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道路規(guī)劃與幾何設計

同濟大學交通運輸學院

第二章汽車行駛理論本章主要內容(共3次):一、車輛類型、尺寸、重量和構造(1)二、汽車的驅動力(1)及行駛阻力(2)三、汽車的動力特性及加、減速性能(2)四、汽車的安全穩(wěn)定性及制動性能(3)五、車輛運行費(3)道路運輸?shù)妮d運工具主要為利用燃油(汽油、柴油)、電或其它能源作動力,通過輪胎在各種道路上行駛的車輛,如汽車(客車和貨車等)、無軌電車、各種裝卸載運車輛、摩托車等。道路運輸工程設施的規(guī)劃和設計,要考慮并滿足這些設施的使用對象——載運工具的運行特性要求。例如,工程設施的幾何設計要能容納車輛在體積尺寸和通行能力方面的使用要求,而工程設施的結構設計則要能經(jīng)受住車輛質量的重復作用等。因此,道路工程的規(guī)劃和設計人員,雖然不需要了解和掌握運載工具的設計、制造和使用知識,但必須了解它們的運行特性,以便規(guī)劃和設計出能滿足其使用要求的各項工程設施。本章首先介紹車輛(主要是汽車)的類型、尺寸和質量方面的知識,而后進一步介紹同工程設施規(guī)劃和設計有關的一些運行特性,如行駛阻力、功率、加速和減速性能以及車輛運行費。一、車輛類型、尺寸、重量和構造1車輛類型

汽車可分為客車和貨車兩大類??蛙嚢ㄐ】蛙嚕ㄞI車)、面包車、公共汽車(小型、中型和鉸接式)等。貨車可進一步分為卡車(輕型、中型和重型)和組合式貨車(各種拖掛式貨車)兩類。(1)小客車

小客車為二軸-四輪車輛,可坐2~6人,主要作為個人交通工具。按重量和尺寸大小,可分為小型、中型和重型三種。其重量變動于6.8~18kN范圍內;車身長度在3.5~5.6m之間,前后軸的中心距變動于2.3~3.1m之間,車身后緣到后軸的長度(后懸距離)為0.6~1.5m之間;車身寬度為1.6~2.0m,高度為1.15~1.65m之間。(2)面包車

面包車通常由小客車或輕型卡車的底盤改裝而成,可乘坐6~15人。(3)公共汽車

小型公共汽車通常有15~25個座位,供短途運輸用,其車身長約為5.5~7.6m,寬為2.0~2.5m。中型公共汽車可為二軸或三軸,車身長9~12m,寬2.4~2.6m,約有45個座位。把半掛車固定地聯(lián)結在二軸中型公共汽車上,便組成鉸接式公共汽車。其長度約為16~18m,寬度為2.6m,包括站立乘客在內約可容納100人以上。(4)卡車

卡車系指載貨區(qū)和動力設備裝在共同的車架上不能分開的貨車(圖2-1(a))??ㄜ嚢ǘS四輪(輕型卡車)、二軸六輪、三軸(雙后軸)和四軸(三后軸)卡車四種。輕型卡車的總重量—般小于45kN,二軸六輪卡車的總重量大都在45~180kN范圍內,而三軸和四軸卡車的總重量可高達260~300kN。(5)組合式貨車

組合式貨車由牽引車或卡車同一個或多個掛車組合而成,可總稱為拖掛車。牽引車和掛車通過鉸接方式聯(lián)結時,彼此可相對轉動,因而也可稱為鉸接車。組合式貨車的總重量一般可達到400~500kN,通常用于長途運輸。掛車有兩種:后端有一個軸或多個軸但前端無軸的半掛式,其前端放在牽引車的后端上,并把一部分重量傳給前面牽引車;前后各有一個軸或多個軸的全掛式,由卡車或帶半掛車的牽引車拖帶,但不把重量轉給前面。2車輛尺寸及設計車輛前面已講過。3車輛的重量車輛的重量通過車軸和車輪傳遞給道路和橋梁結構物。汽車前軸的軸型都為單軸,后軸的軸型可采用單軸、雙聯(lián)軸或三聯(lián)軸。前軸兩側的車輪都由單輪胎組成,而后軸兩側的輪胎可由單輪胎或雙輪胎組成。車輛重量大小,主要影響到對道路和橋梁的結構承載能力的要求。重量特性主要由車輛總重和軸重以及軸型和輪型表征。車輛總重或軸重越大,對道路和橋梁結構承載能力的要求越高,同時,在使用過程中對道路和橋梁的損壞越嚴重,因而,所建工程的造價(投資)和工程的運營(維護)費用便越高。為了兼顧道路建設和運營部門及道路使用者雙方的利益和便利,對道路上行駛車輛的總重和軸重的最高值進行定量限制。各國對道路上行駛車輛的最大軸重和總重有不同的限定。單軸最大允許軸重變動于80~130kN;雙聯(lián)軸最大允許軸重變動于140~210kN;三聯(lián)軸最大允許軸重變動于180~270kN??ㄜ嚨淖畲笤试S總重變動于240~400kN;半掛式和全掛式貨車的最大允許總重變動于360~500kN。我國公路部門規(guī)定的單軸最大允許軸重為60kN(每側單輪胎)或100kN(每側雙輪胎),雙聯(lián)軸最大允許軸重為100kN(每側單輪胎)或180kN(每側雙輪胎),三聯(lián)軸最大允許軸重為120kN(每側單輪胎)或220kN(每側雙輪胎);卡車和單拖掛貨車的最大允許總重為400kN,雙拖掛或三拖掛貨車的最大允許總重為460kN。我國公路標準規(guī)定路面設計標準軸載為雙輪組單軸100KN。具體內容應在路基路面課程中講述。4汽車的構造

/web/jiaoxue/傳動系、行駛系、轉向系、制動系

發(fā)動機、離合器、變速箱、萬向傳動軸、差速器、車輛、驅動輪、制動器等。機械式傳動系一般組成及布置示意圖傳動系1-離合器2-變速器3-萬向節(jié)4-驅動橋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動橋。在驅動橋處,動力經(jīng)過主減速器、差速器和半軸傳給驅動車輪。1-發(fā)動機2-離合器3-變速器4-變速器輸入軸5-變速器輸出軸6-差速器7-車速表驅動齒輪8-主減速器從動齒輪發(fā)動機前置、縱置,前橋驅動,使得變速器和主減速器連在一起,省掉了它們之間的萬向傳動裝置。

傳動系:發(fā)動機外特性曲線燃料→熱能→活塞、曲軸→機械能→作功傳動系:離合器:作用:(1)保證起步時工作平穩(wěn)。(2)行進中換擋。(3)傳動系不至于過載。1-飛輪2-從動盤3-壓盤4-膜片彈簧傳動系:變速箱:作用:減速增扭

1-輸入軸2-軸承3-接合齒圈4-同步環(huán)5-輸出軸6-中間軸7-接合套8-中間軸常嚙合齒輪此變速器有五個前進檔和一個倒檔,由殼體、第一軸(輸入軸)、中間軸、第二軸(輸出軸)、倒檔軸、各軸上齒輪、操縱機構等幾部分組成。傳動系:萬向傳動:作用:柔和接觸、傳動1-萬向節(jié)2-傳動軸3-前傳動軸4-中間支承傳動系:主傳動器、減速器:作用:①減速、增扭,②動力轉90°方向。1-軸承;2-左外殼;3-墊片;4-半軸齒輪;5-墊圈;6-行星齒輪;7-從動齒輪;8-右外殼;9-十字軸;10-螺栓二、汽車的驅動力及行駛阻力1、汽車的驅動力燃料→熱能→活塞→機械能→[產(chǎn)生有效功率N]→曲軸→[產(chǎn)生每分鐘n的轉速旋轉]→[產(chǎn)生發(fā)動機曲軸扭矩M]→離合器→變速器→傳動軸→主傳動器→差速器等→驅動輪→[產(chǎn)生驅動輪扭矩MK]功率(N),發(fā)動機功率,單位千瓦(Kw)/馬力(hp),1hp=0.7457kW.扭矩(M),表征汽車牽引力的大小,單位牛頓.米/千克.米,1千克.米=9.8牛頓.米燃油消耗(ge),發(fā)動機每小時產(chǎn)生每千瓦功率消耗的燃油量,單位(克/千瓦/小時)轉速(n),單位轉/分鐘有一個簡單的公式可以表明功率、牽引力和速度的關系:

功率(N)=(牽引力)扭矩(M)×速度(V)上述四種關系曲線,構成了發(fā)動機轉速特性曲線(發(fā)動機轉速特性曲線),油門全開時稱發(fā)動機外特性曲線,否則稱發(fā)動機部分負荷特性曲線。(1)發(fā)動機外特性曲線功率曲線扭矩曲線最小轉速最大轉速汽油發(fā)動機外特性(2)驅動輪扭矩(3)汽車的牽引力(T)功率(N)=(牽引力)扭矩(M)×速度(V)Mk用力偶T和Ta表示,Ta平衡路面反作用力F,T平衡汽車阻力R有關嫁計算阿的匯波總:(1)M和N的關系糞(公式2-侍1)(2)r和V的關系護(公式2-5)(3)T和V的關絞系(昌公式2-6戀,2-吃7)汽車驅政動力圖2、汽尖車的生行駛壘阻力汽車燒在道編路上雪行駛腫時須遺克服享各種爹阻力小,如謝滾動鑰阻力都、空更氣阻不力、鞏坡度聞阻力水、彎砍道阻塌力和受慣性墻阻力敲等。樂這些粘阻力些一方感面與皮道路皮的特米性有榆關,租如路戴面平踩整程前度、伏坡度持、彎鍛道曲雖率半冠徑等猶,另奸一方尤面則滾隨車營輛的序運行毀特性水而變六,如絮車輛虛總重松、行茫駛速世度、年速度裙變化榆速率液、車乓身迎肅風面儉積和綠外廓棗線形葛等。(1)空氣攻阻力(Rw)汽車播行駛起時的箏空氣銷阻力府包括葬車輛尿迎風型面處隸的空逗氣直戚接作仿用、確空氣逐越過洲車輛地表面侄(包倘括車氣底)附的摩它阻力杯以及徑車后互的局亭部真貼空。(3)坡度卸阻力(Ri)汽車荷在坡房誠道上箏行駛漁時,捏車輛低受到唉其重癢量平枯行于吸坡面烘的分殘力的株作用巷。(2)滾鍋動阻淘力(Rf)汽車在值道路上臨行駛時輸?shù)臐L動易阻力來限源于輪早胎表面硬于路面鼠之間的原摩阻滑延移,輪狼胎橡膠撥在接觸攏表面處顆的彎曲膊變形,助車輪滾殘過路表喜面突出斧的石子哨或不平夸整的破組碎路面乳,車輛宰從道路誤的低洼首處爬出立,推動區(qū)車輪通述過砂、輩雪或泥堤地,在巖輪、軸怪和組合肺器軸承底處以及凈變速齒憂輪中的辯內部摩塘阻等。以上均攪與道路釘狀況有別關,且險與總重息力成正盼比,表封示為道抄路阻力塌:(5)慣性疑阻力(RI)汽車行鴿駛速度賺變化(緣瑞加速或信減速)叮時,車友輛受到初運動慣立性阻力獸的作用大。此慣拆性阻力穿是車輛震重量及鋒加速或邊減速速粉率的函套數(shù)。式中,Rm為車當輛總笑行駛廊阻力揪,kg。在車輛狂下坡或宅減速行旦駛時,婚式中的理坡度阻晃力或慣隨性阻力拘為負值侍。由上理述各那項阻岸力的利關系械式可弦以看蛾出,該除空慣氣阻蓋力外垃,其攪它各剪項阻訊力均捆與車涉輛的境總質名量成沃正比顧;而查除了離坡度伙阻力后和慣位性阻首力外刃,其插它各票項阻洲力還似與車校輛的變行駛口速度局或速排度平遠方成略正比殊。因夸此,透車輛匆總質倘量和以行駛談速度斬是影幸響行獵駛阻之力大松小的隊兩項鑰最主鉆要的拐因素腫。綜合上國述各項胡阻力,怕車輛在誓路上的老總行駛熊阻力為免:T=R時,勻速?。籘>昌R,加速塵;T<R腳,減速,考慮到呀部分開爐啟,使懶用負荷唐率U修正,秤并帶入痕有:3、汽車清的平衡浪方程式爹和行駛富條件(1)平扁衡方程禽式驅動筑輪荷吐載;天附淚著力錢系數(shù)(2)行駛純條件條件一孟:驅動芽力大于準等于總拴阻力條件二夏:驅動綿力小于擋等于附端著力三塵、汽食車動戶力性財能及趨加、萍減速域行駛汽車繁的動幟力性傷能系核指汽務車所夸具有企的加劫速、禾上坡弓、最喘大速并度等鋸的性免能,柱動力芳性能恩越好攜,速游度就尤越高物,所婆能克謠服的抱阻力脹就大躁。這飾里為鹿縱斷提面設棉計提眼供依掀據(jù)。1、汽巧車的界動力殖特性絹圖2、汽窗車的猴行駛獸狀態(tài)汽車的針動力因遷數(shù)D,它表示乒某型汽粒車在海掌平面上殲,滿載捉情況下絡,沒單視位車重島克服道可路阻力曾和慣性滾阻力的裙性能。穩(wěn)定程行駛掏狀態(tài)不穩(wěn)定腸行駛狀糠態(tài)某檔訂動力牢特性始圖3、汽程車的管爬坡抗能力4、汽鐵車的塊加減廈速行隨程四、汽談車的行日駛穩(wěn)定薯性和制項動性能1、汽螺車的早縱向肆穩(wěn)定鞋性條件:條勻速、提慣性阻喚力為0,低速撲,忽略膨空氣阻炒力和滾船動阻力傾覆:滑移:穩(wěn)定異性保吐證:發(fā)生攏縱向聽傾覆頭前,誰先發(fā)權生滑晴移。旦原因島是:附著瘡系數(shù)縱坡2、汽共車的彼橫向繼穩(wěn)定培性(腫曲線機上)原因:括離心力亞的原因衣,部分罪靠超高濕產(chǎn)生的策重力分梁量抵消揪,其余禍靠橫向飾摩擦力嘗抵消。傾覆美:滑移:橫向力依系數(shù):超高段的概寨念(姐橫向甩坡度)穩(wěn)定性放保證:發(fā)生塌橫向跪傾覆印前,魚先發(fā)禍生滑陳移?;煸虺剩簷M向力院系數(shù)附著系隙數(shù)橫向礎附著組系數(shù)3、汽車葬的縱橫版組合穩(wěn)繩定性上坡速度降外低,耗增費增加鉤,而下嶄坡存在繪合成坡暑度,比奧較危險地。4、制室動性迎能制動性遣能使用謹制動距嚇離來評汁價:路面與萄輪胎之

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