第2章_汽车行驶理论ppt课件

1、第2章 汽车行驶实际2.1 概述2.2 汽车的牵引力及牵引力平衡2.3 汽车在道路上行驶的稳定性2.4 汽车的制动性能2.5汽车在道路上的行驶轨迹复习思索题.2.1 概述公路设计是以满足汽车行驶的要求为前提的，因此，在公道路形设计时，就必需弄清汽车行驶对公路的要求是什么，而要弄清这一问题，又需求了解汽车在公路上是怎样行驶的，这就是汽车行驶实际所需求研讨的问题。1、研讨汽车行驶实际的意义公路是一种线形的交通运输工程构造物，主要供汽车行驶，因此，必需了解汽车的性能及其行驶对公路的要求。 汽车行驶实际是一门在分析汽车行驶根本规律的根底上，研讨汽车行驶原理、运用性能和行驶性能的学科。经过上述研讨，进一

2、步分析影响汽车运用和行驶性能的各种要素，就可最大限制地从汽车构造、公路设计以及其它行车条件等方面发扬汽车的运用效益。汽车行驶总的要求是平安、迅速、经济与温馨。要满足汽车在公路上行驶平安、迅速、经济、温馨、低公害的要求，就必需从驾驶者、汽车、公路和交通管理等方面来保证。就公道路形设计方面讲，主要从以下几方面来保证。.保证汽车在路上行驶的稳定性，即保证平安行车，不发生翻车、倒溜或侧滑。因此需求在研讨汽车行驶过程中的力系的平衡条件、分布情况和行车稳定性等的根底上，合理设置纵、横坡度和弯公以及提高车轮与路面间附着力。尽能够提高车速。评价运输效率的目的是汽车运输消费率和运输本钱，平均技术速度是主要影响要

3、素之一。为了提高车速，就需求充分发扬汽车行驶的动力性能，因此在公路设计时必需严厉控制曲线半径、最大纵坡及坡长，合理设置超高和缓和曲线，并尽能够地采取大半径曲线及平缓的纵坡。保证公路上的行车畅通。为保证公路上行车不受妨碍或受尽量小妨碍，公道路形设计需求保证平面上有足够的视距，纵断面上应正确设计竖曲线，横断面上应有足够的通行宽度。此外，还应尽能够地减少平面交叉以及采取添加交通平安和防止公害等措施。尽量满足行车温馨。线形设计时，需求正确地组合平面线形和纵面线形，以增进驾驶者和乘客在视觉上和心思上的温馨感，采用符合视觉舒顺要求的曲线半径，留意线形与景观的协调、沿线的植树绿化等。.如上所述，公路的线形设

4、计与汽车行驶时各主要性能是亲密相关的，因此汽车行驶实际是公道路形设计的实际根底，是制定公道路形几何规范如平曲线半径、纵坡坡度等的实际根据。掌握运用汽车行驶实际对于指点公道路形设计、研讨和制定公路技术规范有着重要意义。.2.汽车的行驶性能1 动力性能： 指汽车所具有的牵引力所决议的汽车加速、爬坡和最大速度的性能。汽车的动力性能越好，就会有较高的车速、较好的爬坡才干和加速才干。经过性又称越野性：指汽车在各种道路和无路地带行驶的才干。汽车经过性能越好，汽车运用的范围就越广。2 制动性：指汽车强迫停车和降低车速的才干。汽车制动性能的好坏，直接关系到行车平安，制动性能好，汽车才干以较高的车速行驶。3 行

5、驶稳定性：指汽车遵照驾驶者指定方向行驶的才干。汽车行驶稳定性直接关系到行车的平安。4 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的才干。汽车行驶平顺性，对汽车平均技术车速、乘车温馨性、运货完好性等有很大影响。5 支配稳定性：指汽车能否按驾驶员的意图控制汽车的性能。它包括汽车的转向特性、高速稳定性和支配轻便性。.2.2 汽车的牵引力与牵引力平衡1.汽车行驶中的受力分析汽车在道路路面上行驶时，汽车牵引力将抑制行驶阻力，并遭到弯道超高、加减速、制动、路面凹凸不平等要素的影响。汽车运动时所受的力可分为：1路面摩擦力，由汽车轮胎与路面接触而产生。司机可经过加速、制动而改动作用力，以控制汽车

6、的运转。2因路面凹凸不平而产生的力，包括垂直方向及前后、左右的力，它恶化了汽车的耐久性和平顺性，影响了行驶的稳定性。3由于路面构造而产生的力，包括路拱超高侧向力、由于路面外形而产生的力、弯道引起的力。汽车行驶中受力情况与汽车的运动形状有亲密的关系。汽车的运动形状可分为直线行驶和曲线行驶，下面分别对两种形状下汽车行驶中受力情况进展简单分析。.1汽车在直线上行驶图2-1所示为后轴启动的双轴汽车，在直线坡道上作上坡加速行驶的受力情况。汽车加速上坡行驶时之惯性力 及重力平行于路面的分力 即坡度阻力作用在汽车的重心 上，作用方向与汽车行驶方向相反。 空气阻力 可视为作用在汽车正面风压中心的集中力。此外，

7、在汽车上尚有汽车重力垂直于路面之分力 。作用在汽车上的力除上述的外，还有路面对汽车的反作用力；汽车车轮上的法向反作用力 Z1及Z2，它与接触面垂直，并经过车轮中心；滚动阻力矩 Mf1及Mf2，其作用方向与车轮回转方向相反，由前所述知滚动阻力矩值为汽车车轮上的切向反作用力X1 及X2 作用在车轮与路面的接触面上，并与车轮接触面的切线方向一致，从动轮的切向反作用力X1 的作用方向与汽车行驶方向相反，而驱动轮的 切线反作用力的作用方向那么与汽车行驶方向一样，惯性力矩MJ1 及MJ2 的作用方向与车轮的回转方向相反。假设将汽车的诸作用力分别对前轮接地点及后轮及地点取矩，并思索到. 那么 2122由以上

8、式2-1，2-2可知，当汽车行驶时，作用在汽车前后轮上的法向反作用力不仅与汽车构造参数如、 L1、L2、hg、等有关，而且随汽车运动情况而变化。汽车在上坡行驶时，反作用力Z1 减小，而Z2 增大；下坡行驶时，那么相反。空气阻力使反作用力Z1 减小，而Z2 增大，其差别随风压中心高度的增高而加大。作用在汽车前轮从动轮的切向反作用力X1 为23而作用在汽车后轮驱动轮的切向反作用力X2 为24.2汽车在曲线上行驶 图2-2所示为汽车在有横坡的道路上作曲线行驶的受力情况。图中汽车的重力 和惯性力 作用在汽车的重心 Cg上，由于横坡的存在，此时作用在汽车上的侧向力除力 外，尚有汽车重力平行于路面的分力

9、。 如对汽车左边车轮与公路接触面中点的连线取矩，那么可得 + 解上式可得汽车右轮上所受的法向反作用力25同理可得汽车左轮上所受的法向反力 26. 图2-3所示为汽车在有横坡的公路上作曲线行驶时的受力情况俯视图，图中除侧向力及惯性矩MJZ外，其它作用力及反作用力均未绘出。如对汽车后轴中心取矩，那么按平衡条件可得 解上式可得作用在汽车前轴车轮的侧向反作用力 27同理可得作用在汽车后轴车轮的侧向反作用力为 28式中：MJZ汽车在曲线上行驶时之惯性力矩。 .2.牵引力的产生及传送 汽车的行驶需求抑制各种行驶阻力，因此必需具备足够的动力牵引力，汽车行驶时牵引力来自内燃发动机。燃料在发动机内熄灭，将热能转

10、变为机械能，因此牵引力取决于发动机的性能。11表征汽车发动机特性的根本目的 有效功率 有效功率指汽车在单位时间内所具有的做功的才干，单位为千瓦KW。不同的汽车，发动机性能不同，所发出的有效功率也不同。如在发动机转速为3000时，不同汽车发动机所发出的最大功率分别为：解放CA141，Nmax=99KW/3000r马力；黄河JN150，Nmax=117.6kw/1800r；红旗小轿车CA-772，Nmax=161.8KW/4000r。 转速 转速是指发动机曲轴单位时间内的旋转次数，用每分钟转数r/min为单位。转速的大小影响汽车行驶的快慢。 扭矩 扭矩是指汽车发动机产生于曲轴上的转动力矩，用牛顿米

11、N.m 为单位。汽车发动机扭矩的大小，决议了汽车产生牵引力的大小。.转动角速度指单位时间内发动机曲轴转动的角度，单位是弧度/秒rad/s。 2发动机有效功率Ne和曲轴扭矩Me的关系 发动机内燃料熄灭产生的热能，经过活塞、曲轴转化为机械能，产生有效功率 ，驱使曲轴以每分钟 的转速旋转，产生扭矩 ，再经过一系列的变速、传动，在驱动轮上产生扭矩 推进汽车前进。由功率的根本功式：即或 29 如将发动机所发出的功率、扭矩以及单位燃料耗费量与发动机曲轴的转速之间的函数关系以曲线表示，那么此曲线称为发动机转速特性曲线，或发动机特性曲线。假设此曲线是当节气阀全开或最大供油量时所得，那么称为发动机外特性曲线。而

12、在节气阀部分开启或部分供油量时所得的曲线，那么称为发动机的部分负荷特性曲线或发动机的节流特性曲线。. 当研讨汽车牵性能时，在发动机特性图上可省去单位燃料耗费量。如图2-4所示为某一汽油发动机的外特性曲线。图中 为发动机的最小稳定任务转速，随着转速的提高，发动机所发出的扭矩和功率都在添加。当曲轴转速为 时，发动机扭矩到达最大值 ，如进一步提高曲轴转速那么发动机扭矩将下降，但发动机功率仍将继续添加，直至其最大值 。如再继续提高曲轴转速，那么发动机所发出的功率由于汽缸充气恶化，机械损失等缘由将逐渐降低。此时发动机的磨损甚为猛烈，故普通发动机设计均使其最大转速不大于最大功率时转速的1025%。.3驱动

13、轮扭矩 及牵引力汽车的动力传送为：动力扭矩发动机离合器变速箱传动轴万向节头轴主传动器及车轴驱动轮，即发动机曲轴扭矩 经过离合器、变速箱，随所用排挡的变速比 和机械效率 ，传至万向节头轴上的扭矩为 ，此时 。万向节头轴上的扭矩 再传至主传动器，并随主传动器的减速比率 及机械效率 ，经车轴传到驱动轮上的扭矩为 ，此时 ，取 有 。汽车行驶时，共受以下几个力如图2-5：作用于汽车驱动轮上的扭矩 ，汽车重力G及与之相平衡的反力 ，行驶阻力T，路面程度反力F。驱动轮上的扭矩 可用一对力偶 和P替代，P作用在轮缘上与路面程度反力F平衡，作用在轮轴上推进汽车前进，与汽车的行驶阻力抗衡。所以又=所以有牵引力

14、.假设要求汽车具有较大的牵引力，那么必需采用较大的变速比ik.i0，但ik.i0随着的增大，车速V会降低，因此汽车设有几个排档，各档具有固定的变速比或最大速度值。采用低速档，能获得较大的牵引力和较低车速，采用高速档，能获得较高的车速和较小的牵引力。.图2-6是由发动机特性曲线转换得到的汽车牵引特性曲线。图中Pt1、Pt2、Pt3和Pt4分别表示一、二、三、档及直接档时汽车牵引力与汽车行驶速度的关系曲线。汽车的牵引特性对研讨汽车的牵引性能至关重要，如汽车的牵引力与行驶速度的关系，不同档位汽车牵引力的变化，汽车的最大行驶速度、最大加速度、最大爬坡度等都必需借助牵引特性加以分析研讨。.3.汽车的行驶

15、阻力 汽车运动时需求不断抑制运动中所遇到的各种阻力。这些阻力或来自汽车赖以行驶的路面，或来自汽车周围的介质空气，通常前者称之为滚动阻力Pf，而后者称为空气阻力Pw。此外，汽车上坡行驶时，所需抑制的汽车重力在平行于路面方向的分力称为坡度阻力Pi；汽车加速行驶时，所需抑制惯性的阻力，称为惯性阻力Pj。 上述这些阻力中，滚动阻力和空气阻力存在于任何条件下，因此在汽车运动时，为抑制这些阻力经常需求耗费发动机一定的功率。坡度阻力和惯性阻力那么存在于某种行驶条件下。例如汽车在程度路上作等速行驶时，坡度阻力和惯性阻力均不存在；假设在纵坡路上作变速行驶，就有坡度阻力和惯性阻力。用于抑制上坡时的坡度阻力和加速时

16、的惯性阻力所耗费的功率，在下坡和滑行时髦能部分利用，此时阻力Pi和Pj将是负值，也就成了汽车的驱动力。.(3)坡度阻力 .(4)惯性阻力 .2.4汽车在道路上行驶的稳定性 汽车行驶稳定性是指汽车在行驶过程中，受外部要素作用下，尚能坚持或很快恢复原行驶形状和方向，不至于失去控制而发生侧滑、倾覆等景象的才干。汽车行驶的稳定性从不同方向来看，有纵向稳定性和横向稳定性两种。从丧失稳定的方式来看，有滑动稳定性和倾覆稳定性两种。分析和确保汽车行驶的稳定性对于合理设计汽车构造尺寸、正确设计公路、保证行车平安、提高运输消费率、减轻驾驶员的疲劳强度，有着非常重要的意义。影响汽车行驶稳定性主要有以下三方面的要素：

17、1汽车本身的构造参数。如汽车的整体布置、几何参数、质量参数、轮胎特性、前后悬架的方式等，对汽车行驶的稳定性都有着决议性的影响。2驾驶员的要素。如驾驶员开车时的思想集中情况、反响快慢、技术熟练程度、动作灵敏程度等要素对于驾驶员能否做出准确判别、及时采取措施使汽车趋于稳定、确保行车稳定有着直接关系。3作用于汽车的外部要素。主要是汽车和路面间的相互作用要素如公路的纵向、横向坡度，路面附着情况等以及汽车作不等速行驶和曲线行驶时惯性力的作用。.1.汽车行驶的纵向稳定性 汽车在行驶过程中，随着运动形状的改动，作用在前后车轮上的法向反作用力亦有相应的变化。假设汽车在某一运动形状下，前轮的法向反作用力为零时，

18、那么汽车将发生前轴车轮离地而导致纵向倾覆。当后轮的法向反作用力为零时，根据附着条件，其牵引力将不复存在，汽车丧失行驶才干。此两种情况均为汽车的纵向失稳，导致汽车纵向倾覆或倒溜 .二、汽车行驶的横向稳定性 汽车行驶时，常受侧向力的作用及影响，如重力、惯性力等的侧向分力。汽车在侧向力的作用下，当车轮的侧向反作用力到达附着力时，汽车将沿着侧向力的作用方向滑移；侧向力同时将引起左右车轮法向反作用力的改动，当一侧车轮上的法向反作用力变为零时，汽车将发生侧向翻车。因此，汽车行驶时，在侧向力作用下有能够产生横向滑移或横向倾覆。为保证行车的平安稳定，必需分析研讨行驶的横向稳定性。.2.4汽车的制动性能汽车的制

19、动性是指汽车在行驶中强迫降低车速以致停车，或在下坡时坚持一定速度行驶的才干。汽车制动性能的好坏，直接关系到汽车行驶的平安，只需当汽车具有良好的制动性能时，才干保证行车平安，提高汽车的行驶速度，充分发扬汽车的其它运用性能，以提高其平均行驶速度，从而获得较高的运输消费率。.2.5汽车在道路上的行驶轨迹 一辆正常行驶的汽车，无论直行还是转弯，留下的轨迹都是相当顺滑顺眼的，构成一条曲折有致的优美线形。对行驶轨迹的进一步研讨和分析，可协助我们深化了解道路要素的几何构成，为新建道路的设计和旧路的改善提供良好的参考。最理想的道路平面是行车道的边缘能与汽车的前外轮和后内轮迹线完全符合或相平行，研讨阐明，行驶中的汽车重心的轨迹在几何上有以下特征：1这个轨迹不仅是延续的，而且是圆滑的；2这个轨迹