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1、第二章第二章 汽车行驶特性汽车行驶特性 1学习目的：道路设计是以满足汽车行驶的要求为前提的。汽车运动基本规律及对公路的要求，指导公路设计；保证公路的使用品质、服务等级。汽车行驶理论是公路线形设计的理论基础。2研究内容：研究汽车的驱动力和行驶阻力；分析汽车运动的基本规律；研究汽车主要动力性能分析影响汽车主要使用性能的因素。第一节第一节 概述概述一、汽车行驶性能的主要内容汽车行驶性能的主要内容1.动力性能动力性能 是指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到是指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向力决定、所能达到的平均行驶速度，即的纵向力决定、所能达到的平均行驶速度，即指决定汽车加速、爬坡和获得
2、最大速度的性能。指决定汽车加速、爬坡和获得最大速度的性能。动力性能决定道路的最大纵坡、坡长限制及长动力性能决定道路的最大纵坡、坡长限制及长陡坡上陡坡与缓坡的组合。陡坡上陡坡与缓坡的组合。2.制动性制动性 指汽车行驶中能在短距离内停车且维持行驶方指汽车行驶中能在短距离内停车且维持行驶方向稳定性和在下长坡时能维持一定车速的向稳定性和在下长坡时能维持一定车速的能力。能力。制动性能与道路的行车视距直接相关。制动性能与道路的行车视距直接相关。3.行驶稳定性指汽车在行驶过程中，受外部因素作用，汽指汽车在行驶过程中，受外部因素作用，汽车尚能保持正常行驶状态和方向，不致失去车尚能保持正常行驶状态和方向，不致失
3、去控制而产生滑移、倾覆等现象的能力。汽车控制而产生滑移、倾覆等现象的能力。汽车行驶稳定性决定道路圆曲线极限最小半径和行驶稳定性决定道路圆曲线极限最小半径和合成坡度的取值，也影响道路纵坡度的设置。合成坡度的取值，也影响道路纵坡度的设置。4.操纵稳定性操纵稳定性 指汽车是否按照驾驶员的意图控制汽车的性指汽车是否按照驾驶员的意图控制汽车的性能，它包括汽车的转向特性、高速稳定性和能，它包括汽车的转向特性、高速稳定性和操纵轻便性。汽车的转向特性影响着汽车在操纵轻便性。汽车的转向特性影响着汽车在弯道上的行驶轨迹。弯道上的行驶轨迹。 5燃油经济性燃油经济性 是指汽车以最少的燃油消耗量完成单位运输工作的是指汽
4、车以最少的燃油消耗量完成单位运输工作的能力，汽车燃油经济性越好，单位行程的燃油消耗能力，汽车燃油经济性越好，单位行程的燃油消耗量越小。量越小。6.行驶平顺性行驶平顺性 指汽车在不平道路上行驶时，汽车免受冲击和震动指汽车在不平道路上行驶时，汽车免受冲击和震动的能力。汽车行驶平顺性，对汽车平均技术车速、的能力。汽车行驶平顺性，对汽车平均技术车速、驾驶员和乘客的舒适性、运货的完整性等有很大影驾驶员和乘客的舒适性、运货的完整性等有很大影响。响。7.通过性通过性是指汽车在各种道路和无路地带行驶的能力。汽车是指汽车在各种道路和无路地带行驶的能力。汽车通过性能越好，汽车使用的范围就越广。通过性能越好，汽车使
5、用的范围就越广。二、汽车行驶对路线的要求二、汽车行驶对路线的要求二、汽车行驶对路线的要求二、汽车行驶对路线的要求1.保保证证汽汽车车在在道道路路上上行行驶驶的的稳稳定定性性。即即避免发生翻车、倒溜、侧滑等，在道道路路线线形形设设计计时时，需需要要合合理理地地选选用用圆圆曲曲线线的的半半径径和和设设置置纵纵、横横坡坡度度，并并提提高高车车轮轮与与路路面面问的附着力。问的附着力。2.尽可能地提高车速。尽可能地提高车速。车速提高，运输生产力高，运车速提高，运输生产力高，运输成本低。在公路设计时必须严格控制曲线半径、最输成本低。在公路设计时必须严格控制曲线半径、最大纵坡及其坡长，合理地设置缓和坡段，并
6、尽可能地大纵坡及其坡长，合理地设置缓和坡段，并尽可能地采取大半径曲线及平缓的纵坡。采取大半径曲线及平缓的纵坡。3.保证道路上的行车连续。保证道路上的行车连续。 为保证道路上行车的均匀为保证道路上行车的均匀连续，公路线形设计需要保证有足够的视距和安全净连续，公路线形设计需要保证有足够的视距和安全净空，合理地设置平、竖曲线，并尽可能地减少平面交空，合理地设置平、竖曲线，并尽可能地减少平面交叉等。叉等。4.尽尽量量满满足足行行车车舒舒适适。在在视觉上：线形美观，赏心悦目，线形与景观相协调。在生理上：平稳、不颠簸。在心理上：轻松，有安全感，心情愉快。第二节 汽车的驱动力及行驶阻力 n一、汽车的驱动力n
7、汽车的动力来源：汽车的动力来源：n汽车行驶的驱动力来自它的内燃发动机。汽车行驶的驱动力来自它的内燃发动机。n在发动机里热能转化成机械能经过传动系变速和在发动机里热能转化成机械能经过传动系变速和传动，将曲轴的扭矩传给驱动轮，产生传动，将曲轴的扭矩传给驱动轮，产生Mk的扭矩驱的扭矩驱动汽车驱动轮旋转，轮胎对路面产生向后的水平推动汽车驱动轮旋转，轮胎对路面产生向后的水平推力，则路面对车辆产生向前的推力，驱使汽车行驶。力，则路面对车辆产生向前的推力，驱使汽车行驶。汽车传动系统：汽车传动系统：发动机输出的功率发动机输出的功率P与产生的扭矩与产生的扭矩M的关系的关系：n1发动机曲轴扭矩发动机曲轴扭矩M及发
8、动机转速特性曲线及发动机转速特性曲线TrMP-n曲线、曲线、M-n曲线、耗油量曲线、耗油量ge-n曲线曲线n发动机转速特性曲线：发动机转速特性曲线：东风东风EQ-140发发动机外特性曲线动机外特性曲线式中：Pmax发动机的最大功率(kW)；nN发动机的最大功率所对应的转速（rmin）n发动机转速特性经验公式：发动机转速特性经验公式：式中：Mmax最大扭矩（Nm）；nMN最大功率所对应的扭矩，nnN最大功率所对应的转速（r/min）；nnM最大扭矩所对应的转速(rmin)；发动机曲轴上的扭矩M经过变速箱（速比ik）和主传动器（速比i0）两次变速两次变速的总变速比为：=i0ik；传动系统的机械效率
9、为TD时：减速行驶式中：式中：道路阻力系数，道路阻力系数，平衡速度：任意的D相应等速行驶的速度，用VP表示。临界速度：每每一一排排档档最大动力因数Dmax对应的速度，用Vk表示。汽车的行驶状态汽车的行驶状态汽车的最高、最小速度汽车的最高、最小速度汽车的最高、最小速度汽车的最高、最小速度汽汽车车的的最最高高速速度度：是是指指节节流流阀阀全全开开、满满载载（不不带带挂挂车车）、在在表表面面平平整整坚坚实实水水平平路路段段上上作作稳稳定定行行驶驶时时的的速度。速度。某一排档的最高速度某一排档的最高速度Vmax：n汽车的最小稳定速度：是指满载（不带挂车）在路面平整坚实的水平路段上，稳定行驶时的最低速度
10、（即临界速度Vk）。最最大大爬爬坡坡度度：指指汽汽车车在在坚坚硬硬路路面面上上用用最最低低档档作作等等速速行驶时所能克服的最大坡度。行驶时所能克服的最大坡度。 cos1，sintgi，DImax=fcos+sin解此三角函数方程式，得最大坡角：三、汽车的爬坡能力n汽车的爬坡能力是指汽车在良好路面上等速行驶时克服了其它行驶阻力后所能爬上的纵坡度。，a=0，则i=D-f1计算加、减速行程计算加、减速行程由ds=vdt，a=dv/dt，得四、汽车的加、减速行程四、汽车的加、减速行程n设初速V1，终速V2，则东风EQ-140加、减速行程图2.加、减速行程图加、减速行程图0加、减速行程图用法加、减速行程
11、图用法第四节 汽车的行驶稳定性 n汽车的行驶稳定性是指汽车在行驶过程中，在外汽车的行驶稳定性是指汽车在行驶过程中，在外部因素作用下，汽车尚能保持正常行驶状态和方向，部因素作用下，汽车尚能保持正常行驶状态和方向，不致失去控制而产生滑移、倾覆等现象的能力。不致失去控制而产生滑移、倾覆等现象的能力。n稳定性：纵向稳定性：纵向n横向横向n表现：滑移表现：滑移n倾覆倾覆n纵向稳定性：纵向稳定性：表现：倾覆倾覆n滑移（倒溜）滑移（倒溜）n横向稳定性：横向稳定性：表现：倾覆倾覆n滑移（侧滑）滑移（侧滑）一、汽车行驶的纵向稳定性一、汽车行驶的纵向稳定性n临界状态：汽车前轮法向反作用力临界状态：汽车前轮法向反作
12、用力Z1为零为零。nZ1L- - Gl2cos0+ +Ghgsin0=0n结论：结论：当坡道倾角当坡道倾角0 0(或道路纵坡或道路纵坡i ii i0 0)时，时，汽车可能发生纵向倾覆汽车可能发生纵向倾覆.1纵向倾覆纵向倾覆：2 2纵向滑移（驱动轮滑转）纵向滑移（驱动轮滑转）n临界状态：下滑力等于驱动轮与路面的附着力临界状态：下滑力等于驱动轮与路面的附着力n GsinGsin G Gk kn因因为为sinsin tgtg = = i i ，则则纵纵向向滑滑移移临临界界状状态态条件：条件：n纵向滑移的极限状态纵向滑移的极限状态倒溜倒溜发生条件：发生条件：n GsinGsin G Gni =tg =
13、 n结结论论：当当坡坡道道倾倾角角 或或道道路路纵纵坡坡度度ii 时时，汽汽车可能产生纵向滑移。车可能产生纵向滑移。 3 3纵向稳定性的保证纵向稳定性的保证n 一一般般 接接近近于于1 1，而而 远远远远小小于于1 1，n 所以，所以， i i i i0 0n 即即汽汽车车在在坡坡道道上上行行驶驶时时，在在发发生生纵纵向向倾倾覆覆之之前前，首先发生纵向滑移现象。首先发生纵向滑移现象。n 道道路路设设计计只只要要满满足足不不产产生生纵纵向向滑滑移移，就就可可避避免免汽车的纵向倾覆现象出现。汽车的纵向倾覆现象出现。n汽车行驶时纵向稳定性的条件为汽车行驶时纵向稳定性的条件为二、汽车行驶的横向稳定性二
14、、汽车行驶的横向稳定性n 汽车在平曲线上行驶时会产生离心力，其作汽车在平曲线上行驶时会产生离心力，其作用点在汽车的重心，方向水平背离圆心。用点在汽车的重心，方向水平背离圆心。 n受力受力分析：分析：n 横向力横向力X失稳失稳n 竖向力竖向力Y稳定稳定1 1汽车在平曲线上行驶时力的平衡汽车在平曲线上行驶时力的平衡n 离心力离心力n将离心力将离心力F与汽车重力与汽车重力G分解为平行于路面的横分解为平行于路面的横向力向力X和垂直于路面的竖向力和垂直于路面的竖向力Y， 由由 于于 路路 面面 横横 向向 倾倾 角角 一一 般般 很很 小小 ， 则则sintgsintg= =i ih h，cos1cos
15、1，其其中中i ih h称称为为横横向向超超高高坡坡度，度，n将离心力将离心力F与汽车重力与汽车重力G分解为平行于路面的横分解为平行于路面的横向力向力X和垂直于路面的竖向力和垂直于路面的竖向力Y，采采用用横横向向力力系系数数来来衡衡量量稳稳定定性性程程度度，其其意意义义为为单单位位车车重的横向力，即重的横向力，即横横向向倾倾覆覆：汽汽车车在在平平曲曲线线上上行行驶驶时时，由由于于横横向向力力的的作用，使汽车绕外侧车轮触地点产生向外横向倾覆。作用，使汽车绕外侧车轮触地点产生向外横向倾覆。 汽车内侧车轮支反力汽车内侧车轮支反力N N1 1为为0 0。 倾覆力矩等于或大于稳定力矩。倾覆力矩等于或大于
16、稳定力矩。2.2.横向倾覆条件分析横向倾覆条件分析倾覆力矩：倾覆力矩：XhXhg g横向倾覆平衡条件分析：横向倾覆平衡条件分析：n 稳定力矩：稳定力矩：倾覆力矩：倾覆力矩：XhXhg g横向倾覆平衡条件分析：横向倾覆平衡条件分析：n 稳定力矩：稳定力矩：n 稳定、平衡条件：稳定、平衡条件：n 汽车在平曲线上行驶时，不产生横向倾覆的最小汽车在平曲线上行驶时，不产生横向倾覆的最小平曲线半径平曲线半径R min：3.3.横向滑移条件分析横向滑移条件分析n 横横向向滑滑移移：汽汽车车在在平平曲曲线线上上行行驶驶时时，因因横横向向力力的的存存在，可能使汽车沿横向力的方向产生横向滑移。在，可能使汽车沿横向
17、力的方向产生横向滑移。n 横向力大于轮胎和路面之间的横向附着力。横向力大于轮胎和路面之间的横向附着力。n 极限平衡条件：极限平衡条件：横向滑移稳定条件：横向滑移稳定条件：4 4横向稳定性的保证横向稳定性的保证n 汽汽车车在在平平曲曲线线上上行行驶驶时时的的横横向向稳稳定定性性主主要要取取决决于于横向力系数横向力系数值的大小。值的大小。n 现现代代汽汽车车在在设设计计制制造造时时重重心心较较低低，一一般般b2hb2hg g，而而 h h0.5,0.5,即即n 汽汽车车在在平平曲曲线线上上行行驶驶时时，在在发发生生横横向向倾倾覆覆之之前前先先产生横向滑移现象。产生横向滑移现象。n 在在道道路路设设
18、计计中中只只要要保保证证不不产产生生横横向向滑滑移移现现象象发发生生，即可保证横向稳定性。即可保证横向稳定性。n保证横向稳定性的条件：保证横向稳定性的条件：三、汽车行驶的纵横组合向稳定性三、汽车行驶的纵横组合向稳定性n 汽汽车车行行驶驶在在小小半半径径平平曲曲线线上上时时，较较直直线线上上增增加加了了一一项弯道阻力。项弯道阻力。n 对对上上坡坡的的汽汽车车耗耗费费的的功功率率增增加加，使使行行车车速速度度降降低低。对对下下坡坡的的汽汽车车有有沿沿纵纵横横组组合合的的合合成成坡坡度度方方向向倾倾斜斜、滑滑移和装载偏重的可能，这对汽车的行驶是危险的。移和装载偏重的可能，这对汽车的行驶是危险的。n汽
19、汽车车行行驶驶在在纵纵坡坡为为i(tgi(tg) )和和超超高高横横坡坡为为i ih h（tgtg）的下坡路段上，作用在前轴上荷载的下坡路段上，作用在前轴上荷载W W1 1为为n离心力离心力F F分配在前轴上的荷载分配在前轴上的荷载W W2 2为为 在平直路段上，作用于前轴的荷载在平直路段上，作用于前轴的荷载W W为为n 前轴总荷载前轴总荷载W为为:n 在在有有平平曲曲线线的的坡坡道道上上，前前轴轴荷荷载载增增量量与与W W 的的比比值值为为n 对载重汽车，一般对载重汽车，一般hg/l21，则则 直直坡坡道道上上i ih h00则则I=iI=i。即即汽汽车车沿沿直直坡坡道道下下坡坡时时，前前轴
20、轴荷荷载载增增量量与与在在平平直直路路段段前前轴轴荷荷载载的的比比率率等等于于该该路路段段的的纵纵坡坡度度。在在曲曲线线上上如如果果也也以以直直线线上上相相同同大大小小的的最最大大纵纵坡坡i imaxmax作为控制，则有下式成立作为控制，则有下式成立纵坡折减：纵坡折减：n 最大纵坡在平曲线上的折减计算方法：最大纵坡在平曲线上的折减计算方法： 第五节第五节汽车的制动性汽车的制动性n 汽汽车车的的制制动动性性是是指指汽汽车车行行驶驶中中强强制制降降低低车车速速以以至至停停车车且且能能维维持持行行驶驶方方向向和和在在下下坡坡时时能能保保持持一一定定速速度度行行驶驶的能力。的能力。 n一、汽车制动性的
21、评价指标一、汽车制动性的评价指标 n评价汽车制动性的指标：制动效能（制动距离）评价汽车制动性的指标：制动效能（制动距离）n 制动效能的恒定性制动效能的恒定性n 制动时汽车的方向稳定性制动时汽车的方向稳定性 n二、制动距离二、制动距离n制动距离是汽车从制动生效到汽车完全停住，这段制动距离是汽车从制动生效到汽车完全停住，这段时间内所走的距离。时间内所走的距离。 汽汽车车制制动动时时，制制动动力力P P取取决决于于轮轮胎胎与与路路面面之之间间的的附附着着力力。在在附附着着系系数数较较小小的的路路面面上上，若若制制动动力力大大于于附附着着力力，车车轮轮将将在在路路面面上上滑滑移移，易易使使制制动动方方
22、向向失失去去控控制制。所以所以P P值的极限值为值的极限值为 P = GP = G 汽车在部分滑动部分滚动的情况下附着力最大。汽车在部分滑动部分滚动的情况下附着力最大。制动平衡方程式为制动平衡方程式为 ：-P = R-P = RW W + + R RR R + R+ RI I P + RP + RR R + R+ RI I = 0 = 0 （忽略空气阻力）忽略空气阻力）n1.1.制动平衡方程式制动平衡方程式2. 2.制动距离制动距离制动距离制动距离 制动距离：汽汽车车完完成成运运输输工工作作所所消消耗耗的的燃燃油油量量称称为为燃燃油油消消耗耗量量，燃燃油油经经济济性性的的评评价价指指标标通通常
23、常用用一一定定运运行行工工况况下下汽汽车车行行驶驶百百公公里里的的燃燃油油消消耗耗量量或或一一定定燃燃油油量量能能使使汽汽车车行行驶驶的的里里程来衡量。程来衡量。已已知知发发动动机机的的功功率率P P和和转转速速n n后后，可可在在发发动动机机台台架架试试验验获获得得的的发发动动机机负负荷荷特特性性图图上上查查出出燃燃油油消消耗耗率率g ge e。g ge e是是指指发发动动机机每每千千瓦瓦小小时时的的燃油消耗量。燃油消耗量。第六节第六节汽车的燃油经济性汽车的燃油经济性汽汽车车以以等等速速V在在道道路路上上行行驶驶时时，每每百百公公里里所所做做的的功功w为为：n 则百公里消耗量则百公里消耗量Q Q为：为：
