第2章 汽车行驶理论s

1、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。在发动机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经过传动系变速和传动，将发里热能转化成机械能经过传动系变速和传动，将发动机曲轴的扭矩动机曲轴的扭矩M传给驱动轮，产生驱动轮的扭矩传给驱动轮，产生驱动轮的扭矩Mk，扭矩，扭矩Mk驱动汽车驱动轮旋转，轮胎对路面产驱动汽车驱动轮旋转，轮胎对路面产生向后的水平推力生向后的水平推力TH，则路面对车辆产生向前的推，则路面对车辆产生向前的推力力T（ TH的反力），驱使汽车行驶。的反力），驱使汽车行驶。 1发动机曲轴扭矩发动机曲轴扭矩MmNnNM 9549k

2、MnMrn/MN954910000602TrMkW/MWMN1000 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n发动机转速特性经验公式：发动机转速特性经验公式：)()()(33221maxkwnnnnnnNNNNN功率)()()(22maxmaxmNnnnnMMMMMMNN扭距式中：式中：Mmax最大扭矩（最大扭矩（Nm）；）；n MN最大功率所对应的扭矩，最大功率所对应的扭矩，n nN最大功率所对应的转速（最大功率所对应的转速（r/min）；）；n nM最大扭矩所对应的转速最大扭矩所对应的转速(rmin)；NmaxNnN9549M2驱动轮扭

3、矩驱动轮扭矩Mkniinnkk0kmnrnrV377.01000602n 车速车速V V与发电机转速关系：与发电机转速关系：3汽车的驱动力汽车的驱动力 NVNMVn.rMrMTTTTk36003770把驱动轮上的 扭矩Mk用一对力偶Ta和T代替， Ta作用在轮缘上与路面水平力F抗衡，T作用在轮轴上推动汽车前进，称为驱动力（或称牵引力）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

4、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。 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。 2道路阻力道路阻力 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力。（1）滚动阻力 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胎变形，而且路面也会变形，其接触面之间产生摩

5、擦要消耗部分功率。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。 这就是产生滚动阻力的原因。（1）滚动阻力）滚动阻力 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，其值时，其值可用下式计算。可用下式计算。 RfGfcos 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 Rf=G f （N） 式中：式中：Rf滚动阻力（滚动阻力（N）；）； G车辆总重力（车辆总重力（N）；）； f滚动阻力系数，它与路面类型、轮胎结构和行驶速滚动阻力系数，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，在一定类型的轮胎和一定车

6、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关的常数，见表范围内，可视为只和路面状况有关的常数，见表2-4。 滚动阻力和坡度阻力均与道路状况有关，且都与汽车的总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，将它们统称为重力成正比，将它们统称为道路阻力道路阻力，以，以RR表示表示（2）坡度阻力）坡度阻力3. 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旋转质量组成部分较多，计算复杂，为方便，一般给平移质旋转质量组成部分较多，计算复杂，为方便，一般给平移质量惯性阻

7、力乘以大于量惯性阻力乘以大于1的系数的系数，来代替旋转质量惯性力矩的，来代替旋转质量惯性力矩的影响。总的惯性阻力为：影响。总的惯性阻力为：)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）。 l12ik2 1表示汽车车轮惯性力的影响系数，一般表示汽车车轮惯性力的影响系数，一般1=0.030.05； 2表示发动机飞轮惯性力的影响系数，一般小客车表示发动机飞轮惯性力的影响系数，一般小客车2=0.050.07，载重汽车，载重汽车2=0.040.05； 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RI三

8、、汽车的运动方程式与行驶条件三、汽车的运动方程式与行驶条件agGi)G(f.KAVrMUT15212汽车行驶的为：agG) if (GRTW为使不同类型汽车的动力性进行比较，且有相同的为使不同类型汽车的动力性进行比较，且有相同的评价尺度，将上式两端分别除以车辆总重评价尺度，将上式两端分别除以车辆总重G，得，得 ag) if (GRTWGRTDWn 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，每单位车重克服道路阻力和惯性阻力的性能。 D可表示为速度V的二次函数。G15.21KAVGrUMGRGTD2TW也可用曲线表示D与V的函数关系，称为动力特性图。n 海拔荷载修正系数海拔荷载修正

9、系数:ag) if (DGGn称为动力因数称为动力因数D的海拔荷载修正系数。的海拔荷载修正系数。n式中：海拔系数，见图2-5n式中：式中：海拔系数，见图海拔系数，见图2-5二、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， WQVPVDkm/hPQVk2 2n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

10、速度（即临界速度（即临界速度Vk）。）。 3770maxmaxkm/hrn.V三、汽车的爬坡能力三、汽车的爬坡能力222Im2ImIm11cosarcsinffDfDaxaxaxagi)(fDn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)dv (aavds02121VVVVVdVa112.961vdva1S2. 加、减速行程图加、减速行程图1i

11、f2if0if0n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：纵向稳定性稳定性：纵向稳定性n 横向稳定性横向稳定性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）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

12、Z1L - Gl2cos0 + Ghgsin0=0 n Z1L = Gl2cos0 - Ghgsin0=0 g20hltg 1纵向倾覆纵向倾覆 ：gghltgi-GhGl2000020sincos结论：当坡道倾角0（或道路纵坡ii0）时，汽车可能产生纵向倾覆。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 Gsin Gkn因为因为sin tg = i ，则，则纵向滑移临界状态条件：纵向滑移临界状态条件：GGtgik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，汽车时，汽车可能产生纵向滑移。可能产生纵向滑移。 n 一般一般 接近于接近于

13、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

14、在汽车的重心，方向水平背离圆心。 gRGvF2n受力分析：受力分析：横向力横向力X失稳失稳力力竖向力竖向力Y稳定稳定力力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， GcosFsinYGsinFcosX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GcosFsinYGsinFcosX)igRv(GGigRGvGiFXh2h2hh2igRvGXh2iR12

15、7V2.2.横向倾覆条件分析横向倾覆条件分析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：2bGXhggh2bGXn 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：两边分别除以两边分别除以Ghg，得：，得：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

16、沿横向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：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

17、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。对上坡的汽车耗费的功率增加，使行车项弯道阻力。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、滑移和装

18、载偏重的可能，这对汽车的行驶是向倾斜、滑移和装载偏重的可能，这对汽车的行驶是危险的。危险的。n汽车行驶在纵坡为汽车行驶在纵坡为i( (tg) )和超高横坡为和超高横坡为ih（tgtg）的下）的下坡路段上，作用在前轴上荷载坡路段上，作用在前轴上荷载W1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LlgRGvW222sinn 因为因为、均很小，前轴总荷载均很小，前轴总荷载W为为 :)igRLvlLihl(GWWWh22g221GLlGLlW22cosn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，前轴荷载增量与的比值为的比值为h22gigRvilhWWWIn 对载重汽车，一般对载重汽车，一般hg/l21，则，则 h2igRviI纵坡折减：纵坡折减：n, ,上式即汽沿纵横组合方向的稳定条件，也是上式即汽沿纵横组合方向的稳定条件，也是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用V(km/h)表达左式，并整理得：第五节第