道路勘测设计第二章--汽车行驶性能培训资料

1、道路勘测设计第二章-汽车行驶性能n一、汽车的驱动力汽车的动力来源：汽车的动力来源：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。汽车在道路上行驶时，必须有足够的驱动力来克服各种行驶汽车在道路上行驶时，必须有足够的驱动力来克服各种行驶阻力。汽车行驶的驱动力来自它的内燃发动机。在发动机里阻力。汽车行驶的驱动力来自它的内燃发动机。在发动机里热能转化成机械能，产生有效功率，驱使曲轴以每分钟的转热能转化成机械能，产生有效功率，驱使曲轴以每分钟的转速旋转，发生的扭矩，再经过离合器、变速器、传动轴、主速旋转，发生的扭矩，再经过离合器、变速器、传动轴、主传动器、差速器和半轴等一系列的

2、变速和传动，将曲轴的扭传动器、差速器和半轴等一系列的变速和传动，将曲轴的扭矩传给驱动轮，产生的扭矩驱动汽车行驶。矩传给驱动轮，产生的扭矩驱动汽车行驶。汽车传动系统：汽车传动系统：3汽车的驱动力汽车的驱动力 )N(VN3600MVn377. 0rMrMTTTTk 1空气阻力空气阻力 汽车在行驶中，由于迎面空气质点的压力，车汽车在行驶中，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。碍汽车前进，总称为空气阻力。 二、汽车的行驶阻力二、汽车的行驶阻力 2wvKA21Rn式中：式中：K空气阻力系数，它与汽车的流

3、线型有关；空气阻力系数，它与汽车的流线型有关； n 空气密度，一般空气密度，一般=1.2258（Ns2m4）；）；n A汽车迎风面积（或称正投影面积）（汽车迎风面积（或称正投影面积）（m2）；）；n v汽车与空气的相对速度（汽车与空气的相对速度（ms），可近似），可近似地取汽车的行驶速度。地取汽车的行驶速度。 将车速将车速v（ms）化为）化为V（kmh）并化简，得）并化简，得1空气阻力空气阻力(N) 15.21KAVR2wn 对汽车列车的空气阻力，一般可按每节挂车的空对汽车列车的空气阻力，一般可按每节挂车的空气阻力为其牵引车的气阻力为其牵引车的20%折算。折算。n 2道路阻力道路阻力n道路阻力

4、是由弹性轮胎变形和道路的不同路面类型道路阻力是由弹性轮胎变形和道路的不同路面类型及纵坡度而产生的阻力，主要包括滚动阻力和坡度阻及纵坡度而产生的阻力，主要包括滚动阻力和坡度阻力。力。n（1）滚动阻力）滚动阻力n弹性轮胎反复变形时，其材料内部发生摩擦要消耗弹性轮胎反复变形时，其材料内部发生摩擦要消耗一部分功率。在柔性路面上汽车行驶时汽车的不仅轮一部分功率。在柔性路面上汽车行驶时汽车的不仅轮胎变形，而且路面也会变形，其接触面之间产生摩擦胎变形，而且路面也会变形，其接触面之间产生摩擦要消耗部分功率（路面支反力前移，与车轮重力形成要消耗部分功率（路面支反力前移，与车轮重力形成反向力矩）。另外，由于路面的

5、不平整而造成轮胎震反向力矩）。另外，由于路面的不平整而造成轮胎震动和撞击引起部分功率的消耗。动和撞击引起部分功率的消耗。n （1）滚动阻力）滚动阻力n 滚动阻力与汽车的总重力成正比，若坡道倾角为滚动阻力与汽车的总重力成正比，若坡道倾角为时，其值可用下式计算。时，其值可用下式计算。n RfGfcosn 由于坡道倾角由于坡道倾角一般较小，认为一般较小，认为cos1，则，则n Rf=Gf （N）n式中：式中：Rf滚动阻力（滚动阻力（N）；）；n G车辆总重力（车辆总重力（N）；）；n f滚动阻力系数，它与路面类型、轮胎结滚动阻力系数，它与路面类型、轮胎结构和行驶速度等有关，一般应由试验确定，在一定类

6、构和行驶速度等有关，一般应由试验确定，在一定类型的轮胎和一定车速范围内，可视为只和路面状况有型的轮胎和一定车速范围内，可视为只和路面状况有关的常数，见表关的常数，见表2-4。汽车在坡道倾角为汽车在坡道倾角为的道路上行驶时，车重的道路上行驶时，车重G在平在平行于路面方向的分力为行于路面方向的分力为Gsin，上坡时它与汽车前，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向相同，助推汽车行驶。坡度阻力可用下式计算 Ri=Gsin 因坡道倾角一般较小，认为因坡道倾角一般较小，认为sintgi，则，则 Ri

7、=Gi （N）式中：式中：Ri坡度阻力坡度阻力 （N）；）； G车辆总重力（车辆总重力（N）；）； i 道路纵坡度，上坡为正；下坡为负。道路纵坡度，上坡为正；下坡为负。n（2）坡度阻力）坡度阻力 RR=G（f+i） 式中：式中：f+i统称道路阻力系数。统称道路阻力系数。n滚动阻力和坡度阻力均与道路状况有关，且都与滚动阻力和坡度阻力均与道路状况有关，且都与汽车的总重力成正比，将它们统称为道路阻力，以汽车的总重力成正比，将它们统称为道路阻力，以RR表示表示汽车变速行驶时，需要克服其质量变通运动时产汽车变速行驶时，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，用生的惯性力和惯性力矩称为

8、惯性阻力，用RI表示。表示。 汽车的质量：平移质量汽车的质量：平移质量 旋转质量旋转质量n3惯性阻力惯性阻力n平移质量的惯性力平移质量的惯性力 n旋转质量的惯性力矩旋转质量的惯性力矩 agGmaR1 IdtdIR2I惯性阻力计算：惯性阻力计算：)N(agGRIn式中：式中：惯性力系数（或旋转质量换算系数）。惯性力系数（或旋转质量换算系数）。n l12ik2 n式中：式中：1表示汽车车轮惯性力的影响系数，一表示汽车车轮惯性力的影响系数，一般般1=0.030.05；n 2表示发动机飞轮惯性力的影响系数，一般表示发动机飞轮惯性力的影响系数，一般小客车小客车2=0.050.07，载重汽车，载重汽车2=

9、0.040.05；n ik变速箱的速比。变速箱的速比。n汽车的总行驶阻力汽车的总行驶阻力R为：为： R=Rw十十RR十十RI1汽车的运动方程式汽车的运动方程式汽车在道路上行驶时，必须有足够的驱动力来克服汽车在道路上行驶时，必须有足够的驱动力来克服各种行驶阻力。当驱动力与各种行驶阻力之代数和各种行驶阻力。当驱动力与各种行驶阻力之代数和相等的时候，称为驱动平衡。其驱动平衡方程式相等的时候，称为驱动平衡。其驱动平衡方程式（也称汽车的运动方程式）为（也称汽车的运动方程式）为 T=R=Rw+RR+RI代入表达式，汽车的运动方程式为代入表达式，汽车的运动方程式为：n三、汽车的运动方程式与行驶条件三、汽车的

10、运动方程式与行驶条件agG) if (G15.21KAVrMU2T汽车的驱动力 r车轮工作半径（m） 式中驱动力T为节流阀全开的情况。如果节流阀部分开启时，要对驱动力T进行修正。修正系数用U表示，称之为负荷率。一般，负荷率U =80%90%。 )(377. 0NMVnrMrMTTTk)(377. 0NMVnrMrMTTTkrMrMTTk2汽车的行驶条件汽车的行驶条件汽车在道路上行驶，当驱动力等于各种行驶阻力之汽车在道路上行驶，当驱动力等于各种行驶阻力之和时，汽车就等速行驶；当驱动力大于各种行驶阻和时，汽车就等速行驶；当驱动力大于各种行驶阻力之和时，汽车就加速行驶；当驱动力小于各种行力之和时，汽

11、车就加速行驶；当驱动力小于各种行驶阻力之和时，汽车就减速行驶，直至停车。所以，驶阻力之和时，汽车就减速行驶，直至停车。所以，要使汽车行驶，必须具有足够的驱动力来克服各种要使汽车行驶，必须具有足够的驱动力来克服各种行驶阻力。即行驶阻力。即汽车行驶的必要条件（即驱动条件）汽车行驶的必要条件（即驱动条件） ： TR 驱动力小于或等于轮胎与路面之间的附着力，即驱动力小于或等于轮胎与路面之间的附着力，即 T T G Gk k式中：式中： 附着系数，主要取决于路面的粗糙程附着系数，主要取决于路面的粗糙程度和潮湿泥泞程度，轧胎的花纹和气压，以及车速度和潮湿泥泞程度，轧胎的花纹和气压，以及车速和荷载等，计算时

12、可按表和荷载等，计算时可按表2-52-5选用；选用； G Gk k驱动轮荷载，一般情况下，小汽车为总驱动轮荷载，一般情况下，小汽车为总重的重的50.65倍，载重车为总重的倍，载重车为总重的0.650.650.800.80倍。倍。汽车行驶的充分条件：汽车行驶的充分条件：第三节第三节 汽车的动力特性及加、减速行程汽车的动力特性及加、减速行程 动力特性：能反映汽车动力性能的指标。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，大速度等的性能。汽车的动力性愈好，速

13、度就愈高，所能克服的行驶阻力也愈大。所能克服的行驶阻力也愈大。 一、汽车的动力因数一、汽车的动力因数汽车的运动方程式：汽车的运动方程式：T = Rw+RR+RI改变形式，改变形式， T - Rw= RR+RI 上式等号左端上式等号左端T-Rw称为汽车的称为汽车的后备驱动力后备驱动力，T、RW之值均与汽车的构造和行驶速度有关。之值均与汽车的构造和行驶速度有关。 代入表达式，代入表达式， agG) if (GRTWagGifGRTw)(agifGRTw)(GRTDwD D称为动力因数，它表征某型汽车在海平面高程上，满载情况下，称为动力因数，它表征某型汽车在海平面高程上，满载情况下，每单位车重克服道

14、路阻力和惯性阻力的性能。每单位车重克服道路阻力和惯性阻力的性能。动力因数和动力特性图是按海平面及汽车满载情况下的标准值计算绘制动力因数和动力特性图是按海平面及汽车满载情况下的标准值计算绘制的。若道路所在地不在海平面上，汽车也不是满载，由于海拔增高，气的。若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，使发动机的输出功率、汽车的驱动力及空气阻力都随之降低，压降低，使发动机的输出功率、汽车的驱动力及空气阻力都随之降低，所以，应对动力因数所以，应对动力因数D D进行修正。方法是给进行修正。方法是给D D乘以一个修正系数乘以一个修正系数当汽车的动力因数为当汽车的动力因数为D，道路阻力

15、为，道路阻力为，汽车的行，汽车的行驶状态有以下三种情况：驶状态有以下三种情况： 当当D时：时： 加速行驶加速行驶二、汽车的行驶状态二、汽车的行驶状态ag) if (D)D(ga由由得得n 当当=D时时: a0 等速行驶等速行驶n 当当D时：时： 减速行驶减速行驶0)(Dga0)D(gaif式中：式中：道路阻力系数，道路阻力系数， 平衡速度：任意的平衡速度：任意的D相应等速行驶的速度，用相应等速行驶的速度，用VP表示。表示。临界速度：临界速度：每一排档每一排档最大动力因数最大动力因数Dmax对应的速度，对应的速度，用用Vk表示。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

16、小速度汽车的最高速度：汽车的最高速度：是指节流阀全开、满载（不带挂是指节流阀全开、满载（不带挂车）、在表面平整坚实水平路段上作稳定行驶时的车）、在表面平整坚实水平路段上作稳定行驶时的速度。速度。 某一排档的最高速度某一排档的最高速度Vmax ：maxmaxnr377. 0Vn汽车的最小稳定速度汽车的最小稳定速度：是指满载（不带挂车）在路：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面平整坚实的水平路段上，稳定行驶时的最低速度（即临界速度（即临界速度Vk）。）。n汽车的最小稳定速度与汽车的最高速度之间的差距汽车的最小稳定速度与汽车的最高速度之间的差距愈大，表示汽车对道路阻

17、力的适应性愈强，其他排挡愈大，表示汽车对道路阻力的适应性愈强，其他排挡也同样存在着这两个对应值。也同样存在着这两个对应值。平衡速度临界速度稳定行驶不稳定行驶临界速度是汽车稳定行驶的极限速度。一般情况下汽车都采用大于某一排档的临界速度作为行驶速度，以便克服额外阻力而连续行驶。如果道路阻力更大，使得车速降低较快，若车速降至本档时需要换低档行驶；相反，道路阻力更小时车速增加较快，当增至本档最高车速时需要换高档行驶。最大爬坡度：最大爬坡度：指汽车在坚硬路面上用最低档作等速指汽车在坚硬路面上用最低档作等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

18、+sin解此三角函数方程式，得最大坡角：解此三角函数方程式，得最大坡角：三、汽车的爬坡能力三、汽车的爬坡能力222Im2ImIm11cosarcsinffDfDaxaxaxag) if (Dn汽车的爬坡能力汽车的爬坡能力是指汽车在良好路面上等速行驶时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。克服了其它行驶阻力后所能爬上的纵坡度。， a=0，则，则 i=D-f 1计算加、减速行程计算加、减速行程 由由ds=vdt，a=dv/dt，得，得 四、汽车的加、减速行程四、汽车的加、减速行程n设初速设初速V V1 1，终速，终速V V2 2，则，则)0(vdva1dsa2121V

19、VVVVdVa112.961vdva1S东风东风EQ-140加、减速行程图加、减速行程图2. 加、减速行程图加、减速行程图1if2if0if0 加、减速行程图用法加、减速行程图用法 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

20、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）n临界状态：汽车前轮法向反作用力临界状态：汽车前轮法向反作用力Z1为零为零 。n Z1L - - Gl2cos0 + + Ghgsin0=0 n Z1L = Gl2cos0 - - Ghgsin0=0 g20hltg 1纵向倾覆纵向倾覆 ：g20hli 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因为因为sinsin tgtg = = i i ，则，则纵向滑移临界状态纵向滑移临界状态条件

21、：条件：GGtgikn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 Gn i = tg = n结论：结论：当坡道倾角当坡道倾角 或道路纵坡度或道路纵坡度ii 时，时，汽车可能产生纵向滑移。汽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 一般一般 接近于接近于1 1，而，而 远远小于远远小于1 1，g20hli GGikn 所以，所以， i i i i0 0n 即汽车在坡道上行驶时，在发生纵向倾覆之前，即汽车在坡道上行驶时，在发生纵向倾覆之前，首先发生纵向滑移现象。首先发生纵向滑移现象。n 道路设计只要满足不产生纵向滑移，就可避免道路

22、设计只要满足不产生纵向滑移，就可避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GGiik二、汽车行驶的横向稳定性二、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，其作用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。点在汽车的重心，方向水平背离圆心。 gRGvF2n受力分析：受力分析：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

23、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， GcosFsinYGsinFcosX 由 于 路 面 横 向 倾 角由 于 路 面 横 向 倾 角 一 般 很 小 ， 则一 般 很 小 ， 则sintg=isintg=ih h，cos1cos1，其中，其中i ih h称为横向超高称为横向超高坡度，坡度，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， 采用横向力系数来衡量稳定性程度，其意义为单位车采用横向力系数来衡量稳定性程度，其意义为单位车重的横向力，即重的横向力，即GcosFsinYGsinFc

24、osX)igRv(GGigRGvGiFXh2h2hh2igRvGXh2iR127V横向倾覆：汽车在平曲线上行驶时，由于横向力的横向倾覆：汽车在平曲线上行驶时，由于横向力的作用，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：2bG2bG)(Fi2bYhn 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

25、件分析：横向倾覆平衡条件分析：2bGXhggh2bGX2bG2bG)(Fi2bYhn 稳定力矩：稳定力矩：n 稳定、平衡条件：稳定、平衡条件：)i2hb127(VRhg2minh2iR127Vn 汽车在平曲线上行驶时，不产生横向倾覆的最小平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 横向滑移：汽车在平曲线上行驶时，因横向力的存横向滑移：汽车在平曲线上行驶时，因横向力的存在，可能使汽车沿横向力的方向产生横向滑移。在，可能使汽车沿横向力的方向产生横向滑移。n 横向力小于轮胎和路面之间的横向附着力。横向力小于轮胎和路面之间的横向

26、附着力。n 极限平衡条件：极限平衡条件：hhGYXhGX横向滑移稳定条件：横向滑移稳定条件：h)i127(VRhh2或4 4横向稳定性的保证横向稳定性的保证n 汽车在平曲线上行驶时的横向稳定性主要取决于汽车在平曲线上行驶时的横向稳定性主要取决于横向力系数横向力系数值的大小。值的大小。n 现代汽车在设计制造时重心较低，一般现代汽车在设计制造时重心较低，一般b2hb2hg g，而而 h h0.5,0.5,即即n 汽车在平曲线上行驶时，在发生横向倾覆之前先产汽车在平曲线上行驶时，在发生横向倾覆之前先产生横向滑移现象。生横向滑移现象。n 在道路设计中只要保证不产生横向滑移现象发生，在道路设计中只要保证

27、不产生横向滑移现象发生，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：h)i127(VRhh2或ghh2b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 汽车行驶在小半径平曲线上时，较直线上增加了一汽车行驶在小半径平曲线上时，较直线上增加了一项弯道阻力。项弯道阻力。n 对上坡的汽车耗费的功率增加，使行车速度降低。对上坡的汽车耗费的功率增加，使行车速度降低。对下坡的汽车有沿纵横组合的合成坡度方向倾斜、滑对下坡的汽车有沿纵横组合的合成坡度方向倾斜、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

28、车行驶在纵坡为汽车行驶在纵坡为i(tg)i(tg)和超高横坡为和超高横坡为i ih h（tgtg）的）的下坡路段上，作用在前轴上荷载下坡路段上，作用在前轴上荷载W W1 1为为cosL)sinhcosl (GWg21n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singRLlGvW222 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 :)igRLvlLihl(GWWWh22g221GLlW2n 在有平曲线的坡道上，前轴荷载增量与在有平曲线的坡道上，前轴荷载增量与W W的比值为的比值为h22gigRvilhWWWI

29、n 对载重汽车，一般对载重汽车，一般hg/l21，则，则 h2igRviI直坡道上直坡道上i ih h00则则I=iI=i。即汽车沿直坡道下坡时，前轴。即汽车沿直坡道下坡时，前轴荷载增量与在平直路段前轴荷载的比率等于该路段的荷载增量与在平直路段前轴荷载的比率等于该路段的纵坡度。在曲线上如果也以直线上相同大小的最大纵纵坡度。在曲线上如果也以直线上相同大小的最大纵坡坡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： maxh2iigRvih2maxiR127Vii第五节第五节 汽车的制动性汽车的制动性 n 汽车的制动性是指汽车行驶中强制降低车速以至停汽车的制动性是指汽车行驶中强制降低车速以至停车，或在下坡时能保持一定速度行驶的能力。车，或在下坡时能保持一定速度行驶的能力。 n一、汽车制动性的评价指标一、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 制动效能的热稳定性制动效能的热稳定性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：