2-第二章-汽車行駛理論

1、第第2 2章章汽車行駛理論汽車行駛理論 道路勘測設(shè)計道路勘測設(shè)計道路勘測設(shè)計 2.1 2.1 概概 述述 2.2 2.2 汽車的牽引力與牽引平衡汽車的牽引力與牽引平衡 2.3 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 2.4 2.4 汽車的制動性能汽車的制動性能 2.5 2.5 汽車在道路上的行駛軌跡汽車在道路上的行駛軌跡 道路勘測設(shè)計道路勘測設(shè)計道路勘測設(shè)計 重慶交通大學(xué)重慶交通大學(xué)重慶交通大學(xué) 2.1 概概 述述1.1.研究汽車行駛理論的意義研究汽車行駛理論的意義 汽車行駛理論(theory of automobile running)是一門在分析汽車行駛基本規(guī)律的基礎(chǔ)上，

2、研究汽車行駛原理、使用性能和行駛性能的學(xué)科。 通過研究，進一步分析影響汽車使用和行駛性能的各種因素，最大限度地從汽車構(gòu)造、公路設(shè)計以及其它行車條件等方面發(fā)揮汽車的使用效益。 2.1 概概 述述2.汽車的行駛性能汽車的行駛性能 1)動力性能動力性能(dynamic force) 2)通過性通過性（cross-country power） 3)制動性制動性 (braking power) 4)行駛穩(wěn)定性行駛穩(wěn)定性(running stability) 5)行駛平順性行駛平順性(smooth running) 6)操縱穩(wěn)定性操縱穩(wěn)定性(operating stability) 2.2 汽車的牽引力與

3、牽引平衡汽車的牽引力與牽引平衡 1.汽車行駛中的受力分析汽車行駛中的受力分析（1） 直線上行駛直線上行駛LhPMMhPhGfrLGZwwjjgjgaka21121sin)(cos （2-1） LhPMMhPhGfrLGZwwjjgjgaka21112sin)(cos （2-2） 2.2 汽車的牽引力與牽引平衡汽車的牽引力與牽引平衡 1.汽車行駛中的受力分析汽車行駛中的受力分析（2）曲線上行駛）曲線上行駛 BhPBPhGBGZgjyjygaarcossin2sincos2 （2-5） BhPBPhGBGZgjyjygaazcossin2sincos2 （2-6） 2.2 汽車的牽引力與牽引平衡汽

4、車的牽引力與牽引平衡 1.汽車行駛中的受力分析汽車行駛中的受力分析（1）牽引力）牽引力有效功率有效功率N ：單位時間內(nèi)具有的做功的能力。：單位時間內(nèi)具有的做功的能力。(KW)(KW)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n ：發(fā)動機曲軸單位時間內(nèi)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)：發(fā)動機曲軸單位時間內(nèi)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)(n/min)扭矩扭矩M ：發(fā)動機產(chǎn)生于曲軸上的轉(zhuǎn)動力矩。：發(fā)動機產(chǎn)生于曲軸上的轉(zhuǎn)動力矩。(Nm)轉(zhuǎn)動角速度轉(zhuǎn)動角速度：單位時間內(nèi)曲軸轉(zhuǎn)動的角度：單位時間內(nèi)曲軸轉(zhuǎn)動的角度(rad/s)1）汽車發(fā)動機的基本指標）汽車發(fā)動機的基本指標 2.2 汽車的牽引力與牽引平衡汽車的牽引力與牽引平衡 2.牽引力牽引力(tractive force)的產(chǎn)生及

5、傳遞的產(chǎn)生及傳遞2）發(fā)動機曲軸扭矩及外特性曲線 2.2 汽車的牽引力與牽引平衡汽車的牽引力與牽引平衡 2.牽引力牽引力(tractive force)的產(chǎn)生及傳遞的產(chǎn)生及傳遞發(fā)動機有效功率與曲軸扭矩的關(guān)系發(fā)動機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：則：M=9549N/n (Nm)該曲線稱發(fā)動機的特性曲線該曲線稱發(fā)動機的特性曲線外特性曲線外特性曲線節(jié)流閥全開，對應(yīng)的節(jié)流閥全開，對應(yīng)的曲線稱為發(fā)動機的外特性曲線。曲線稱為發(fā)動機的外特性曲線。由圖可見：由圖可見： 當(dāng)當(dāng)n=nmin，為最小穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速，為最小穩(wěn)定

6、工作轉(zhuǎn)速 當(dāng)當(dāng)n增大時，增大時，N，M都增大。都增大。 N=nM時，時，M=Mmax 當(dāng)當(dāng)n=nN時，時，N=Nmax 當(dāng)當(dāng)nnN時，時，N下降。下降。2）發(fā)動機曲軸扭矩及外特性曲線 2.2 汽車的牽引力與牽引平衡汽車的牽引力與牽引平衡 2.牽引力牽引力(tractive force)的產(chǎn)生及傳遞的產(chǎn)生及傳遞 發(fā)動機曲軸扭矩e離合器變速器iK傳動軸主傳動器i0車輪 PtiK=nen1 i0=n1nK MKeKiiMM0 kMkekktriiMrMP0 又 10006020iinrVkek=)/(377. 00hkmiirnkke 所以有牽引力 )(3600377. 0NVNMVnPMeMeet

7、 （2-10） eeeeenNnNM95492601000 2.2 汽車的牽引力與牽引平衡汽車的牽引力與牽引平衡 2.牽引力牽引力(tractive force)的產(chǎn)生及傳遞的產(chǎn)生及傳遞 2.2 汽車的牽引力與牽引平衡汽車的牽引力與牽引平衡 3.汽車的行駛阻力汽車的行駛阻力(resistance to motion of motor vehicle) （2）汽車的行駛阻力）汽車的行駛阻力2）坡度阻力3）空氣阻力4）慣性阻力1）滾動阻力 2.2 汽車的牽引力與牽引平衡汽車的牽引力與牽引平衡 3.汽車的行駛阻力汽車的行駛阻力(resistance to motion of motor vehicl

8、e) 1）滾動阻力：車輪滾動時輪胎與路面之間的摩擦阻力，是由于輪胎與路面變形引起的。GfRff 與路面的種類 、行駛車速、輪胎性質(zhì)有關(guān)。干燥平整的土干燥平整的土路路潮濕不平潮濕不平整的土路整的土路路面類型路面類型 碎石路面碎石路面值值0.010.020.020.020.0250.0250.030.050.050.040.050.050.070.150.15表面平整的黑表面平整的黑 色碎石路面色碎石路面水泥及瀝青水泥及瀝青混凝土路面混凝土路面路面種類：（2）汽車的行駛阻力）汽車的行駛阻力 2.2 汽車的牽引力與牽引平衡汽車的牽引力與牽引平衡 3.汽車的行駛阻力汽車的行駛阻力(resistance

9、 to motion of motor vehicle) 行駛車速：受車速影響較大。 V100時，f增加較快。V=150-200時，f 急劇增大。. 輪胎性質(zhì)：胎壓，輪胎材料，結(jié)構(gòu)。（2）汽車的行駛阻力）汽車的行駛阻力 2.2 汽車的牽引力與牽引平衡汽車的牽引力與牽引平衡 3.汽車的行駛阻力汽車的行駛阻力(resistance to motion of motor vehicle) sinGRi由于公路縱坡較小(1 45 100 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 1.汽車行駛的縱向穩(wěn)定汽車行駛的縱向穩(wěn)定(longitudinal stability)( (3 3) )縱

10、縱向向倒倒溜溜 下滑力=sinaG ，附著力=2Z 將（2-22）帶入得 LhGLGGgaaasincossin1 LhLgtantan1 （2-24） 因tan,h較小，可略去不計，并且adGGLL1， adGGLL1tan 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 1.汽車行駛的縱向穩(wěn)定汽車行駛的縱向穩(wěn)定(longitudinal stability) 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 1.汽車行駛的縱向穩(wěn)定汽車行駛的縱向穩(wěn)定(longitudinal stability) 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 2.汽車行駛的橫向

11、穩(wěn)定汽車行駛的橫向穩(wěn)定(lateral stability)（1 1）汽車在曲線上行駛所產(chǎn)生的橫向作用力）汽車在曲線上行駛所產(chǎn)生的橫向作用力 內(nèi) 外 法向力：sincosCGZa （大）sincosCGZa（?。?橫向力：sincosaGCY （?。﹕incosaGCY(大) 結(jié)論：內(nèi)側(cè)?。 sincosaGCY 很小，則0sin, 1cositg 0iGCYa RvgGCa2RGV1272 0202127127iRVGiGRVGYaaa 汽車橫向穩(wěn)定性不取決于 Y 的絕對值，而取決于橫向力與車重的比值 -叫橫向力系數(shù)橫向力系數(shù)(lateral force coefficient)，即： 02

12、127iRVGYa 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 2.汽車行駛的橫向穩(wěn)定汽車行駛的橫向穩(wěn)定(lateral stability) 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 2.汽車行駛的橫向穩(wěn)定汽車行駛的橫向穩(wěn)定(lateral stability) 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 2.汽車行駛的橫向穩(wěn)定汽車行駛的橫向穩(wěn)定(lateral stability) 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 2.汽車行駛的橫向穩(wěn)定汽車行駛的橫向穩(wěn)定(lateral stability)1）汽車在平曲線上行駛時的橫向

13、穩(wěn)定性主要取決于橫向力系數(shù)值的大?。┢囋谄角€上行駛時的橫向穩(wěn)定性主要取決于橫向力系數(shù)值的大小?，F(xiàn)代汽車在設(shè)計制造時重心較低，一般現(xiàn)代汽車在設(shè)計制造時重心較低，一般 ，即，即 ，而而 所以所以 。ghb212ghb5 . 0hghhb23） 裝載過高時可能發(fā)生傾覆現(xiàn)象。裝載過高時可能發(fā)生傾覆現(xiàn)象。 可見，在發(fā)生橫向傾覆之前先產(chǎn)生橫向滑移現(xiàn)象，為此，在道路設(shè)計中可見，在發(fā)生橫向傾覆之前先產(chǎn)生橫向滑移現(xiàn)象，為此，在道路設(shè)計中應(yīng)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。應(yīng)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。2）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

14、是：hGXghbGX2 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 2.汽車行駛的橫向穩(wěn)定汽車行駛的橫向穩(wěn)定(lateral stability) 2.4 汽車的制動性能汽車的制動性能 1.汽車的制動過程分析汽車的制動過程分析汽車的制動性汽車的制動性 (braking power) -指汽車在行駛中強制降低車速以至停車，或在下坡時保持一定速度行駛的能力。 汽車的制動過程汽車的制動過程車輪制動是利用制動器內(nèi)的摩擦阻力矩來形成與汽車運動方向相反的路面對車輪的切向摩擦阻力，簡稱為車輪制動力。 2.4 汽車的制動性能汽車的制動性能 2.制動時汽車的運動方程制動時汽車的運動方程 GPT(m

15、ax) （2-38） 汽車制動減速行駛時，作用于車輪上的力矩方向與行駛方向相反。 其余各項運動阻力與牽引行駛時一樣存在。 因此，這時汽車的運動力平衡方程可寫為 jwifTPPPPP （2-39） 由于制動初速度不高及速度下降迅速，故空氣阻力可略去不計， 即0wP，公式（2-39）可簡化為 jifTPPPP0 if 即 aaaGGdtdvgG （2-40） 2.4 汽車的制動性能汽車的制動性能 3.汽車制動性能汽車制動性能(braking power)的評價指標的評價指標 2.5 汽車在道路上的行駛軌跡汽車在道路上的行駛軌跡行駛中的汽車重心的軌跡有以下幾何特征：行駛中的汽車重心的軌跡有以下幾何特

16、征： 1) 軌跡連續(xù)且圓滑；軌跡連續(xù)且圓滑； 2) 曲率是連續(xù)的，即軌跡上任意一點不出現(xiàn)兩個曲率是連續(xù)的，即軌跡上任意一點不出現(xiàn)兩個曲率值；曲率值； 3) 曲率變化是連續(xù)的，即軌跡上任意一點不出曲率變化是連續(xù)的，即軌跡上任意一點不出現(xiàn)兩個曲率變化率值?，F(xiàn)兩個曲率變化率值。 2.5 汽車在道路上的行駛軌跡汽車在道路上的行駛軌跡 1.汽車在彎道上行駛的力汽車在彎道上行駛的力牽引力牽引力+路面附著力路面附著力+離心力離心力+四個輪上的向心力四個輪上的向心力 2.5 汽車在道路上的行駛軌跡汽車在道路上的行駛軌跡 2.汽車在彎道上行駛汽車在彎道上行駛的軌跡的軌跡(running trace)設(shè)汽車方向盤

17、轉(zhuǎn)動角為， 前輪轉(zhuǎn)向角為， 兩者的關(guān)系為K （1K） 即 K1 設(shè)汽車旋轉(zhuǎn)半徑為，汽車軸距為0L得 KLLL000sin0L （2-44） 如圖 2-12 所示，設(shè)行駛距離為s，旋轉(zhuǎn)切線角為，方向盤轉(zhuǎn)動角速度為 (s)， 汽車加速度為 a(m/s)，汽車速度為 v(m/s)，則有如下關(guān)系式 dds dtdsv dtdKdtddtdsdtdva122 車體的轉(zhuǎn)動角速度(ddt)及角加速度(d2dt)為 01LvKvdtdsdsddtd )()(0022avLKvdtdvdtdvLKdtd 行駛路線軌跡的轉(zhuǎn)動角，可從上式求得 dtvLK0 （2-45） 由 vdts，則行駛路線軌跡的直角坐標表達式為 dtvdsydtvdsxsinsincoscos （2-46） 當(dāng)以不同的角速度操作方向盤行駛時，可求出汽車相應(yīng)的行駛軌跡分別為圓弧、回旋線等。 2.5 汽車在道路上的行駛軌跡汽車在道路上的行駛軌跡 2.汽車在彎道上行駛汽車在彎道上行駛的軌跡的軌跡(running trace)1) 圓弧 設(shè)汽車等速行駛v方向盤轉(zhuǎn)動角度0不變時，則RKL00，從式（2-45）得tLKv000 帶入（2-46）式得到行駛軌跡為 tLKvKLytLKvKLx0000000000cos1sin (2-47) 顯然此時的汽車行駛軌跡為圓弧。 2.5 汽車在道路上的行駛軌跡汽