第二章 汽車行駛理論-2003

1、第二章第二章 汽車行駛理論汽車行駛理論第二章第二章 汽車行駛理論汽車行駛理論概概 述述汽車在道路上行駛的穩(wěn)定性汽車在道路上行駛的穩(wěn)定性汽車的制動(dòng)性能汽車的制動(dòng)性能汽車在道路上的行駛軌跡汽車在道路上的行駛軌跡2.12.12.32.32.42.42.52.5汽車的牽引力與牽引平衡汽車的牽引力與牽引平衡2.22.22.1 概論概論u汽車行駛理論汽車行駛理論（ theory of automobile running theory of automobile running ）：是一門在分析汽車行駛基本規(guī)律的基礎(chǔ)上，研究是一門在分析汽車行駛基本規(guī)律的基礎(chǔ)上，研究汽車汽車行駛原理行駛原理、使用性能使用性

2、能和和行駛性能行駛性能的學(xué)科。的學(xué)科。u研究行車行駛理論的意義研究行車行駛理論的意義 安全、迅速、經(jīng)濟(jì)、舒適安全、迅速、經(jīng)濟(jì)、舒適保證行駛穩(wěn)定性保證行駛穩(wěn)定性安全安全盡可能提高車速盡可能提高車速迅速、經(jīng)濟(jì)迅速、經(jīng)濟(jì)保證行車暢通保證行車暢通安全安全滿足行車舒適滿足行車舒適舒適舒適2.1 概論概論u汽車行駛性能汽車行駛性能動(dòng)力性能動(dòng)力性能 (dynamic force)(dynamic force)通過性（通過性（cross-country powercross-country power） 制動(dòng)性制動(dòng)性 (braking power)(braking power)行駛穩(wěn)定性行駛穩(wěn)定性 (runn

3、ing stability)(running stability)行駛平順性行駛平順性 (smooth running) (smooth running) 操縱穩(wěn)定性操縱穩(wěn)定性 (operating stability)(operating stability)2.2 汽車的牽引力與牽引平衡汽車的牽引力與牽引平衡u汽車行駛中受力分析汽車行駛中受力分析路面摩擦力路面摩擦力路面凹凸不平產(chǎn)生的力路面凹凸不平產(chǎn)生的力受力受力路面構(gòu)形產(chǎn)生的力路面構(gòu)形產(chǎn)生的力路拱、彎道、超高路拱、彎道、超高2.2 汽車的牽引力與牽引平衡汽車的牽引力與牽引平衡u直線行駛直線行駛2.2 汽車的牽引力與牽引平衡汽車的牽引力與牽

4、引平衡u曲線行駛曲線行駛2.2 汽車的牽引力與牽引平衡汽車的牽引力與牽引平衡u牽引力牽引力u行駛阻力行駛阻力牽引力牽引力u表征汽車發(fā)動(dòng)機(jī)特性的基本指標(biāo)表征汽車發(fā)動(dòng)機(jī)特性的基本指標(biāo)有效功率有效功率N（KW）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)具有的做功的能力）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)具有的做功的能力轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n （r/min）：發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸單位時(shí)間內(nèi)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)）：發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸單位時(shí)間內(nèi)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)扭矩扭矩M （Nm）：發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生于曲軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩）：發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生于曲軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩轉(zhuǎn)動(dòng)角速度轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 （rad/s） ：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度牽引力牽引力u發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率有效功率Ne和曲軸扭矩和曲軸扭矩Me的關(guān)

5、系的關(guān)系 Ne=Me/1000 (KW) =2ne/60 (rad/s) Ne=Mene/9549 Me=9549Ne/ne 牽引力牽引力u驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)輪扭矩扭矩Mk及牽引力及牽引力PtMe變速比變速比 ik kMn= Mn*ik* k減速比減速比 i0 0Mk= Mn*i0* 0牽引力牽引力u驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)輪扭矩扭矩Mk及牽引力及牽引力Pt 0ke kkMtkirMMiPrek0k0Mek0 M iiM i ikM006020.3771000kkeekknnVri iri i0.33 00776eeeMtMnVVMNPPt , iki0, V行駛阻力行駛阻力行駛阻力行駛阻力滾動(dòng)阻力滾動(dòng)阻力空氣阻力

6、空氣阻力坡度阻力坡度阻力慣性阻力慣性阻力行駛阻力（一）行駛阻力（一） 滾動(dòng)阻力滾動(dòng)阻力u定義：車輪滾動(dòng)時(shí)輪胎與路面之間的阻力，是由定義：車輪滾動(dòng)時(shí)輪胎與路面之間的阻力，是由于輪胎與于輪胎與路面變形路面變形引起的。引起的。faPf G滾動(dòng)阻力系數(shù)滾動(dòng)阻力系數(shù)路面種類路面種類行駛速度行駛速度輪胎性質(zhì)輪胎性質(zhì)行駛阻力（一）行駛阻力（一） 滾動(dòng)阻力滾動(dòng)阻力u路面種類的影響路面種類的影響u車速的影響車速的影響u輪胎性質(zhì)的影響輪胎性質(zhì)的影響V100時(shí)，時(shí)，f 增加較快增加較快V=150-200時(shí)，時(shí)，f 急劇增大。急劇增大。胎壓，輪胎材料，結(jié)構(gòu)胎壓，輪胎材料，結(jié)構(gòu)路面路面類型類型水泥及瀝青水泥及瀝青混凝土

7、路面混凝土路面表面平整的黑表面平整的黑色碎石路面色碎石路面碎石路面碎石路面干燥平整干燥平整的土路的土路潮濕不平潮濕不平整的土路整的土路f0.01-0.020.02-0.0250.03-0.050.04-0.050.07-0.15行駛阻力（二）行駛阻力（二） 空氣阻力空氣阻力uV100Km/h，近，近一半的功率一半的功率用來克服空氣阻力。用來克服空氣阻力。u空氣阻力的產(chǎn)生原因空氣阻力的產(chǎn)生原因汽車在行駛中，由于迎面空氣質(zhì)點(diǎn)的壓力。汽車在行駛中，由于迎面空氣質(zhì)點(diǎn)的壓力。車后的真空吸力車后的真空吸力空氣質(zhì)點(diǎn)與車身表面的摩擦力?？諝赓|(zhì)點(diǎn)與車身表面的摩擦力。u空氣阻力的計(jì)算空氣阻力的計(jì)算213WKFvP

8、 K 空氣阻力系數(shù)；空氣阻力系數(shù)；F 迎風(fēng)面積；迎風(fēng)面積；行駛阻力（三）行駛阻力（三） 坡度阻力坡度阻力u定義：汽車爬坡時(shí)，重力的分力對(duì)行車的阻力。定義：汽車爬坡時(shí)，重力的分力對(duì)行車的阻力。siniaaPGGi （ 10 度）度）行駛阻力（四）行駛阻力（四） 慣性阻力慣性阻力u定義：克服變速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的定義：克服變速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性阻力慣性阻力和和慣性力矩慣性力矩。慣性阻力慣性阻力汽車加速或減速前進(jìn)產(chǎn)生的汽車加速或減速前進(jìn)產(chǎn)生的慣性力慣性力機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部分加速或減速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部分加速或減速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)慣性力矩回轉(zhuǎn)慣性力矩2121ajkG dvPig dt1、 2 車輪、發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪慣性影響系數(shù)

9、；車輪、發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪慣性影響系數(shù)； ik 變速比；變速比；行駛阻力的方向行駛阻力的方向行駛阻力行駛阻力滾動(dòng)阻力滾動(dòng)阻力空氣阻力空氣阻力坡度阻力坡度阻力慣性阻力慣性阻力正正正正上坡上坡正，正，下坡下坡負(fù)負(fù)加速加速正，正，減速減速負(fù)負(fù)2.2 汽車的牽引力與牽引平衡汽車的牽引力與牽引平衡u牽引平衡牽引平衡u汽車行駛的充要條件汽車行駛的充要條件必要（驅(qū)動(dòng)）條件：必要（驅(qū)動(dòng)）條件：充分（附著）條件：充分（附著）條件：tfwijPPPPP2013e kMaaakM i iGKFVdvG fG irg dttfwijPPPPPtdPG2.2 汽車的牽引力與牽引平衡汽車的牽引力與牽引平衡u附著系數(shù)（附著系數(shù)（）

10、的影響因素）的影響因素路面粗糙度、路面粗糙度、潮濕程度、潮濕程度、輪胎花紋、輪胎氣壓輪胎花紋、輪胎氣壓車速、車速、 荷載荷載路面類型路面類型路面狀況路面狀況干燥干燥潮濕潮濕泥濘泥濘冰滑冰滑水泥混凝土路面水泥混凝土路面0.70.5NANA瀝青混凝土路面瀝青混凝土路面0.60.4NANA瀝青表面處治路面瀝青表面處治路面0.40.2NANA中級(jí)及低級(jí)路面中級(jí)及低級(jí)路面0.50.30.20.1動(dòng)力性能分析動(dòng)力性能分析twaPPdvDfiGg dt 單位重量的單位重量的有效牽引力有效牽引力動(dòng)力因素動(dòng)力因素動(dòng)力因素動(dòng)力因素 D：反應(yīng)汽車動(dòng)力性能，表征克服道路阻力和：反應(yīng)汽車動(dòng)力性能，表征克服道路阻力和 慣

11、性阻力的能力，隨車速變化。慣性阻力的能力，隨車速變化。道路阻力系數(shù)道路阻力系數(shù)：當(dāng)汽車等速行駛，：當(dāng)汽車等速行駛，dv/dt=0D = fi = （僅與道路狀況和坡度有關(guān)）（僅與道路狀況和坡度有關(guān)）動(dòng)力性能分析動(dòng)力性能分析u動(dòng)力特性圖（動(dòng)力特性圖（D VD V）u提高汽車運(yùn)行效率的手段提高汽車運(yùn)行效率的手段提高牽引力提高牽引力減少行駛阻力減少行駛阻力提高附著力提高附著力u對(duì)道路的要求：對(duì)道路的要求：tfwijPPPPPtdPG縱坡平緩，道路平整、粗糙縱坡平緩，道路平整、粗糙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u(píng)汽車行駛穩(wěn)定性汽車行駛穩(wěn)定性-指汽車在行駛過程中，受外指汽車在行

12、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。部因素作用，而不發(fā)生側(cè)滑、傾覆現(xiàn)象的能力。按方向分按方向分：縱向穩(wěn)定性：縱向穩(wěn)定性 橫向穩(wěn)定性橫向穩(wěn)定性喪失穩(wěn)定的方式分喪失穩(wěn)定的方式分：滑動(dòng)穩(wěn)定性：滑動(dòng)穩(wěn)定性 傾覆穩(wěn)定性傾覆穩(wěn)定性u(píng)影響因素影響因素汽車本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)；汽車本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)；駕駛員的因素；駕駛員的因素；作用于汽車的外因。作用于汽車的外因。 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)定性縱坡、重心縱坡、重心橫坡、速度、橫坡、速度、彎道半徑彎道半徑行駛穩(wěn)定性行駛穩(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橫向滑移橫向滑移橫向傾覆橫向傾

13、覆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u(píng)汽車在直坡道上受力分析汽車在直坡道上受力分析對(duì)后輪著地點(diǎn)對(duì)后輪著地點(diǎn)B取矩，則可得前輪垂直反力取矩，則可得前輪垂直反力Z1對(duì)前輪著地點(diǎn)對(duì)前輪著地點(diǎn)A取矩，則可得后輪垂直反力取矩，則可得后輪垂直反力Z221cossinaagGLGhZL12cossinaagGLGhZL縱向穩(wěn)定性縱向穩(wěn)定性u(píng)縱向傾覆條件縱向傾覆條件u縱向倒溜條件縱向倒溜條件 下滑力下滑力 = 最大附著力最大附著力20tangLh10Z 2sinaGZtandaGGtantandaGG一般，滑移在傾覆之前，所以坡腳應(yīng)主要滿足：一般，滑移在傾覆之前，所以坡腳應(yīng)主要滿足：縱向

14、穩(wěn)定性縱向穩(wěn)定性u(píng)一般載重車滿載時(shí)一般載重車滿載時(shí): : u附著系數(shù)附著系數(shù): 泥濘時(shí)可為泥濘時(shí)可為0.2，冰滑時(shí)為，冰滑時(shí)為0.1泥濘時(shí)：泥濘時(shí)： 冰滑時(shí)：冰滑時(shí)： u這就是確定這就是確定最大縱坡最大縱坡（四（四級(jí)公路山嶺重丘區(qū)級(jí)公路山嶺重丘區(qū)9%）、）、規(guī)定規(guī)定超高橫坡超高橫坡、合成坡度合成坡度等指標(biāo)的依據(jù)之一等指標(biāo)的依據(jù)之一。0.66 0.76daGGtan0.132 0.152tan0.060 0.076橫向穩(wěn)定性橫向穩(wěn)定性u(píng)汽車在曲線上行駛產(chǎn)生的橫向作用力汽車在曲線上行駛產(chǎn)生的橫向作用力cossinaYCGcossinaYCG( (內(nèi)側(cè)）內(nèi)側(cè)）( (外側(cè)）外側(cè)）2200aaaG VV

15、YGiGigRgR20aYViGgR汽車橫向穩(wěn)定性不取決于汽車橫向穩(wěn)定性不取決于Y Y的絕對(duì)值，而取決于的絕對(duì)值，而取決于橫向力與車重的比值橫向力與車重的比值橫向力系數(shù)橫向力系數(shù)橫向穩(wěn)定性橫向穩(wěn)定性u(píng)汽車在平曲線上行駛時(shí)車輪的反作用力汽車在平曲線上行駛時(shí)車輪的反作用力切向力切向力Pt側(cè)向力側(cè)向力YdPG222tPPY222縱橫 =縱（0.7 0.8）=橫（0.6 0.7）經(jīng)驗(yàn)總結(jié)：經(jīng)驗(yàn)總結(jié)：橫向穩(wěn)定性橫向穩(wěn)定性u(píng)橫向傾覆橫向傾覆橫向傾覆橫向傾覆傾覆力矩傾覆力矩穩(wěn)定力矩穩(wěn)定力矩(cossin)gagYhCGh(cossin)22abbZGC2agYbGh（穩(wěn)定條件）（穩(wěn)定條件）由：由：202gV

16、bigRhmaxminRV、橫向穩(wěn)定性橫向穩(wěn)定性u(píng)橫向滑移橫向滑移橫向滑移橫向滑移橫向力橫向力橫向反力橫向反力YYaG橫Y=YaG橫aYG橫橫向穩(wěn)定性橫向穩(wěn)定性u(píng)橫向穩(wěn)定性的保證橫向穩(wěn)定性的保證橫向穩(wěn)定性主要取決于橫向力系數(shù)值的大小。橫向穩(wěn)定性主要取決于橫向力系數(shù)值的大小。橫向傾覆和滑移的條件分別是：橫向傾覆和滑移的條件分別是：一般：一般：ghb212ghb0.5橫2gbh橫 可見，可見，在發(fā)生橫向傾覆之前先產(chǎn)生橫向滑移現(xiàn)象在發(fā)生橫向傾覆之前先產(chǎn)生橫向滑移現(xiàn)象，為此，為此，在道路設(shè)計(jì)中應(yīng)保證汽車不產(chǎn)生橫向滑移，同時(shí)也就保證了橫在道路設(shè)計(jì)中應(yīng)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

17、。向傾覆的穩(wěn)定性。2gYbGhYG橫，而，而所以所以2.4 汽車的制動(dòng)性能汽車的制動(dòng)性能u汽車制動(dòng)性汽車制動(dòng)性指汽車在行駛中強(qiáng)制降低車速以指汽車在行駛中強(qiáng)制降低車速以至停車，或在下坡時(shí)保持一定速度行駛的能力。至停車，或在下坡時(shí)保持一定速度行駛的能力。u汽車的制動(dòng)過程汽車的制動(dòng)過程滑移率滑移率 滑移率為滑移率為20%時(shí)，摩擦系數(shù)最大。時(shí)，摩擦系數(shù)最大。長時(shí)間下坡，制動(dòng)器溫度急劇上升，可達(dá)長時(shí)間下坡，制動(dòng)器溫度急劇上升，可達(dá)600700 ，制動(dòng)力矩降低為正常的，制動(dòng)力矩降低為正常的2530%。=100kvrv2.4 汽車的制動(dòng)性能汽車的制動(dòng)性能u制動(dòng)時(shí)汽車的運(yùn)動(dòng)方程制動(dòng)時(shí)汽車的運(yùn)動(dòng)方程(max)T

18、aPG0wP0aaaaG dvGG fG ig dt0TfwijPPPPPfiaaaGGdtdvgG（ 潮濕狀態(tài)）潮濕狀態(tài)）2.4 汽車的制動(dòng)性能汽車的制動(dòng)性能u汽車制動(dòng)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)汽車制動(dòng)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)指標(biāo)制動(dòng)減速度制動(dòng)減速度 js制動(dòng)時(shí)間制動(dòng)時(shí)間 ts制動(dòng)距離制動(dòng)距離 Ls)(gdtdvjs)(6 . 36 . 3)(00gVdvgdttBvtsB2122120()13254()svsvVVVdvLdsg 實(shí)際制動(dòng)時(shí)間實(shí)際制動(dòng)時(shí)間 = ts+1.2s（駕駛者反應(yīng)時(shí)間（駕駛者反應(yīng)時(shí)間+制動(dòng)生效時(shí)間）制動(dòng)生效時(shí)間）212112();3.6254()sVVVLKt實(shí)際制動(dòng)距離實(shí)際制

19、動(dòng)距離K：制動(dòng)不充分采用的：制動(dòng)不充分采用的使用系數(shù)，取使用系數(shù)，取1.2。2.5 汽車在道路上的行駛軌跡汽車在道路上的行駛軌跡u行駛中汽車重心的軌跡有以下幾何特征：行駛中汽車重心的軌跡有以下幾何特征：軌跡連續(xù)且圓滑；軌跡連續(xù)且圓滑；曲率是連續(xù)的，即軌跡上任意一點(diǎn)不出現(xiàn)兩個(gè)曲率是連續(xù)的，即軌跡上任意一點(diǎn)不出現(xiàn)兩個(gè)曲率值；曲率值；曲率變化是連續(xù)的，即軌跡上任意一點(diǎn)不出現(xiàn)曲率變化是連續(xù)的，即軌跡上任意一點(diǎn)不出現(xiàn)兩個(gè)曲率變化率值。兩個(gè)曲率變化率值。 2.5 汽車在道路上的行駛軌跡汽車在道路上的行駛軌跡u汽車在彎道上行駛的力汽車在彎道上行駛的力21234aG vCCCCg R1234()()zIa CCb CC力平衡方程：力平衡方程：力矩平衡方程：力矩平衡方程：2.5 汽車在道路上的行駛軌跡汽車在道路上的行駛軌跡u汽車在彎道上行駛的軌跡汽車在彎道上行駛的軌跡前輪轉(zhuǎn)向角前輪轉(zhuǎn)向角兩者關(guān)系：兩者關(guān)系：K1方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角汽車旋轉(zhuǎn)半徑汽車旋轉(zhuǎn)半徑汽車軸距汽車軸距0LKLLL000sin2.5 汽車在道路上的行駛