第2章 汽車行駛理論初步

第2章汽車行駛理論初步第2章汽車行駛理論初步現(xiàn)代道路主要服務(wù)對(duì)象－－汽車道路設(shè)計(jì)前提－－滿足汽車行駛的要求汽車行駛總的要求－－安全、迅速、經(jīng)濟(jì)、舒適一要保證汽車行駛穩(wěn)定性，不倒溜、不滑移、不傾覆二盡可能提高車速，降低運(yùn)輸成本，以提高運(yùn)輸效率三盡量使乘客和駕駛員感到舒適掌握汽車的動(dòng)力特性及其與道路線形設(shè)計(jì)的基本關(guān)系，了解有關(guān)道路勘測(cè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)第2章汽車行駛理論初步汽車的外力——牽引力與行駛阻力

2.1汽車的牽引力及行駛阻力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。汽車行駛的驅(qū)動(dòng)力來自它的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。牽引力內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)N

產(chǎn)生曲軸扭矩M驅(qū)動(dòng)輪扭矩Mk第2章汽車行駛理論初步第2章汽車行駛理論初步對(duì)汽車驅(qū)動(dòng)性能進(jìn)行分析時(shí)，只需研究功率N和扭矩M與轉(zhuǎn)數(shù)n之間的關(guān)系曲線2.1.1.1發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸扭矩M

式中：M——發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的扭矩(N·m)N——發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率（kW）n——發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)速(r/min)第2章汽車行駛理論初步發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸上的扭矩M，經(jīng)過一系列的變速、傳動(dòng)后傳遞給驅(qū)動(dòng)輪，使驅(qū)動(dòng)輪產(chǎn)生扭矩Mk2.1.1.2驅(qū)動(dòng)輪扭矩MkMk=MγηT

Mk－汽車驅(qū)動(dòng)輪扭矩（N·m）γ－總變速比，γ=i0·ikM－發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸扭矩（N·m）ηT－傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械效率此時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)速nk、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），一般為未變形半徑r0的0.93~0.96倍。第2章汽車行駛理論初步2.1.1.3汽車的牽引力分析T為牽引力，汽車行駛阻力R抗衡第2章汽車行駛理論初步分析車速V的計(jì)算公式可看出牽引力T與功率N之間的關(guān)系，發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率越大，汽車的牽引力越大

2.1.1.3汽車的牽引力第2章汽車行駛理論初步汽車行駛時(shí)需要不斷克服運(yùn)動(dòng)中所遇的各種阻力這些阻力主要包括：1、空氣阻力2、道路阻力3、慣性阻力

2.1.2汽車的行駛阻力

第2章汽車行駛理論初步

汽車在行駛中，由于迎面空氣的壓力、車后的真空吸力及空氣與車身表面的摩擦力阻礙汽車前進(jìn)，總稱為空氣阻力。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。汽車在運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的空氣阻力Rw可以用下式計(jì)算：

式中：K——空氣阻力系數(shù)A——汽車迎風(fēng)面積（m2），KA也稱為汽車流線型因數(shù)V——汽車與空氣的相對(duì)速度（km/s），可近似地取汽車的行駛速度

2.1.2.1空氣阻力

第2章汽車行駛理論初步（1）滾動(dòng)阻力

路面類型、輪胎結(jié)構(gòu)及行駛速度等有關(guān)。滾動(dòng)阻力與輪胎承受的力成正比，即

式中：Rf——滾動(dòng)阻力(N)G——汽車的總重力(N)f——滾動(dòng)阻力系數(shù)，見下表2.1.2.2道路阻力

Rf=Gf(N)表5－1各類路面滾動(dòng)阻力系數(shù)f值路面類型水泥及瀝青混凝土路面表面平整的黑色碎石路面碎石路面干燥平整的土路潮濕不平整的土路f值0.01～0.020.02～0.0250.03～0.050.04～0.050.07～0.15第2章汽車行駛理論初步（2）坡度阻力

汽車在坡道上行駛時(shí)，汽車重量在平行于路面方向有分力，上坡時(shí)分力與汽車前進(jìn)方向相反，阻礙汽車行駛，而下坡時(shí)分力與前進(jìn)方向相同，推動(dòng)汽車行駛。坡度阻力可用下式計(jì)算

式中：RI——坡度阻力（N）G——車輛總重力（N）α——道路縱坡傾角i——道路縱坡度，上坡為正；下坡為負(fù)

RI=Gsinα

當(dāng)sinα≈tgα=i

時(shí)RI=Gi

滾動(dòng)阻力和坡度阻力均與道路狀況有關(guān)，且都與汽車的總重力成正比，將它們統(tǒng)稱為道路阻力，以RR表示

RR=G(f+i

)（N）汽車的總行駛阻力：第2章汽車行駛理論初步汽車變速行駛時(shí)，需要克服其質(zhì)量變速運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性和慣性力矩稱為慣性阻力，用RI表示式中：RI——慣性阻力（N）

G——車輛總重力（N）

g——重力加速度（m/s2）

δ——慣性力系數(shù)（或旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)）

小結(jié)

R=RW+RR+RI

2.1.2.3慣性阻力

T=R=RW+RR+RI

第2章汽車行駛理論初步2.1.3汽車的運(yùn)動(dòng)方程式和行駛條件

汽車有足夠的牽引力來克服各種行駛阻力2.1.3.1汽車的運(yùn)動(dòng)方程式

牽引力T將有關(guān)公式代入牽引平衡方程式，則汽車的運(yùn)動(dòng)方程式U：負(fù)荷率第2章汽車行駛理論初步（行使必要條件）

2.1.3.1汽車的行駛條件T≥R

(行使充分條件）

T≤φGk

式中：φ——附著系數(shù)（可理解為滑動(dòng)摩擦系數(shù)），主要取決于路面的粗糙程度和潮濕泥濘程度，輪胎的花紋和氣壓，以及車速和荷載等，見表5-2（下頁(yè)）Gk——作用在驅(qū)動(dòng)輪的荷載。一般情況下，小汽車為總重的0.5~0.65倍，載重車為總重的0.65~0.80倍第2章汽車行駛理論初步汽車行駛條件對(duì)路面提出了一定要求：宏觀上：要求路面平整而堅(jiān)實(shí)，盡量減小滾動(dòng)阻力（滿足規(guī)范平整度要求）微觀上：要求路面粗糙而不滑，以增大附著力（混凝土路面壓紋）表5－2各類路面上附著系數(shù)φ的平均值

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第2章汽車行駛理論初步2.2汽車的動(dòng)力特性及加、減速行程2.2.1汽車的動(dòng)力因數(shù)

T=R=RW+RR+RI

T-RW=RR+RI

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。研究汽車的動(dòng)力性能的目的：為道路縱斷面設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)

D稱為動(dòng)力因數(shù)：?jiǎn)挝卉囍鼐邆涞臓恳凉摿?。表征某型汽車在海平面高程上，滿載情況下，單位車重克服道路阻力和慣性阻力的性能

第2章汽車行駛理論初步2.2.1汽車的動(dòng)力因數(shù)

λ為動(dòng)力因數(shù)D的海拔荷載修正系數(shù)1、海平面2、滿載第2章汽車行駛理論初步2.2.1汽車的動(dòng)力因數(shù)

第2章汽車行駛理論初步2.2.1汽車的動(dòng)力因數(shù)

思考？第2章汽車行駛理論初步2.2.2汽車的行駛狀態(tài)

對(duì)不同排檔的D—V曲線，D值都有一定使用范圍，檔位愈低，D值愈大，而車速愈低。當(dāng)汽車的動(dòng)力因數(shù)為D，道路阻力為ψ，汽車的行駛狀態(tài)有以下三種情況：

汽車的爬坡能力用最大爬坡坡度評(píng)定節(jié)流閥全開、滿載、正常路面上、最低檔行駛最大縱坡i第2章汽車行駛理論初步2.2.3汽車的爬坡能力坡度i較大時(shí)求解a，最大坡度imax=tan(a)汽車的加速性能是指汽車在各種使用條件下迅速增加行駛速度的能力，可用加速度、加速時(shí)間和行程來評(píng)定。汽車的加速度愈大，加速時(shí)間和行程愈短，汽車的加速性能愈好。第2章汽車行駛理論初步2.2.4汽車的加、減速行程

由ds=vdt及加、減速度a=dv/dt(m/s2)，得

（a≠0）設(shè)初速V1，終速V2對(duì)上式積分，并將車速v(m/s)化成V（km/h），得為使用方便，對(duì)上式積分，將數(shù)據(jù)繪制加、減速行程圖，以備查用第2章汽車行駛理論初步第2章汽車行駛理論初步思考？第2章汽車行駛理論初步第2章汽車行駛理論初步習(xí)題一：某道路滾動(dòng)阻力系數(shù)為0.02，東風(fēng)EQ-140汽車滿載行駛，使用I檔爬坡，速度保持10km/h。求海拔高度H=5000m能克服的最大坡度i

？習(xí)題二：已知λ=0.75，f=0.01，東風(fēng)EQ-140載重車以80km/h速度在3.5%的坡道上爬坡，當(dāng)速度降為60km/h時(shí)；問：此時(shí)已爬坡道長(zhǎng)多少米？課堂習(xí)題解：H=5000m，ζ=(1-2.26*10e-5*5000)2.3=0.53=λ（滿載）查圖2-3，I檔、10km/h對(duì)應(yīng)D=0.27由a=0，f=0.02，λ=0.53，D=0.27帶入公式：解得：i=12.3%第2章汽車行駛理論初步習(xí)題一：某道路滾動(dòng)阻力系數(shù)為0.02，東風(fēng)EQ-140汽車滿載行駛，使用I檔爬坡，速度保持10km/h。求海拔高度H=5000m能克服的最大坡度i

？課堂習(xí)題解：（f+i）/λ=（0.01+0.035）/0.75=0.06（查6號(hào)線）80km/h對(duì)應(yīng)λS1=10060km/h對(duì)應(yīng)λS2=450S=(λS2-λS1)/λ=(450-100)/0.75=467m第2章汽車行駛理論初步習(xí)題二：已知λ=0.75，f=0.01，東風(fēng)EQ-140載重車以80km/h速度在3.5%的坡道上爬坡，當(dāng)速度降為60km/h時(shí)；問：此時(shí)已爬坡道長(zhǎng)多少米？課堂習(xí)題汽車的行駛穩(wěn)定性是指汽車在行駛過程中，在外部因素作用下，汽車尚能保持正常行駛狀態(tài)和方向，不致失去控制而產(chǎn)生滑移、傾覆等現(xiàn)象的能力影響汽車行駛穩(wěn)定性的主要因素:汽車本身結(jié)構(gòu)參數(shù)、駕駛員操作技術(shù)以及道路與環(huán)境等外部因素用力學(xué)平衡原理分析汽車行駛的穩(wěn)定性，從而為道路幾何線形設(shè)計(jì)提供依據(jù)第2章汽車行駛理論初步2.3汽車的行駛穩(wěn)定性第2章汽車行駛理論初步2.3.1汽車行駛的縱向穩(wěn)定性

第2章汽車行駛理論初步2.3.1.1縱向傾覆條件分析用縱向傾覆的臨界狀態(tài)為分析依據(jù)（O2力矩平衡）式中：α0

——Z1為零時(shí)極限坡道傾角

i0——Z1為零時(shí)道路的縱坡度第2章汽車行駛理論初步2.3.1.2縱向倒溜條件分析

倒溜狀態(tài)：下滑力與附著力平衡αφ—產(chǎn)生縱向倒溜臨界狀態(tài)時(shí)坡道傾角；iφ

—產(chǎn)生縱向倒溜臨界狀態(tài)時(shí)道路縱坡度

其中對(duì)點(diǎn)O1取矩，可得：因hg*tgαφ較小，可略去不計(jì)，且

第2章汽車行駛理論初步2.3.1.2縱向穩(wěn)定性的保證

分析式上面兩式，一般l2

/hg接近1，而遠(yuǎn)小于1

即iφ<i0

第2章汽車行駛理論初步2.3.2汽車行駛的橫向穩(wěn)定性

2.3.2.1汽車在平曲線上行駛時(shí)受力分析

式中：F—離心力（N）R—平曲線半徑（m）V—汽車行駛速度（m/s）

第2章汽車行駛理論初步概念：超高ih路面橫向傾角α一般很小，則sinα≈tgα=ih，cosα≈1

第2章汽車行駛理論初步單位車重力的橫向力=u橫向力系數(shù)

車速v(m/s)化成V（km/h）

橫向力系數(shù)與車速、平曲線半徑及超高之間的關(guān)系u值愈大、汽車在平曲線上的穩(wěn)定性愈差分析式中：R——平曲線半徑（m）u——橫向力系數(shù)V——行車速度（km/h）ih——橫向超高坡度2.3.2.1汽車在平曲線上行駛時(shí)受力分析

第2章汽車行駛理論初步2.3.2.2橫向傾覆條件分析為使汽車不產(chǎn)生傾覆，必須使傾覆力矩小于或等于穩(wěn)定力矩Fih比G小得多略去不計(jì)

式中：b——汽車輪距（m）hg——汽車重心高度（m）將代入，可得下式：利用此式可計(jì)算汽車在平曲線上行駛時(shí)，不產(chǎn)生橫向傾覆的最小平曲線半徑R或最大允許行駛速度V

第2章汽車行駛理論初步2.3.2.3橫向滑移條件分析

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

式中：φh

——橫向附著系數(shù)，一般φh

=（0.6~0.7）φ,φ值見P32將代入，可得下式：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R或最大允許行駛速度V

各類路面上附著系數(shù)φ的平均值－鏈接

第2章汽車行駛理論初步2.3.2.4橫向穩(wěn)定性的保證

汽車不產(chǎn)生傾覆汽車不產(chǎn)生滑移第2章汽車行駛理論初步汽車的制動(dòng)性能是指汽車行駛中強(qiáng)制降低車速以至停車，或在下坡時(shí)能保持一定速度行駛的能力。=====================================

汽車的制動(dòng)性能直接關(guān)系到汽車的行駛安全，影響路線設(shè)計(jì)行車視距、山區(qū)公路中陡坡長(zhǎng)度指標(biāo)及緩和坡段的設(shè)置等。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)性能是汽車行駛安全的重要保障

2.4汽車的制動(dòng)性能第2章汽車行駛理論初步2.4.2制動(dòng)距離

汽車的制動(dòng)過程：人為地增加汽車的行駛阻力，使汽車的動(dòng)能或位能（當(dāng)汽車下坡時(shí)）轉(zhuǎn)化為熱能的過程。P=Gφ

式中：G——分配到制動(dòng)輪上的汽車重力。（N）φ——路面與輪胎之間的附著系數(shù)制動(dòng)力P的方向與汽車運(yùn)動(dòng)方向相反，制動(dòng)平衡方程式（略去空氣阻力）第2章汽車行駛理論初步2.4.1制動(dòng)平衡方程式

上式中：a——制動(dòng)減速度（m/s2）Φ——道路阻力系數(shù)，Φ=f+iv(m/s)－>V（km/h）積分后可得上式中：S——制動(dòng)距離（m）V1——制動(dòng)初速度（km/h）V2——制動(dòng)終速度（km/h）當(dāng)制動(dòng)到汽車停止時(shí)V2=0汽車行駛的燃料消耗主要與發(fā)動(dòng)機(jī)有關(guān)，除此外，還要受到道路的狀況、交通情況、駕駛技術(shù)及環(huán)境評(píng)價(jià)等方面的影響。通常用下述指標(biāo)作為燃料經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo):第2章汽車行駛理論初步2.5汽車的行車經(jīng)濟(jì)性100km行程燃料消耗數(shù)Qs

第2章汽車行駛理論初步第2章汽車行駛理論初步

在2009年法蘭克福國(guó)際汽車展上，大眾汽車首次展示了最新研發(fā)的L1汽車。這輛已接近量產(chǎn)的全新車型具備極佳的空氣動(dòng)力特性，風(fēng)阻系數(shù)僅為0.195。憑借著0.8升TDI柴油直噴發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)和7檔DSG構(gòu)成的世界上最節(jié)省油的混合動(dòng)力系統(tǒng)，和重量?jī)H為124公斤的強(qiáng)化碳纖維材料車身，L1能夠?qū)崿F(xiàn)1.38升的百公里超低油耗，從而成為當(dāng)今世界上最省油的混合動(dòng)力轎車，同時(shí)這輛汽車的最高時(shí)速仍然可達(dá)160公里，二氧化碳排放僅為36g/km第2章汽車行駛理論初步第2章汽車行駛理論初步2.6勘測(cè)設(shè)計(jì)的階段預(yù)可行性研究工程可行性研究初步設(shè)計(jì)（初測(cè)）技術(shù)設(shè)計(jì)施工圖設(shè)計(jì)（定測(cè)）第2章汽車行駛理論初步2.7勘測(cè)設(shè)計(jì)的依據(jù)2.7.1設(shè)計(jì)車輛

設(shè)計(jì)車輛是指道路幾何設(shè)計(jì)所依據(jù)的車輛公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2.0.1城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范2.3.1公路小客車載重車鞍式列車城市道路小型汽車普通汽車鉸接車第2章汽車行駛理論初步JTGB01-2003第2章汽車行駛理論初步CJJ37—90規(guī)范

第2章汽車行駛理論初步2.7.2設(shè)計(jì)車速

指道路幾何設(shè)計(jì)依據(jù)的車速，即在氣候正常、交通密度小、汽車運(yùn)行只受道路本身?xiàng)l件（幾何線形、路面條件、附屬設(shè)施等）影響時(shí)，一般駕駛員能保持安全而舒適地行駛的最大行車速度，也稱計(jì)算行車速度

第2章汽車行駛理論初步2.7.2設(shè)計(jì)車速

CJJ37—90規(guī)范

JTGB01-2003第2章汽車行駛理論初步2.7.3設(shè)計(jì)交通量

設(shè)計(jì)交通量指道路設(shè)計(jì)年限內(nèi)預(yù)測(cè)的能夠達(dá)到的設(shè)計(jì)采用最大交通量車輛換算的方法一、以具有代表性的平均車頭時(shí)距(time