第二章汽車行駛特性.

1、n 本章主要介紹汽車的動(dòng)力性能和行駛特性，為道路線形設(shè)計(jì)作準(zhǔn)備。第二章 汽車行駛性能第一節(jié) 汽車的牽引力及行駛阻力一牽引力一牽引力有效功率N ：單位時(shí)間內(nèi)具有的做功的能力。(KW)(KW)轉(zhuǎn)速n ：發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸單位時(shí)間內(nèi)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)(n/min)扭矩M ：發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生于曲軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。(Nm)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度：單位時(shí)間內(nèi)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度(rad/s)發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率與曲軸扭矩的關(guān)系 N=M/1000 (KW) =2n/60(rad/s) N=2Mn/100060=Mn/9549 則：M=9549N/n (Nm)該曲線稱發(fā)動(dòng)機(jī)的特性曲線外特性曲線節(jié)流閥全開，對(duì)應(yīng)的曲線稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性曲線。1 1汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的

2、基本指標(biāo)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的基本指標(biāo)2 2發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸扭矩及外特性曲線發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸扭矩及外特性曲線 離合器：平穩(wěn)起步，順利換檔。 離合器：平穩(wěn)起步，順利換檔。 變速器：改變曲軸扭矩(轉(zhuǎn)速)，退檔。1nnik 變速比變速器進(jìn)出兩端轉(zhuǎn)速之比變速器輸出轉(zhuǎn)速曲軸轉(zhuǎn)速3.3.汽車動(dòng)力的傳遞汽車動(dòng)力的傳遞離合器 變速器 傳動(dòng)軸主傳遞器.汽車的傳力機(jī)構(gòu) 離合器：平穩(wěn)起步，順利換檔。 變速器：改變曲軸扭矩(轉(zhuǎn)速)，退檔。傳動(dòng)軸：動(dòng)力傳遞。 離合器：平穩(wěn)起步，順利換檔。 變速器：改變曲軸扭矩(轉(zhuǎn)速)，退檔。傳動(dòng)軸：動(dòng)力傳遞。 主傳遞器：進(jìn)一步降低從傳動(dòng)軸傳遞來的轉(zhuǎn)速，增大扭矩；改變傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)方向。 主傳動(dòng)器的速比:變速器輸

3、出轉(zhuǎn)速與驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速 之比knni10驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)速 車型一定時(shí)，主傳動(dòng)比是常數(shù)。 離合器：平穩(wěn)起步，順利換檔。 變速器：改變曲軸扭矩(轉(zhuǎn)速)，退檔。傳動(dòng)軸：動(dòng)力傳遞。 主傳動(dòng)器：進(jìn)一步降低從傳動(dòng)軸傳遞來的轉(zhuǎn)速，增大扭矩；改變傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)方向。 例如：解放牌CA-10B i0=7.63, =0.80-0.85. r=0.482m(0.459) ik=6.24,3.32,1.9,1.0,0.81,6.7(分別為：一、二、三、四、五、倒檔 發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩傳遞 萬向節(jié)頭的扭矩傳遞至驅(qū)動(dòng)輪上的扭矩 00iMMnk主傳動(dòng)器機(jī)械效率000iiMiiMMkkkk 所以載重汽車為0.8-0.85，小汽車為0.85-0

4、.95發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩M萬向節(jié)頭上的扭矩。驅(qū)動(dòng)輪上的扭矩 kkniMM變速器機(jī)械效率發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩M傳遞至萬向節(jié)頭上的扭矩4 4牽引力的產(chǎn)生和計(jì)算牽引力的產(chǎn)生和計(jì)算 把驅(qū)動(dòng)輪上的扭矩Mk用一對(duì)力偶Ta和T表示。 T克服R，即為牽引力。將速度式代入得：則：riMirMTkk0MVnT377. 0可見： V ,T 。因此，速度和牽引力不可得兼。故汽車采用幾各排檔。 低檔時(shí)，ik較大，T較大，V較小 高檔時(shí)，ik較小，T較小，V較大 同一排檔下，V/Vmax=N/Nmax。 5、汽車牽引特性曲線、汽車牽引特性曲線二汽車的行駛阻力二汽車的行駛阻力1滾動(dòng)阻力：車輪滾動(dòng)時(shí)輪胎與路面之間的摩擦阻力，是由于輪胎與路面變

5、形引起的。GfRff 與路面的種類 、行駛車速、輪胎性質(zhì)有關(guān)。行駛車速：受車速影響較大。 V100時(shí)，f增加較快。V=150-200時(shí)，f 急劇增大。滾動(dòng)阻力坡度阻力空氣阻力慣性阻力干燥平整的土路潮濕不平整的土路路面類型 碎石路面值0.010.020.020.0250.030.050.040.050.070.15表面平整的黑 色碎石路面水泥及瀝青混凝土路面路面種類：. 輪胎性質(zhì)：胎壓，輪胎材料，結(jié)構(gòu)。滾動(dòng)阻力空氣阻力慣性阻力二汽車的行駛阻力二汽車的行駛阻力滾動(dòng)阻力坡度阻力空氣阻力慣性阻力 2坡度阻力：汽車爬坡時(shí)，重力的分力對(duì)行車的阻力。sinGRi由于公路縱坡較小(5) 所以iGRitgisi

6、n慣性阻力二汽車的行駛阻力二汽車的行駛阻力滾動(dòng)阻力坡度阻力空氣阻力慣性阻力3 空氣阻力 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。 車后的真空吸力 空氣質(zhì)點(diǎn)與車身表面的摩擦力。 當(dāng)行駛速度在100KM/h,以上，有時(shí)一半的功率用來克服空氣阻力。 空氣阻力的計(jì)算221vKARW15.212KAVRW將車速v（m/s）化為V（Km/h）并化簡，得并化簡，得 K空氣阻力系數(shù)，它與汽車的流線型有關(guān)，可參考表23選用或查閱有關(guān)資料滾動(dòng)阻力坡度阻力空氣阻力慣性阻力二汽車的行駛阻力二汽車的行駛阻力4慣性阻力agGmaRI1平移質(zhì)量的慣性力旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力矩 dtdIRI2 I - 旋轉(zhuǎn)部分的

7、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； - 旋轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動(dòng)的角加速度。dtd 旋轉(zhuǎn)質(zhì)量組成部分較多，且各部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和角加速度不同，計(jì)算比較復(fù)雜，為方便計(jì)算，一般給平質(zhì)量慣性力乘以大于1的系數(shù)，來代替旋轉(zhuǎn)質(zhì)量慣性力矩的影響。agGRI(N)慣性力系數(shù)(或旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù))。慣性力系數(shù)主要與飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及傳動(dòng)系的傳動(dòng)比有關(guān).2211ki滾動(dòng)阻力坡度阻力空氣阻力慣性阻力IwifRRRRR汽車的總行駛阻力為1汽車的運(yùn)動(dòng)方程 汽車在道路上行駛時(shí)，必須有足夠的驅(qū)動(dòng)力來克服各種行駛阻力。當(dāng)驅(qū)動(dòng)力與各種行駛阻力之代數(shù)和相等的時(shí)候，稱為驅(qū)動(dòng)平衡。其驅(qū)動(dòng)平衡方程式(也稱汽車的運(yùn)動(dòng)方程式)為IwifRRRRT 2.汽車的

8、行駛條件 RT 三汽車的運(yùn)動(dòng)方程與行駛條件三汽車的運(yùn)動(dòng)方程與行駛條件必要條件（即驅(qū)動(dòng)條件） ： 充分條件（附著條件）：kGT附著系數(shù)路面類型路面狀況干燥潮濕泥濘冰滑水泥混凝土路面0.70.5/瀝青混凝土路面0.60.4/過渡式及低級(jí)路面0.50.30.20.1各類路面上附著系數(shù)的平均值第二節(jié) 汽車的動(dòng)力特性 一汽車的動(dòng)力因數(shù)一汽車的動(dòng)力因數(shù) IifWRRRRT 動(dòng)力因數(shù)：單位車重所具有的后備（有效）牽引力。它表征某型汽車在海平面高程上，滿載情況下，每單位車重克服道路阻力和慣性阻力的性能。 aifGRTgGW)(aifgGRTW)(GRTWDIwifRRRRT 有效驅(qū)動(dòng)力，其值與汽車構(gòu)造和行駛速

9、度有關(guān)汽車在道路上行駛時(shí)的道路阻力和慣性阻力之和，其值主要與道路狀況和汽車的行駛方式有關(guān)將有關(guān)公式代入得：GKAVrGUMGRGTDTW15.212GKAVrVnnnMMMrGUMMNNT15.21)377. 0()(222maxmax 為使用方便，也可用曲線表示 D 與 V 的函數(shù)關(guān)系，稱為動(dòng)力特性圖。二動(dòng)力因數(shù)的修正二動(dòng)力因數(shù)的修正 方法是給 乘以一個(gè)修正系數(shù) ，即 DagifD)( 稱為動(dòng)力因數(shù)的海拔荷載修正系數(shù)，為 /GG 海拔系數(shù) 3 .55)1026.21 (H三汽車的行駛狀況三汽車的行駛狀況 .當(dāng)采用V1Vk的速度行駛時(shí)，若道路阻力額外增加，汽車可在原來排檔上降低車速，以獲得最大

10、D值來克服額外阻力，待阻力消失后可立即提高到原V1的速度行駛。這種行駛狀態(tài)成為穩(wěn)定行駛.當(dāng)汽車采用V2Vk的速度行駛時(shí)，若道路阻力額外增加，汽車減速行駛而D值隨之減小，如果此時(shí)不換檔或開大節(jié)流閥，汽車將因發(fā)動(dòng)機(jī)熄火而停駛。這種行駛狀態(tài)呈不穩(wěn)定行駛。.臨界速度Vk是汽車穩(wěn)定性時(shí)的極限速度。一般情況下汽車都采用大于某一排檔的臨界速度Vk作為行駛速度，以便克服額外阻力而連續(xù)行駛。如圖2-7 由動(dòng)力特性曲線可見.每一排檔都存在各自的最大因數(shù)Dmax，與之對(duì)應(yīng)的速度稱作臨界速度，用Vk表示.若汽車以某一排檔作等速行駛(D2)時(shí)，汽車可采用V1或V2的任一速度行駛四爬坡能力四爬坡能力 汽車的爬坡能力是指汽

11、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 的縱坡度。 (224) fDi 最大爬坡度系指汽車在堅(jiān)硬路面上用最低檔作等速行駛時(shí)所能克服的最大坡度。由于最低檔爬坡能力大，坡道傾角也大，此時(shí) ， ，應(yīng)該用下式計(jì)算 解此三角函數(shù)方程式，得 (225)1cos aitgaasinaafDsincosmax222max12max1max111arcsinffDfDa1、最大爬坡坡度、最大爬坡坡度2 2、汽車動(dòng)力上坡、汽車動(dòng)力上坡 利用慣性克服坡度的方法稱為動(dòng)力上坡。 設(shè)汽車用某一排檔動(dòng)力上坡，初速度 ，駛出坡段速度 ，對(duì)應(yīng) 、 的動(dòng)力因數(shù)為 、 ，相應(yīng)的加速度為：假定汽車在坡道上作均減速運(yùn)動(dòng)，

12、則平均加速度為：兩邊同乘 得： 由上式知，汽車在坡道上作變速行駛時(shí)，所能克服的坡度與坡長是相關(guān)聯(lián)的，坡度越大、坡長越?。环粗?，坡度小則坡長大。這是道路縱坡設(shè)計(jì)中，對(duì)陡坡坡長進(jìn)行限制的主要依據(jù)。1v2v1v2v1D2D11Dgj22Dgj221DDgjvdsvdt dsDDgvdv221svvdsDDvdvg021212lSDDgvv22212122lif llifDDVVs2254212122llsVVfDDi2542212221 第三節(jié) 汽車的行駛穩(wěn)定性 一、一、 汽車行駛的縱向穩(wěn)定性汽車行駛的縱向穩(wěn)定性產(chǎn)生縱向傾覆的臨界狀態(tài)是汽車前輪法向反作用力為零。此時(shí)，汽車可能繞 點(diǎn)發(fā)生傾覆現(xiàn)象。對(duì)

13、點(diǎn)取矩并 讓 ，得2O01Z2O0sincos002gGhGlghltgi200(2-30 )汽車的行駛穩(wěn)定性縱向穩(wěn)定性橫向穩(wěn)定性縱向滑移縱向傾覆橫向滑移橫向傾覆縱坡、重心、先后橫坡、速度、彎道半徑、先后1.縱向傾覆 縱向傾覆的穩(wěn)定性主要與汽車重心至后軸的距離 和重心高度 有關(guān)。 愈大， 愈低，縱向穩(wěn)定性愈好。2lgh2lgh式中 ： 為零時(shí)（傾覆）極限坡道傾角； 為零時(shí)（傾覆）道路的坡度。當(dāng)坡道傾角 （或道路縱坡 ）時(shí)，汽車可能發(fā)生縱向傾覆。 01Z0i1Z00ii 3.縱向穩(wěn)定性的保證因?yàn)楸ＷC縱向傾覆和滑移的條件分別是：比較以上兩式，發(fā)現(xiàn) 因此發(fā)生傾覆之前先發(fā)生滑移。 0iighltgi2

14、00(2-30 )GGtgik(2-31 )2.縱向滑移 對(duì)后輪驅(qū)動(dòng)的汽車，根據(jù)附著條件，驅(qū)動(dòng)輪不產(chǎn)生滑移的臨界狀態(tài)是：kGG0sin因?yàn)椋?則itgsinGGtgik 當(dāng)?shù)缆房v坡度 時(shí)，汽車可能產(chǎn)生縱向滑移。ii 結(jié)論： 汽車在坡道上行駛時(shí)，在發(fā)生縱向傾覆之前，首先發(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)象出現(xiàn)。所以，汽車行駛時(shí)縱向穩(wěn)定性的條件為： 由于重心高度 的增大而破壞縱向穩(wěn)定性條件，所以，應(yīng)對(duì)汽車裝載高度有所限制。GGiikgh二、二、 汽車行駛的橫向穩(wěn)定性汽車行駛的橫向穩(wěn)定性 1.汽車在平曲線上受力分析汽車在

15、平曲線上受力分析汽車在平曲線上行駛時(shí)產(chǎn)生的離心力為：gRGvF2由于路面橫向傾角 一般很小，則， ， 其中稱為橫向超高坡度(簡稱超高率)，所以hitgsin1coshihhhigRvGGigRGvGiFX22將離心力與汽車重力分解為平行于路面的橫向力和垂直于路面的豎向力，即sincosGFXcossinGFY橫向力是汽車行駛的不穩(wěn)定因素，豎向力是穩(wěn)定因素。higRvGX2將車速（m/s）化成（km/h），則 （233）hiRV1272采用橫向力系數(shù)橫向力系數(shù)來衡量穩(wěn)定性程度，其定義為：單位車重所受到的的橫向力。單位車重所受到的的橫向力。即hhhigRvGGigRGvGiFX22higRvGX2

16、 2.橫向傾覆汽車在具有超高的平曲線上行駛時(shí)，由于橫向力的作用，可能使汽車?yán)@外側(cè)車輪觸地點(diǎn)產(chǎn)生向外橫向傾覆的危險(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2)(2bGFibYXhhh因 比 小得多，可略去不計(jì)，則hFiGghbGX2將此式代入式(233)并整理，得 hhgiVihbVR1272127222bGXhhhiVR12723.橫向滑移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和路面之間的橫向附著力，即 hhGYXhGX式中： 橫向附著系數(shù)，一般=（0.60.7）h)(1272hhiVR利用此式可計(jì)算出汽車在平曲線上行駛時(shí)，不產(chǎn)生橫向滑移的最小平曲線半徑或最大允許行駛速度。汽車在平曲線上行駛時(shí)的橫向穩(wěn)定性主要取決于橫向力系數(shù)值的大小。現(xiàn)代汽車在設(shè)計(jì)制造時(shí)重心較低，一般 ，即 ，而 所以 。ghb212ghb5 . 0hghhb2 裝載過高時(shí)可能發(fā)生傾覆現(xiàn)象。4.橫向穩(wěn)定性的保證 可見，在發(fā)生橫向傾覆之前先產(chǎn)生橫向滑移現(xiàn)象