2道測(cè)設(shè)計(jì)汽車行駛特性

1、第二章 汽車行駛特性the driving characteristic of automobile 道路是為汽車行駛服務(wù)的，要滿足汽車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)

2、計(jì)的具體要求，這是道路線形設(shè)計(jì)的其對(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)。理論基礎(chǔ)。道路線形設(shè)計(jì)要保證：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)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置縱橫坡度、彎道，以及保證車輪與地面的附著力等。力等。 2 盡可能提高車速。盡可能提高車速。 3 保證道路行車暢通，即保證汽車不受阻保證道路行車暢通，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、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

3、線，以及減少道路交叉等。合理地設(shè)置平豎曲線，以及減少道路交叉等。 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(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21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。 第一節(jié)第一節(jié) 汽車的驅(qū)動(dòng)力及行駛阻力汽車的驅(qū)動(dòng)力及行駛阻力 the driving motive force and driving resistance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)，其傳力過程如下： 在發(fā)動(dòng)機(jī)里

4、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。1. 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸扭矩發(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，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。 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n

5、m ，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：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22為東風(fēng)eq104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 ，則可通過下面的經(jīng)驗(yàn)公式

6、近似地計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)的功率線n=n(n)，即：n(馬力) m(公斤米)ge克/（馬力小時(shí))g e2)-(2 (kw) 33221maxnnnnnnnnnnn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) ; 1、2、3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1231。 然后，按前面的公式換算成扭矩曲線m=m(n)。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：(n.m) 9549maxnnnnmmn 最大功率所對(duì)應(yīng)的扭矩nn 最大功率所對(duì)應(yīng)的

7、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)。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：4)-(2 tkmm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) ; 總變速比，i0 ik ； i0 傳動(dòng)器變速比，見表21； ik 變速箱變速比，見

8、表21； t 傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械效率，一般載重汽車取0.800.85,小客 車取 0.850.95。此時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)速nk =n/ , 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=(0.930.96)r0； r0 未變形直徑。 5)-(2 377. 01000602nrnrv3 汽車的驅(qū)動(dòng)力汽車的驅(qū)動(dòng)力 如圖23所示，汽車行駛時(shí)，共有以下幾個(gè)力： 路面水平反力行駛方向正阻力作用于驅(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

9、/ ,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： 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。擔(dān)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)，變速比值較大，驅(qū)動(dòng)力t也大，但車速v較??；而使用高排擋時(shí)，變速比值較小，驅(qū)動(dòng)力t也較小，但車

10、速較大。6)-(2 377. 0ttkmvnrmrmt 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（21）可推導(dǎo)出驅(qū)動(dòng)力t與功率n之間的關(guān)系式為：7)-(2 3600tvnt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(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?？諝庾枇?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(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

11、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。 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)，空氣密度，一般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。221vkarw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 1.41.9 0.320.50 載重車 3.07.0 0.601.00 大客車 4.07.0 0.500.80將車速v (m/s)化為v (km/h) ，并化簡(jiǎn)得：

12、 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。 8)-(2 15.21/2kavrw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，若坡道傾角為時(shí)，其值可按下式計(jì)算： 由于坡道傾角一般較小，認(rèn)為 , 則cosgfrf0 . 1cos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)，見表24。各類路面滾動(dòng)阻力系數(shù)f值 表2-4(n

13、) gfrf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 0.010.02 0.020.025 0.030.05 0.040.05 0.070.15 （2） 坡度阻力 汽車在坡道傾角為的道路上行駛時(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singsingriitg singiri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

14、和，可按下式計(jì)算ifgrr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。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。aggmari1dtdiri2dtd 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)，來(lái)近似代替旋轉(zhuǎn)質(zhì)量慣性力矩的影響，即

15、：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) ； 慣性力系數(shù)，其值可用下式計(jì)算10)-(2 ）（naggri1汽車車輪慣性力影響系數(shù)，一般10.030.05 ; 2發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪慣性力的影響系數(shù)，一般小客車2 0.050.07,載重汽車2=0.040.05 ; ik變速箱的速比，查表21。 這樣，汽車的總行駛阻力r為2211kiirwrrrr 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

16、為零，減速為負(fù)值。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：irwrrrrt 驅(qū)動(dòng)力可按式（26）計(jì)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(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u8090。 將有關(guān)公式代入式（212），則汽車的運(yùn)動(dòng)方程為 ：rmutt2.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

17、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：13)-(2 15.212aggifgkavrmut 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)。14)-(2 rt 第二節(jié) 汽車的動(dòng)力特性及加、減速行程cars power characteristic and accelerate or decelerate journey 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

18、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)。一、 汽車的動(dòng)力因數(shù) cars power factor為便于分析，將式（212）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： irwrrrtwrt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)

19、公式代入式（217），得aggifgrtwagifgrtwgrtdw顯然，d可以表示為車速v的二次函數(shù)，即式中g(shù)kavrgumgrgtdtw15.212gkavrvnnnmmmrgummnnt15.21377. 0222maxmaxwqvpvd215.21036. 7123max3kannrmmugpmnnt 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24為東風(fēng)eq104載重汽車原始數(shù)據(jù)，圖24為東風(fēng)eq104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。nmnmtmmnngrnuqmax222305. 522maxmaxmmnntnnnmmmrg

20、uw 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)，即gg式中：海拔系數(shù)，見圖25； 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：二、汽車的行駛狀態(tài) cars running state1 道路阻力系數(shù)由式（219）可得式中：道路阻力系數(shù)， 。 agifddgaif 汽車的行駛狀態(tài)有以下三種情況： 當(dāng)0 加速行駛 當(dāng)d時(shí) a0 等速行駛 當(dāng)d時(shí) a v1 時(shí)，汽車將減速行駛，

21、直到v1為止；當(dāng)v 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)。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v20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 wpqb42wqv

22、pvy2maxd2122ln2ln2196.12vvbqpvbqpvbqygpspkvvvv21max12vvvvp（2）b0（即 ）時(shí) (2-28)因 ，只能減速行駛，且 。maxd212ln296.12vvvpqpvqqgpsmaxdmax12vvvvk（3）b0（即 ）時(shí) (2-29)式中arctg以弧長(zhǎng)即。當(dāng) 時(shí)，為減速行程。maxd212ln2196.12vvbqpvarctgbqygpsmax12vvvvk2 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28為東風(fēng)eq140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

23、行程。本圖采用直角 坐標(biāo)繪制，橫坐標(biāo)為距離行程s，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29為任意兩條加、減速行程曲線，其主要用法有兩種：/if （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sa 或減速最大行程sd，求終速度v2。在行程圖上可直接查得。/if 121515vvasss128080vvdsss/if 第三節(jié) 汽 車 的 行 駛 穩(wěn) 定 性 stability of going of the automobi

24、le 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(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。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(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

25、與穩(wěn)定有直接關(guān)系。3. 道路與環(huán)境等外部因素。汽車行駛的縱向穩(wěn)定性汽車行駛的縱向穩(wěn)定性vertical stability that the automobile goes 圖210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(shù)汽車 總重力,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)。l2 l1 lz1z2ggcosgsinhgo1o2vx1x21. 縱縱 向向 傾傾

26、 覆覆 (topple vertically) 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。 0sincos002gghglghltgi2002. 縱縱 向向 滑滑 移（移（slip and move vertically） 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；kggsin則則itgsinggtgik (2-31) 產(chǎn)生縱向滑移臨界狀態(tài)時(shí); 當(dāng)坡道傾角（或道路縱坡度 時(shí)

27、），汽車可能發(fā)生縱向滑移。 i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)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. 縱向縱向 穩(wěn)穩(wěn) 定定 性性 保保 證（證（vertical stability guaranteeing） 分析式（230）和（231），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ghl/2ggk/gkhlgg20ii

28、(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。ggiik二二. 汽汽 車車 行行 駛駛 的的 橫橫 向向 穩(wěn)穩(wěn) 定定 性性horizontal stability that the automobile goes 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。汽車在平曲線上行駛時(shí)力的平衡汽車在平曲線上行駛時(shí)力的平衡b

29、alance of strength while going on the flat curve of automobile 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)算公式為式中：f離心力（n）； r平曲線半徑（m） v汽車行駛速度（m/s）。rvggf2 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211所示，汽車行駛在具有超高的平曲線上時(shí)，

30、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。 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 由于路面橫向傾角一般較小，則 其中稱為橫向超高坡度（簡(jiǎn)稱超高率），所以sincosgfxcossingfy1cos,sinhitgihhhigrvggigrgvgifx22122hhhigrvggigrgvgfiy 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

31、。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higrvgx2式中：r平曲線半徑（m）； 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)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。2.橫 向 傾 覆 條 件 分 析topple condition analysis horizontally 汽車在平曲線上行駛時(shí)，由于橫向力的作用

32、，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22bgfibyxhhg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（234）代入式（223）并整理，得 (2-35)ghbgx2hgihbvr21272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.橫橫 向向 滑滑 移移 條條 件件 分分 析析move condit

33、ion analysis horizontally and slipperily 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)hhgyxhgx式中： 橫向附著系數(shù)，一般： ，見表25。 (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。h7 .06 .0hhhivr12724.橫橫 向向 穩(wěn)穩(wěn) 定定 性性 的的 保保 證證assurance of the horizontal stability由式（234）和式（

34、236）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 ghb212ghb5.0hghhb2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)采用的值滿載式（236）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(shí)，可能發(fā)生橫向傾覆,應(yīng)嚴(yán)格控制超高。三三. 汽汽 車車 行行 駛駛 的的 縱縱 橫橫 組組 合合 向向 穩(wěn)穩(wěn) 定定 性性the automobile goes to make it up to

35、 the stability 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。 如圖212所示，汽車行駛在縱坡度為i(tg)和橫向超高坡度為ih (tg)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cossincos21lhlgwgsin222llgrgvwsincossincos22221grllvlhlgwwwg 因傾角和都

36、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hgigrllvlihlgw222gllw2hgigrvilhwwwi221/2lhg 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。 higrvii20hil1ll2ggsingcosohg 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。ma

37、x2iigrvihhirvii1272max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。fcosf=gv2/grfsin 第四節(jié) 汽車的制動(dòng)性 motor vehicle braking performan 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

38、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。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。2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 pg 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?路面與輪胎之間的附著系數(shù)，見表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 g+g+ga/g=0 (2-40) a=-g(+)/ (2-41)式中：a制動(dòng)減速度 (m/s2) ； 道路阻力系數(shù)，=f+i2