhuǎn)速,最大轉(zhuǎn)速,汽油發(fā)動(dòng)機(jī)外特性,（2）驅(qū)動(dòng)輪扭矩,（3）汽車的牽引力（T）,功率 （N)(牽引力)扭矩(M)速度(V),Mk用力偶T和Ta表示，Ta平衡路面反作用力F，T平衡汽車阻力R,有關(guān)計(jì)算的匯總：,(1)M和N的關(guān)系（公式2-1）,(2)r和V的關(guān)系（公式2-5）,(3)T和V的關(guān)系（公式2-6,2-7）,汽車驅(qū)動(dòng)力圖,2、汽車的行駛阻力,汽車在道路上行駛時(shí)須克服各種阻力，如滾動(dòng)阻力、空氣阻力、坡度阻力、彎道阻力和慣性阻力等。這些阻力一方面與道路的特性有關(guān)，如路面平整程度、坡度、彎道曲率半徑等，另一方面則隨車輛的運(yùn)行特性而變，如車輛總重、行駛速度

12、、速度變化速率、車身迎風(fēng)面積和外廓線形等。,（1）空氣阻力(Rw),汽車行駛時(shí)的空氣阻力包括車輛迎風(fēng)面處的空氣直接作用、空氣越過車輛表面（包括車底）的摩阻力以及車后的局部真空。,（3）坡度阻力(Ri),汽車在坡道上行駛時(shí)，車輛受到其重量平行于坡面的分力的作用。,（2）滾動(dòng)阻力(Rf),汽車在道路上行駛時(shí)的滾動(dòng)阻力來源于輪胎表面于路面之間的摩阻滑移，輪胎橡膠在接觸表面處的彎曲變形，車輪滾過路表面突出的石子或不平整的破碎路面，車輛從道路的低洼處爬出，推動(dòng)車輪通過砂、雪或泥地，在輪、軸和組合器軸承處以及變速齒輪中的內(nèi)部摩阻等。,以上均與道路狀況有關(guān)，且與總重力成正比，表示為道路阻力：,（5）慣性阻力

13、(RI),汽車行駛速度變化（加速或減速）時(shí)，車輛受到運(yùn)動(dòng)慣性阻力的作用。此慣性阻力是車輛重量及加速或減速速率的函數(shù)。,式中，Rm為車輛總行駛阻力，kg。在車輛下坡或減速行駛時(shí)，式中的坡度阻力或慣性阻力為負(fù)值。 由上述各項(xiàng)阻力的關(guān)系式可以看出，除空氣阻力外，其它各項(xiàng)阻力均與車輛的總質(zhì)量成正比；而除了坡度阻力和慣性阻力外，其它各項(xiàng)阻力還與車輛的行駛速度或速度平方成正比。因此，車輛總質(zhì)量和行駛速度是影響行駛阻力大小的兩項(xiàng)最主要的因素。,綜合上述各項(xiàng)阻力，車輛在路上的總行駛阻力為：,T=R,勻速；TR,加速；TR,減速,考慮到部分開啟，使用負(fù)荷率U修正，并帶入有：,3、汽車的平衡方程式和行駛條件,（1

14、）平衡方程式,驅(qū)動(dòng)輪荷載； 附著力系數(shù),（2）行駛條件,條件一：驅(qū)動(dòng)力大于等于總阻力,條件二：驅(qū)動(dòng)力小于等于附著力,三 、汽車動(dòng)力性能及加、減速行駛,汽車的動(dòng)力性能系指汽車所具有的加速、上坡、最大速度等的性能，動(dòng)力性能越好，速度就越高，所能克服的阻力就大。這里為縱斷面設(shè)計(jì)提供依據(jù)。,1、汽車的動(dòng)力特性圖,2、汽車的行駛狀態(tài),汽車的動(dòng)力因數(shù)D，它表示某型汽車在海平面上，滿載情況下，沒單位車重克服道路阻力和慣性阻力的性能。,穩(wěn)定行駛狀態(tài),不穩(wěn)定行駛狀態(tài),某檔動(dòng)力特性圖,3、汽車的爬坡能力,4、汽車的加減速行程,四、汽車的行駛穩(wěn)定性和制動(dòng)性能,1、汽車的縱向穩(wěn)定性,條件：勻速、慣性阻力為0，低速，忽

15、略空氣阻力和滾動(dòng)阻力,傾覆：,滑移：,穩(wěn)定性保證：,發(fā)生縱向傾覆前，先發(fā)生滑移。原因是：,附著系數(shù),縱坡,2、汽車的橫向穩(wěn)定性（曲線上）,原因：離心力的原因，部分靠超高產(chǎn)生的重力分量抵消，其余靠橫向摩擦力抵消。,傾覆：,滑移：,橫向力系數(shù)：,超高的概念（橫向坡度）,穩(wěn)定性保證：,發(fā)生橫向傾覆前，先發(fā)生滑移。原因：,橫向力系數(shù),附著系數(shù),橫向附著系數(shù),3、汽車的縱橫組合穩(wěn)定性,上坡速度降低，耗費(fèi)增加，而下坡存在合成坡度，比較危險(xiǎn)。,4、制動(dòng)性能,制動(dòng)性能使用制動(dòng)距離來評價(jià)：,路面與輪胎之間的附著系數(shù),道路阻力系數(shù) f+i,要制動(dòng)就施加制動(dòng)力P：方向與前進(jìn)方向相反，略去風(fēng)阻力。,制動(dòng)到停止：,制動(dòng)距離：,五 、汽車燃安油經(jīng)濟(jì)性,燃油消耗雖然同汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的效率密切相關(guān)，但很大程度上也受到道路和