道勘設(shè)計(jì)第二章汽車行駛理論簡介

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。第二章汽車行駛理論簡介汽車行駛理論——是在分析汽車行駛基本規(guī)律的基礎(chǔ)上，研究汽車行駛原理、實(shí)用性能和行駛性能，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(jì)以及其它行車條件等方面發(fā)揮汽車的使用效益。汽車行駛的基本要求行駛穩(wěn)定行車快速行車暢通行車舒適半徑設(shè)計(jì)要合理縱橫坡度應(yīng)適當(dāng)具有足夠附著力控制半徑坡度坡長合理設(shè)置超高加寬合理設(shè)置緩和曲線平面視距要保證豎曲線設(shè)計(jì)要合適具有足夠行車寬度平縱組合應(yīng)適當(dāng)線形與景觀相協(xié)調(diào)第一節(jié)汽車的行駛性能與受力分析一、汽車的行駛性能

1.動(dòng)力性能 是指汽車所具有的牽引力，是決定汽車加速、爬坡和最大速度的性能。汽車的動(dòng)力性能越好，車速越高，爬坡能力和加速能力就越好。 2.通過性（又稱越野性） 指汽車在各種道路和無路地帶行駛的能力。汽車通過性能越好，汽車使用的范圍就越廣。 3.制動(dòng)性 指汽車強(qiáng)制停車和減低車速的能力。汽車制動(dòng)性能的好壞，直接關(guān)系到行車安全，制動(dòng)性能好，汽車才能以較高的車速行駛。

第一節(jié)汽車的行駛性能與受力分析一、汽車的行駛性能

4.行駛穩(wěn)定性 指汽車遵循駕駛者指定方向行駛的能力，它包括汽車的轉(zhuǎn)向特性、高速穩(wěn)定性和操縱輕便性。汽車行駛穩(wěn)定性直接關(guān)系到行車的安全。 5.行駛平順性指汽車在不平道路上行駛時(shí)，汽車免受沖擊和震動(dòng)的能力。汽車行駛平順性，對(duì)汽車平均技術(shù)車速、乘車舒適性、運(yùn)貨完整性等有很大影響。二.汽車行駛的牽引力Pt①．有效功率N(Ne)：單位時(shí)間內(nèi)具有的做功的能力。(KW)②．轉(zhuǎn)速n(ne)：發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸單位時(shí)間內(nèi)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)(n/min)③．扭矩M(Me)：發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生于曲軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。(N·m)④．轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω：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·ω/1000(KW)

ω=2πn/60(rad/s)N=2πM·n/1000×60=M·n/9549

則：M=9549×N/n(N·m)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。由圖可見：①．當(dāng)n=nmin，為最小穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速②．當(dāng)n增大時(shí)，N，M都增大。

N=nM時(shí)，M=Mmax

③．當(dāng)n=nN時(shí)，N=Nmax④．當(dāng)n>nN時(shí)，N下降。

1．汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的基本指標(biāo)2．發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸扭矩及外特性曲線①．離合器：平穩(wěn)起步，順利換檔。

①．離合器：平穩(wěn)起步，順利換檔。

②．變速器：改變曲軸扭矩(轉(zhuǎn)速)，退檔。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.汽車動(dòng)力的傳遞①．離合器

②．變速器③．傳動(dòng)軸④．主傳遞器⑴.汽車的傳力機(jī)構(gòu)①．離合器：平穩(wěn)起步，順利換檔。

②．變速器：改變曲軸扭矩(轉(zhuǎn)速)，退檔。③．傳動(dòng)軸：動(dòng)力傳遞。①．離合器：平穩(wěn)起步，順利換檔。

②．變速器：改變曲軸扭矩(轉(zhuǎn)速)，退檔。③．傳動(dòng)軸：動(dòng)力傳遞。④．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)比—變速器輸出轉(zhuǎn)速與驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速之比驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)速

車型一定時(shí)，主傳動(dòng)比是常數(shù)。

①．離合器：平穩(wěn)起步，順利換檔。

②．變速器：改變曲軸扭矩(轉(zhuǎn)速)，退檔。③．傳動(dòng)軸：動(dòng)力傳遞。

④．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。例如：解放牌CA-10Bi0=7.63,η=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

⑵．發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩傳遞②．萬向節(jié)頭的扭矩傳遞至驅(qū)動(dòng)輪上的扭矩

主傳動(dòng)器機(jī)械效率

所以η載重汽車為0.8-0.85，小汽車為0.85-0.95發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩M萬向節(jié)頭上的扭矩Mn驅(qū)動(dòng)輪上的扭矩Mk變速器機(jī)械效率①．發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩M傳遞至萬向節(jié)頭上的扭矩

牽引力Pt的產(chǎn)生過程：4．牽引力的產(chǎn)生和計(jì)算

汽油燃燒化學(xué)能推動(dòng)汽缸機(jī)械能傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)輪機(jī)扭矩Mk圓周力P車輪對(duì)地面不打滑牛頓第三定律牽引力Pt推動(dòng)汽車車速V路面對(duì)車輪牽引力：可見：①．V↗,Pt↘。因此，速度和牽引力不可得兼。故汽車采用幾種排檔。②．低檔時(shí)，ik較大，Pt較大，V較小高檔時(shí)，ik較小，Pt較小，V較大③．同一排檔下，V/Vmax=N/Nmax。

牽引力的計(jì)算：行車速度：三．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形引起的。f

稱為滾動(dòng)阻力系數(shù)，與路面的種類

、行駛車速、輪胎性質(zhì)有關(guān)。②．行駛車速：受車速影響較大。

V<50時(shí)，f變化較小。V>100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0.01～0.020.02～0.0250.03～0.050.04～0.050.07～0.15表面平整的黑色碎石路面水泥及瀝青混凝土路面①．路面種類：③.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三．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。由于公路縱坡α較小(α<5°)所以上坡為正下坡為負(fù)慣性阻力三．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

⑴．空氣阻力的產(chǎn)生原因①．汽車在行駛中，由于迎面空氣質(zhì)點(diǎn)的壓力。②．車后的真空吸力③．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。

⑵．空氣阻力的計(jì)算K——空氣阻力系數(shù)，它與汽車的流線型有關(guān)，可參考表2—3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三．汽車的行駛阻力4．慣性阻力平移質(zhì)量的慣性力旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力矩

I

--

旋轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；旋轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動(dòng)的角加速度。

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。(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).滾動(dòng)阻力坡度阻力空氣阻力慣性阻力汽車的總行駛阻力為1．汽車的牽引平衡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

2.汽車的行駛條件

四．汽車的牽引平衡和行駛條件⑴．必要條件（即驅(qū)動(dòng)條件）

：

⑵．充分條件（附著條件）：—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)

動(dòng)力因數(shù)：單位車重的有效牽引力。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。

有效驅(qū)動(dòng)力，其值與汽車構(gòu)造和行駛速度有關(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：

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

方法是給乘以一個(gè)修正系數(shù)，即

稱為動(dòng)力因數(shù)的海拔荷載修正系數(shù)，為

—海拔系數(shù)

三．汽車的行駛狀況

（3）.當(dāng)采用V1＞Vk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⑷.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。（5）.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（1）.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.（2）.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

⑴．汽車的爬坡能力是指汽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。因0，則

(2—24)

⑵．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

(2—25)

第三節(jié)汽車的行駛穩(wěn)定性

一、

汽車行駛的縱向穩(wěn)定性⑴．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)點(diǎn)取矩并讓，得(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、重心橫坡、速度、彎道半徑1.縱向傾覆

⑵．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。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。

一、

汽車行駛的縱向穩(wěn)定性汽車的行駛穩(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、重心橫坡、速度、彎道半徑2.縱向滑移

⑴．

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：因?yàn)?，則

⑵．

當(dāng)?shù)缆房v坡度時(shí)，汽車可能產(chǎn)生縱向滑移。第三節(jié)汽車的行駛穩(wěn)定性一、

汽車行駛的縱向穩(wěn)定性汽車的行駛穩(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、重心橫坡、速度、彎道半徑

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。

(2-30)(2-31)第三節(jié)汽車的行駛穩(wěn)定性結(jié)論：①．

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：②．

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。二、

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平曲線上行駛時(shí)產(chǎn)生的離心力為：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①．橫向力是汽車行駛的不穩(wěn)定因素，豎向力是穩(wěn)定因素。將車速（m/s）化成（km/h），則

（2—33）②．采用橫向力系數(shù)來衡量穩(wěn)定性程度，其意義單位車重的橫向力，即

2.橫向傾覆條件分析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。即因比小得多，可略去不計(jì)，則將此式代入式(2—33)并整理，得

3.橫向滑移條件分析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

式中：—橫向附著系數(shù)，一般=（0.6～0.7）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。①．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?，F(xiàn)代汽車在設(shè)計(jì)制造時(shí)重心較低，一般，即，而所以。③．

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，為此，在道路設(shè)計(jì)中應(yīng)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。②．橫向傾覆和滑移的條件分別是：第四節(jié)汽車的制動(dòng)性能

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)能保持一定速度行駛的能力。汽車的制動(dòng)過程就是人為地增加汽車的行駛阻力使汽車的動(dòng)能或位能（當(dāng)汽車下坡行駛時(shí)）轉(zhuǎn)化為其他形式的能（一般為熱能）。車輪制動(dòng)是利用制動(dòng)器內(nèi)的摩擦阻力矩來形成與汽車運(yùn)動(dòng)方向相反的路面對(duì)車輪的切向摩擦阻力，簡稱為車輪制動(dòng)力。第四節(jié)汽車的制動(dòng)性能

一.汽車制動(dòng)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)

制動(dòng)效能——制動(dòng)距離Ls制動(dòng)