道路勘測第二章汽車的行駛理論

§2.2汽車的驅(qū)動力和行駛阻力汽車的驅(qū)動力汽車行駛的驅(qū)動力來自它的內(nèi)燃發(fā)動機。在發(fā)動機里熱能轉(zhuǎn)化成機械能經(jīng)過傳動系變速和傳動，將曲軸的扭矩傳給驅(qū)動輪，產(chǎn)生Mk的扭矩驅(qū)動汽車驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)，輪胎對路面產(chǎn)生向后的水平推力，則路面對車輛產(chǎn)生向前的推力，驅(qū)使汽車行駛。1-離合器2-變速器3-萬向節(jié)4-驅(qū)動橋5-差速器6-半軸7-主減速器8-傳動軸圖為傳統(tǒng)的發(fā)動機縱向安裝在汽車前部，后橋驅(qū)動的4×2汽車布置示意圖。發(fā)動機發(fā)出的動力經(jīng)離合器、變速器、萬向傳動裝置傳到驅(qū)動橋。在驅(qū)動橋處，動力經(jīng)過主減速器、差速器和半軸傳給驅(qū)動車輪?！?.2汽車的驅(qū)動力和行駛阻力表征汽車發(fā)動機特性的基本指標①有效功率有效功率指汽車在單位時間內(nèi)所具有的做功的能力，單位為千瓦（KW）。不同的汽車，發(fā)動機性能不同，所發(fā)出的有效功率也不同。如在發(fā)動機轉(zhuǎn)速為3000時，不同汽車發(fā)動機所發(fā)出的最大功率分別為：解放CA—141，Nmax=99KW/3000r（135馬力）；黃河JN—150，Nmax=117.6kw/1800r；紅旗小轎車CA-772，Nmax=161.8KW/4000r。

§2.2汽車的驅(qū)動力和行駛阻力②轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速是指發(fā)動機曲軸單位時間內(nèi)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，用每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)（r/min）為單位。轉(zhuǎn)速的大小影響汽車行駛的快慢。③扭矩扭矩是指汽車發(fā)動機產(chǎn)生于曲軸上的轉(zhuǎn)動力矩，用牛頓米（N.m

）為單位。汽車發(fā)動機扭矩的大小，決定了汽車產(chǎn)生牽引力的大小?！?.2汽車的驅(qū)動力和行駛阻力發(fā)動機曲軸扭矩M及發(fā)動機轉(zhuǎn)速特性發(fā)動機輸出的功率N與產(chǎn)生的扭矩M的關(guān)系TrM§2.2汽車的驅(qū)動力和行駛阻力汽車的外特征曲線：汽車最大有效功率Ne與曲軸轉(zhuǎn)數(shù)ne之間的關(guān)系曲線（節(jié)氣閥全開時，最大供油量）。表示發(fā)動機的基本特性。一般ne較小時，Ne隨著ne的增大而增大，當超過一定值后，ne增大，機械損失增大，Ne減小。該曲線由實驗確定，即Me由實驗確定§2.2汽車的驅(qū)動力和行駛阻力驅(qū)動輪的扭距和牽引力：發(fā)動機曲軸上的扭矩Me經(jīng)過變速箱（速比ik）和主傳動器（速比i0）兩次變速，兩次變速的總變速比為：=i0·ik；傳動系統(tǒng)的機械效率為ηT<1.0（載重車0.8~0.85，小轎車0.85~0.95）；傳到驅(qū)動輪上的扭矩Mk為：

Mk=MeηT

驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)速nk為：

§2.2汽車的驅(qū)動力和行駛阻力車速V與發(fā)動機轉(zhuǎn)速關(guān)系：§2.2汽車的驅(qū)動力和行駛阻力汽車的牽引力與車速的關(guān)系：

如果要求汽車具有較大的牽引力，則必須采用較大的變速比，但隨著變速比的增大，車速V會降低，因此汽車設(shè)有幾個排檔，各檔具有固定的變速比或最大速度值。采用低速檔，能獲得較大的牽引力和較低車速，采用高速檔，能獲得較高的車速和較小的牽引力?！?.2汽車的驅(qū)動力和行駛阻力汽車行駛阻力:

汽車在運動時，需要不斷克服行駛中所遇到的各種阻力。這些阻力主要有空氣阻力、道路阻力（滾動阻力、坡度阻力）和慣性阻力。空氣阻力：

汽車在行駛中，由于迎面空氣質(zhì)點的壓力，車后的真空吸力及空氣質(zhì)點與車身表面的摩擦力阻礙汽車前進，總稱為空氣阻力。

對汽車列車的空氣阻力，一般可按每節(jié)掛車的空氣阻力為其牽引車的20%折算。K見表2-2§2.2汽車的驅(qū)動力和行駛阻力道路阻力道路阻力是由輪胎彈性變形和道路的不同路面類型及縱坡度而產(chǎn)生的阻力，主要包括滾動阻力和坡度阻力。（1）滾動阻力彈性輪胎反復(fù)變形時，其材料內(nèi)部發(fā)生摩擦要消耗一部分功率。在柔性路面上汽車行駛時不僅輪胎變形，而且路面也會變形，其接觸面之間產(chǎn)生摩擦要消耗部分功率。另外，由于路面的不平整而造成輪胎震動和撞擊引起部分功率的消耗?！?.2汽車的驅(qū)動力和行駛阻力滾動阻力的計算：滾動阻力與汽車的總重力成正比，若坡道傾角為α?xí)r，其值可用下式計算。

Rf＝Gfcosα

由于坡道傾角α一般較小，認為cosα≈1，則

Rf=Gf

（N）式中：Rf——滾動阻力（N）；

G——車輛總重力（N）；

f——滾動阻力系數(shù)，它與路面類型、輪胎結(jié)構(gòu)和行駛速度等有關(guān)，一般應(yīng)由試驗確定，在一定類型的輪胎和一定車速范圍內(nèi)，可視為只和路面狀況有關(guān)的常數(shù)，見表2-1?！?.2汽車的驅(qū)動力和行駛阻力§2.2汽車的驅(qū)動力和行駛阻力坡度阻力：汽車在坡道傾角為α的道路上行駛時，車重G在平行于路面方向的分力為Gsinα，上坡時它與汽車前進方向相反，阻礙汽車行駛；而下坡時與前進方向相同，助推汽車行駛。坡度阻力可用下式計算

Ri=Gsinα

因坡道傾角一般較小，認為sinα≈tgα＝i，則Ri=Gi

（N）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?！?.2汽車的驅(qū)動力和行駛阻力慣性阻力：

汽車變速行駛時，需要克服其質(zhì)量變化運動時產(chǎn)生的慣性力和慣性力矩稱為慣性阻力，用Rj表示。慣性阻力包括汽車整體質(zhì)量保持原來的運動狀態(tài)所產(chǎn)生的平移慣性阻力和由汽車各轉(zhuǎn)動部件減、加速度所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)慣性阻力。式中：δ——慣性力系數(shù)（或旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)）。

δ＝l＋δ1＋δ2ik2

δ1——表示汽車車輪慣性力的影響系數(shù)，一般

δ1=0.03～0.05；

δ2——表示發(fā)動機飛輪慣性力的影響系數(shù)，一般小客車δ2=0.05～0.07，載重汽車δ2=0.04～0.05；

ik——變速箱的速比?！?.2汽車的驅(qū)動力和行駛阻力總阻力：注：Ri和Rj均有正、負之分。§2.3汽車的行駛條件汽車行駛的必要條件—驅(qū)動條件：為使汽車穩(wěn)定運動，汽車的牽引力必須不小于汽車行駛時所遇到的各項阻力之和。上式即為牽引力平衡方程。由上面分析可知，汽車行駛的第一個必要條件（即驅(qū)動條件

）是：汽車在道路上行駛，必須有足夠的牽引力來克服各項行駛阻力，即汽車的牽引力必須大于等于汽車的行駛阻力。即：T≥R§2.3汽車的行駛條件汽車行駛的充分條件--附著條件:

汽車牽引力的發(fā)揮必須受驅(qū)動輪與路面間的附著力的限制，即牽引力不能大于驅(qū)動輪胎與地面間的最大摩擦力（即附著力）這就是汽車行駛的充分條件?！街禂?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，計算時可按表2-3選用；

Gk——驅(qū)動輪荷載，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。§2.3汽車的行駛條件汽車行駛的安全條件—行駛的穩(wěn)定性汽車的縱向穩(wěn)定性：汽車在行駛過程中，隨著運動狀態(tài)的改變，作用在前后車輪上的法向反作用力亦有相應(yīng)的變化。若汽車在某一運動狀態(tài)下，前輪的法向反作用力為零時，則汽車將發(fā)生前軸車輪離地而導(dǎo)致縱向傾覆。當驅(qū)動輪與路面的附著力不足以克服下滑力時，汽車將喪失行駛能力。此兩種情況均為汽車的縱向失穩(wěn)，導(dǎo)致汽車縱向傾覆或倒溜§2.3汽車的行駛條件影響穩(wěn)定性的因素：

①汽車本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)；②駕駛員的因素；③作用于汽車的外因。縱向傾覆：

前輪法向作用力為零。對后輪取距：§2.3汽車的行駛條件臨界狀態(tài)：汽車前輪法向反作用力Z1為零。

Z1L-Gl2cosα0+Ghgsinα0=0Z1L=Gl2cosα0-Ghgsinα0=0

§2.3汽車的行駛條件

i0為前輪法向反力為零時，公路的極限坡度角。因此汽車重心至后輪距離l2越大，汽車重心越低，則汽車能克服的縱向坡度越大，縱向穩(wěn)定性越好?？v向倒溜：驅(qū)動輪（后輪）發(fā)生滑移。其臨界狀態(tài)時,下滑力等于驅(qū)動輪與路面的附著力

§2.3汽車的行駛條件當公路的坡度角α大于α?xí)r，由于驅(qū)動輪受附著條件限制，所能產(chǎn)生的牽引力不足以克服由于坡度α產(chǎn)生的下滑力，汽車將產(chǎn)生發(fā)生倒溜(縱向滑移)。§2.3汽車的行駛條件縱向穩(wěn)定性的保證：因為，即α0>α

，則汽車在坡道上行駛時發(fā)生倒溜的現(xiàn)象在傾覆前出現(xiàn)，這樣避免了汽車的縱向傾覆。但在運輸過程中，裝載高度應(yīng)受到限制。為避免發(fā)生倒溜，即要求tanα<tanα，即tanα<Gk/G對一般載重汽車，Gk/G=0.6～0.8，泥濘時取＝0.2，冰滑時0.1，則泥濘時tanα<0.12～0.16，冰滑時tanα<0.06～0.08。由此可確定最大縱坡度?！?.3汽車的行駛條件汽車行駛的橫向穩(wěn)定性1）汽車在曲線上行駛時受到的附加力---離心力F：

v、V汽車的行駛速度（m/s，km/h）。vF§2.3汽車的行駛條件2）抵消部分離心力的工程措施---設(shè)置超高超高：內(nèi)低外高的單向橫破。

G的分力抵消一部分離心力，另一部分由車輪的橫向摩阻力抵消。XY§2.3汽車的行駛條件3）汽車行駛中受到的橫向力：μ：橫向力系數(shù)，越大，汽車行駛越不穩(wěn)定。因此：=X/G§2.3汽車的行駛條件4）橫向穩(wěn)定性分析：a.橫向傾覆：當橫向力X產(chǎn)生的傾覆力矩大于車重產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩時，汽車發(fā)生橫向傾覆：XY為安全應(yīng)該滿足：§2.3汽車的行駛條件§2.3汽車的行駛條件b.橫向滑移：當橫向力大于輪胎與路面之間橫向摩阻力平衡時，汽車將失去平衡，產(chǎn)生橫向滑移：：橫向摩阻系數(shù)為安全，應(yīng)保證：§2.3汽車的行駛條件c.橫向滑移和橫向傾覆的比較：若：

>則滑移先于傾覆，反之，傾覆先于滑移?，F(xiàn)代汽車一般>§2.3汽車的行駛條件汽車的縱橫組合向穩(wěn)定性當汽車行駛在既有縱坡，又有橫坡的彎道上時，在下坡時，汽車將產(chǎn)生向合成坡度方向傾斜、滑移甚至傾覆的可能。設(shè)縱坡為，橫坡為，則作用在前軸上的荷載Z1為：LL2L1GasinαGacosαGahgαZ2Z1§2.3汽車的行駛條件離心力分配在前軸上的力F1為：XY作用在前軸上的總荷載，簡化后為：在平直段上，作用于前軸上的荷載:在下坡的平曲線上，荷載的增量為：§2.3汽車的行駛條件在直坡段上：在曲線段的坡道上，如果仍以最大縱坡作為控制依據(jù)，則有：§2.4汽車的動力性能汽車的動力因素和行駛性能圖：汽車的動力性能：指汽車所具有的加速、上坡、最大速度等的性能。汽車的動力性能愈好，速度就愈高，所能克服的行駛阻力也愈大。汽車的動力因數(shù):

汽車行駛的平衡方程:T-Rw=Rf+Ri+Rj

上式等號左端T-Rw稱為汽車的有效牽引力，T、RW之值均與汽車的構(gòu)造和行駛速度有關(guān)。代入表達式:§2.4汽車的動力性能令上式左邊為D，稱D為動力因素，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。反映爬坡及加減速的能力。

當汽車作等速行駛：

D=f+i=ψψ稱為道路阻力系數(shù)§2.4汽車的動力性能當排擋一定，發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)ne一定時，即可根據(jù)下列公式計算不同ne時的V和對應(yīng)的D。Ne：可由外特征曲線求得?！?.4汽車的動力性能動力特性圖D-----V關(guān)系圖只要某一排擋及曲軸轉(zhuǎn)速確定，即可求出V及對應(yīng)的D。從而可繪出D—V圖通過該圖可反過來確定某排擋時的最高速度(a=0)、臨界速度（與Dmax對應(yīng)的速度）、加速度和所能克服的坡度等?！?.4汽車的動力性能

海拔荷載修正系數(shù)λ:

當?shù)缆匪诘夭辉诤Ｆ矫嫔希囈膊皇菨M載，由于海拔增高，氣壓降低，使發(fā)動機輸出功率、汽車的驅(qū)動力及空氣阻力都隨之降低，所以，應(yīng)對動力因數(shù)D進行修正。方法是給D乘以一個修正系數(shù)

λ稱為動力因數(shù)D的海拔荷載修正系數(shù)，其值為G、G’：滿載與實際載重?！?.4汽車的動力性能式中：ξ——海拔系數(shù)，見圖3-6§2.4汽車的動力性能汽車的行駛狀態(tài)：當汽車的動力因數(shù)為D，道路阻力為ψ，汽車的行駛