第一节道路运输的特点及其在国民经济中的地位

1、28授课时间2009年3月6日1,2节授课方式课堂授课授课学时No. 32学时授课题目第三讲：汽车行驶理论。汽车的动力、行驶阻力及汽车的行驶条件、汽车的动力特性目的与要求：1了解汽车行驶对道路的基本要求； 2了解汽车的牵引力及行驶阻力；掌握汽车的牵引平衡方程、汽车的动力特性重点与难点：重 点：1汽车的牵引力及行驶阻力； 2汽车的牵引平衡方程、汽车的动力特性 难 点：汽车的行驶阻力、汽车的动力特性授课内容摘要：第2章 汽车行驶理论 2.1 汽车的动力、行驶阻力及汽车的行驶条件汽车的牵引力；汽车的行驶阻力；汽车的行驶条件2.2 汽车的动力特性动力因数和动力特性图参考文献： 1.道路勘测设计. 张雨

2、化主编，人民交通出版社出版2汽车应用工程3汽车理论教 具课 件PPT课件习 题作 业课后小结：第3讲：2学时第2章 汽车行驶理论 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。3汽车行驶对道路的基本要求：安全：保证汽车的行驶稳定性，避免发生翻车、倒溜、侧滑等；迅速：行驶速度平均技术速度。经济：运输成本：低 运输生产率：高 评价汽车运输工作效率的指标

3、有： 汽车运输生产率周转率 运输成本油料及轮胎消耗，保养周期舒适：视觉上：线形美观，赏心悦目，自然环境与景观设计 生理上：平稳、不颠簸，离心力小 心理上：轻松，有安全感，心情愉快。2.1 汽车的动力、行驶阻力及汽车的行驶条件 2.1.1 汽车的牵引力发动机输出的功率N与产生的扭矩M的关系：汽车传动系统：（1）发动机扭矩的传递：传到传动轴上的扭矩为： Mn=Me·ik·k 经主传动器的半轴而传到汽车驱动轮上的扭矩值为 Mk=Mn·i0·0=Me·i0·0·ik·k令m=0·k，m称为传动系的机械效率 Mk

4、= Me ·i0·ik·m （2）牵引力Ft与曲轴扭矩Me的关系： 汽车的牵引力： （2.1.6）式中： Ft汽车牵引力，N； 车轮工作半径，即计入轮胎弹性变形后的车轮半径（m）。它与内胎气压，外胎构造、路面的刚性与平衡性以及车轮上的荷载有关。其值一般为0.93r00.96r0，r0为未变形前轮胎的自由半径。常见车型未变形车轮直径见表2.1.1。表2.1.1 常见车型后轮未变形车轮直径车型解放CA-10B东风EQ-140黄河JN-150跃进NJ-130上海SH-760A直径（mm）1018±51018±51018±8940±

5、8755±5驱动轮上的转速为： 相应的车速V为(车速V与发电机转速关系)：驱动力Ft 与行车速度之间的函数关系式为： 驱动力Ft与功率Ne之间的关系式为： 2.1.2 汽车的行驶阻力汽车行驶阻力分类：滚动阻力Rf 坡度阻力Ri 空气阻力Rw 惯性阻力Rj1滚动阻力汽车的轮胎具有弹性，所以当车轮滚动时，轮胎会连续反复地发生变形。车轮轮胎的变形属弹塑性体的变形，导致能量损失。以Z表示法向单位压力之合力（即车轮法向反作用力）。则力Z就与车轮负荷Gk大小相等，方向相反。但法向反作用力Z的作用点较车轮法线前移了一个距离a，因而产生一个滚动阻力距Mf，其值为 Mf = Gk·a 欲使车

6、轮在路上作等速滚动，必须在车轮中心加一推力T1，它与地面切向反作用力构成一力偶矩来克服滚动阻力矩。由平衡条件得：Mf=T1·rk T1 = Mf /rk = Gk·a/rk令f=a/rk ，则 T1=Gk·f 或 f=T1/Gkf称为滚动阻力系数。由上述可知，滚动阻力系数是车轮在一定条件下滚动时，所需推与车轮负荷之比，即单位车重所需的推力。对整个车辆，为克服滚动阻力矩所必须的推力为 T=T1=Gk·f = Ga·f 滚动阻力Rf为： Rf =Ga·f 图 2.1.7 汽车的坡度阻力当汽车在坡度角的公路上行驶时，其滚动阻力为 Rf =

7、Ga·cos·f 2. 坡度阻力汽车在坡道倾角为的道路上行驶时，车重G在平行于路面方向的分力为Gsin，上坡时它与汽车前进方向相反，阻碍汽车行驶；而下坡时与前进方向相同，助推汽车行驶。坡度阻力可用下式计算 Ri=±Gasin 因坡道倾角一般较小，认为sintgi，则 Ri = ±Gatan = ±Gai （N）式中：Ri坡度阻力 （N）； Ga车辆总重力（N）； i 道路纵坡度，上坡为正；下坡为负。 3空气阻力汽车在行驶中，由于迎面空气质点的压力，车后的真空吸力及空气质点与车身表面的摩擦力阻碍汽车前进，总称为空气阻力。空气阻力分为压力阻力和摩擦

8、阻力，而压力阻力又分为压差阻力、干扰阻力、冷却系阻力和诱导阻力。 为了简化计算，采用集中作用的空气阻力RW来代替分布在整个汽车各部位上的阻力。空气阻力RW可用下式计算 ： RW = C··A·vHn在汽车行驶中，一般n取2，在地面空气密度变化甚小，可视为常数，将上式的C与的乘积以系数K 取代之，在计算中又近似地取相对速度vH 等于车速v（m/s），则 Rw=KAv2 =KAV2/13式中：K空气阻力系数，kg/m3。其值可由道路试验，风洞试验等方法测得； V车速，km/h。汽车列车的空气阻力较其牵引车单独行驶时的空气阻力大，但并不等于牵引车与挂车单独行驶时的空气阻

9、力之和。汽车列车的空气阻力与挂车的数目及各节车之间的相对位置有关，处于列车中部的挂车空气阻力较小，最后一节挂车的空气阻力较大，在近似计算时，可取每节挂车的空气阻力为其牵引车的20%，则对n节挂车的汽车列车，其空气阻力为 RW=（1+0.2n）KAV2/13 汽车的迎风面积，即汽车在纵轴的垂直面上的投影面积，可用投影法测得，也可用下列公式计算载重汽车和公共汽车 A=BH 小客车 A=0.78B1H 式中：B汽车轮距，m； H汽车总高度，m； B1汽车的最大高度，m。乘积KF称为汽车流线性因数 4惯性阻力汽车变速行驶时，需要克服其质量变通运动时产生的惯性力和惯性力矩称为惯性阻力，用Rj表示。 汽车

10、的质量：平移质量 旋转质量 汽车平移质量的惯性阻力Fj为 汽车上各回转部件（如飞轮、离合器、变速器、齿轮、传动轴、主传动器、车轮等）的转动惯量，以发动机飞轮及汽车车轮的数值为最大，通常忽略其它部件的影响而不计。如以Je、Jk分别表示发动机飞轮和全部车轮的转动惯量，以de/dt、dk/dt分别表示发动机飞轮和车轮的角加速度，则飞轮的惯性力矩Mje和车轮的惯性力矩Mjk为 Mje=Je·de/dt Mjk=Jk·dk/dt 将上述惯性力矩换算成作用在车轮上的力矩，并除以车轮工作半径rk ，则得回转部件的惯性阻力Fj2为 Rj2与Rj1之和即汽车的惯性阻力Rj（N）。为简化计算引

11、入一个系数，得 式中称为汽车回转质量换算系数。主要与飞轮的转动惯量、车轮的转动惯量以及传动系的传动比有关，其值可用下式计算 式中1与2为分别考虑汽车车轮和发动机飞轮的惯性影响而引用的两个系数。对一般汽车而言其数值变化不大；1在0.030.05之间；2对于小客车在0.050.07之间，对于载重汽车在0.040.05之间。 当汽车滑行或制动时，发动机系脱开，则 = 1+1 汽车车轮的回转质量换算系数1，还可按下面经验公式进行计算 对小客车 1= 0.05G0 /Ga 对于载重车 1= 0.07G0 /G式中：G0汽车空车重力； Ga 汽车满载总重力。2.1.3 汽车的行驶条件1汽车行驶的必要条件为

12、使汽车运动，汽车的牵引力必须与汽车运动时所遇到各项阻力之和平衡， Ft = Rf ±Ri+RW ±Rj 代入表达式，汽车的运动方程式为： 汽车的牵引力与路面对车轮的水平反力大小、方向均相同，而路面对车轮的水平反力受轮胎与路面间附着条件的制约。驱动力小于或等于轮胎与路面之间的附着力，即 Ft G·j （2.1.31）式中：G驱动轮荷重（N），对于全轮驱动的汽车，为汽车总重；对于后轮驱动的汽车，一般取小汽车；G=0.5 Ga 0.65Ga，载重汽车：G=0.65 Ga 0.8 Ga； j轮胎与路面间的摩擦系数。式2.1.31即为汽车行驶的充分条件，亦称附着条件。把式2

13、.1.27和式2.1.29结合起来，便是汽车行驶的充分必要条件，亦称为汽车运动与驱动与附着条件，即 Ft = Rf ±Ri+RW ±RjG 3. 道路摩擦系数摩擦系数与路面的粗糙程度、潮湿泥泞程度、轮胎花纹和气压、车速、荷载重量等因素有关。各类路面的平均值如表2.1.6 2.2 汽车的动力特性动力特性：能反映汽车动力性能的指标。汽车的动力性能：指汽车所具有的加速、上坡、最大速度等的性能。汽车的动力性愈好，速度就愈高，所能克服的行驶阻力也愈大。 2.2.1 动力因数和动力特性图1. 动力因素汽车的运动方程式：Ft = Rf ±Ri+RW ±Rj改变形式，

14、Ft - RW = Rf ±Ri±RjFt - RW称为汽车的后备牵引力。 Ft 、 RW之值均与汽车的构造和行驶速度有关。 代入表达式 令上式左端为D，即 动力因数D：某型汽车在海平面高度上，满载情况下，单位车重所具有的后备牵引力（又叫单位车重所具有的牵引潜力）。当汽车作等速行驶时，dv/dt = 0 则 D = f ± i = 式中：道路阻力系数，=f± i，仅与道路状况和坡度有关。 2. 动力特性图 由于Ft 、和Ga只取决于汽车的结构特点，和道路条件无关，因此如以知汽车发动机的外特性曲线，则可绘出动力因数D与车速V间的关系曲线，称为动力特性图。图

15、2.2.1为国产解放CA-10B汽车的动力特性图。 3. 海拔荷载系数当道路所在地不在海平面上，汽车也不是满载，由于海拔增高，气压降低，使发动机输出功率、汽车的驱动力及空气阻力都随之降低，所以，应对动力因数D进行修正。方法是给D乘以一个修正系数， 动力特性图是按海平面及汽车满载的情况下绘制的，对不同海拔、荷载下的动力因数应进行修正，其修正系数称为海拔荷载系数，有 （2.2.4）式中： 海拔荷载系数； 海拔系数； Ga 满载时汽车重力，N； GT 实际装载时汽车重力，N。图2.2.3 汽车某挡的动力特性图2.2.2 车速特性当汽车的动力因数为D，道路阻力为，汽车的行驶状态有以下三种情况：1. 道路条件一定时的最高车速最高车速就是指在良好的路面条件情况下，稳定行驶的汽车所能够达到的最大行驶速度。dv/dt=0，则D=直线与D=f（V）曲线的交点所对应的速度Vc，即为在道路阻力为时，汽车可能的最大行驶速度。2. 临界速度 对某一排挡的动力特性曲线，动力因数D均有一定的使用范围，且存在一个最大值Dmax，