汽车行驶特性ppt课件

1、第二章 汽车行驶特性The Running Characteristic of Automobile. 道路是为汽车行驶效力的，要满足汽车在道路上行驶平安、迅速、经济、温馨、低公害的要求，就必需从驾驶者、汽车、道路、交通管理等方面来保证。在上述要素中，道路的线形设计与汽车行驶特性最为亲密。因此，在道道路形设计时，需求研讨汽车在道路上的行驶特性及其对道路设计的详细要求，这是道道路形设计的实际根底。.道道路形设计要保证： 1 保证汽车行驶的稳定性，即保证平安行车，不翻车、不倒溜、不侧滑，这就需求合理设置纵横坡度、弯道，以及保证车轮与地面的附着力等。 2 尽能够提高车速。. 3 保证道路行车畅通，即

2、保证汽车不受阻或少受阻。这就需求有足够的视距和路面宽度、合理地设置平竖曲线，以及减少道路交叉等。 4 尽量满足行车温馨，即采用符合视觉温馨要求的曲线半径，留意线形与景观的协调、沿线的植树绿化等。. 本章主要引见汽车的驱动力和行车阻力，汽车的动力特性，汽车的行驶稳定性、制动性和燃油经济性。在表21中列出了几种有代表性的国产汽车的主要技术性能。(P18.). 第一节 汽车的驱动力及行驶阻力 The Driving Force and Driving Resistance. 汽车在道路上行驶时，必需有足够的驱动力来抑制各种行驶阻力。汽车行驶的驱动力来自它的内燃发动机，其传力过程如下：. 在发动机里热

3、能转化为机械能 有效功率N 曲轴旋转转速为 n，产生扭矩M 经变速和传动，将M传给驱动轮，产生扭矩MK 驱动汽车行驶。.一、汽车的驱动力The Driving Force. 1.发动机曲轴扭矩MThe engine crankshaft torque M 发动机特性曲线：如将发动机的功率N、扭矩M与曲轴转速n之间的函数关系以曲线表示，那么该曲线称为发动机特性曲线。. 发动机外特性曲线:假设发动机节流阀全开，即高压油泵在最大供油量位置，那么此特性曲线称为发动机外特性曲线； 发动机部分负荷特性曲线:假设节流阀部分开启，即部分供油，那么称此特性曲线为发动机部分负荷特性曲线。. 对于不同类型的发动机，

4、其输出的功率不同，故产生的扭矩也不同。它们之间的关系如下： 式中：M发动机曲轴的扭矩N.m； N发动机的有效功率KW； n发动机曲轴的转速 (r/min)。.东风EQ6100I型发动机外特性曲线. 有时未给定发动机特性曲线，只给出最大功率NMAX 及其对应的曲轴转速nN ，那么可经过下面的阅历公式近似地计算发动机的功率曲线N=N(n)，即：. 假好像时给定最大功率NMAX 及其对应的曲轴转速nN，以及最大扭矩MMAX及其对应的曲轴转速nM，那么可用下式直接计算扭矩曲线M=M(n)，即：.2. 驱动轮扭矩MKThe Traction Torque 汽车车轮分为驱动轮和从动轮。驱动轮上有发动机传来

5、的扭矩MK ，在MK 的作用下驱使车轮滚动向前。而从动轮上无扭矩作用，它的滚动是驱动轮上的力经车架传至从动轮的轮轴上而产生运动。. 汽车发动机曲轴传至驱动轮上的扭矩按下式计算，即：.式中：MK 驱动轮扭矩 (N.m) ; M发动机曲轴扭矩 (N.m) ; 总变速比，i0 ik ； i0 传动器变速比，见表21； iK 变速箱变速比，见表21； T 传动系统的机械效率，普通载重汽车取0.800.85,小客车取 0.850.95。.此时，驱动轮上的转速nK =n/ , 相应的车速V为:式中：V汽车行驶速度 (km/h) ; n发动机曲轴转速 (r/min) ; r车轮任务半径 (m) ，即变形半径

6、，它与内胎气压、外胎构造、 路面刚性与平整性、以及荷载有关，普通取r=(0.930.96)r0； r0 未变形半径。 .3 汽车的驱动力 The Driving Force汽车驱动轮受力分析. 把驱动轮上的扭矩MK 用一对力偶Ta和T替代，Ta作用在轮缘上与路面程度反力F相抗衡，T作用在轮轴上推进汽车前进，称为驱动力或牵引力，与汽车行驶阻力R相抗衡。驱动力可按下式计算:. 上式为驱动力T与扭矩M之间的函数关系式。同样可推导出驱动力T与功率N之间的关系式为：.二、汽车的行驶阻力The Running Resistance. 汽车在行驶过程中需求不断抑制各种阻力，这些阻力有的来自空气的阻力，有的来

7、自道路摩擦力，有的来自汽车上坡行驶时产生的阻力，有的来自汽车变速行驶时抑制惯性的阻力，这些阻力可以分为空气阻力、道路阻力和惯性阻力，下面分述之。.1.空气阻力 Air Resistance 汽车在行驶过程中所受的空气阻力主要包括： 1迎面空气质点的压力； 2车后真空吸力； 3空气质点与车身外表的摩擦力。. 由空气动力学的研讨与实验结果可知，空气阻力RW可以用下式计算：式中：K空气阻力系数， 空气密度，普通1.2258(N.s2/m4) ; A汽车迎风面积，即正投影面积m2； v汽车与空气的相对速度 (m/s) ，可近似地取汽车行驶速度。. 汽车的空气阻力系数与迎风面积 表2-3 车 型 迎风面

8、积Am2 空气阻力系数K 小客车 1.41.9 0.320.50 载重车 3.07.0 0.601.00 大客车 4.07.0 0.500.80.将车速v(m/s)化为V (km/h) ，并化简得： 对于汽车挂车的空气阻力，普通可按每节挂车的空气阻力为其牵引车空气阻力的20计算。 .2.道路阻力 Road Resistance 由道路给行驶的汽车产生的行驶阻力，主要包括滚动阻力和坡度阻力。.1 滚动阻力Rolling Resistance 车轮在路面上滚动所产生的阻力，称为滚动阻力。普通情况下，滚动阻力与汽车的总重力成正比，假设坡道倾角为时，其值可按下式计算： .由于坡道倾角普通较小，以为 ,

9、 那么式中：Rf 滚动阻力 (N) ； G车辆总重力 (N) ； f滚动阻力系数，见表24。.路面类型 水泥及沥青 外表平整黑 碎石路面 枯燥平整 潮湿不平 混凝土路面 色碎石路面 的土路 整的土路 f值 0.010.02 0.020.025 0.030.05 0.040.05 0.070.15各类路面滚动阻力系数f值 表2-4.2 坡度阻力Grade Resistance 汽车在坡道倾角为的道路上行驶时，车重G在平行路面方向的分力为 ，上坡时它与汽车前进方向相反，妨碍汽车的行驶；而下坡时与前进方向一样，助推汽车行驶。坡度阻力可用下式计算 ：.因坡道倾角普通较小，以为 ，那么式中：Ri坡度阻力

10、 (N) ； G车辆总重力 (N) ； i道路纵坡度，上坡为正，下坡为负。. 道路阻力为滚动阻力与坡度阻力之和，可按下式计算式中：RR道路阻力 (N) ； f+i统称道路阻力系数。 .3、惯性阻力Inertia Resistance 汽车变速行驶时，需求抑制其质量变速运动时产生的惯性力和惯性力矩，统称为惯性阻力。 汽车的质量分为平移质量和旋转质量如飞轮、齿轮、传动轴和车轮等两部分。在汽车变速运动时，平移质量产生惯性力，旋转质量产生惯性力矩。.平移质量的惯性力 旋转质量的惯性力矩式中：I旋转部分的转动惯量； 旋转部分转动时的角加速度。. 为简化计算，普通给平移质量惯性力乘以大于1的系数，来近似替

11、代旋转质量惯性力矩的影响，即：式中： RI惯性阻力 (N) ； G车辆总重力 (N) ； g重力加速度 (m/s2) ； a汽车的加速度正值或减速度负值(m/s2) ； 惯性力系数，其值可用下式计算. 1汽车车轮惯性力影响系数，普通10.030.05 ; 2发动机飞轮惯性力的影响系数，普通小客车2 0.050.07,载重汽车2=0.040.05 ; ik变速箱的速比，查表21。.这样，汽车的总行驶阻力R为 在上述几种阻力中，空气阻力和滚动阻力永为正值，亦即在汽车行驶的任何情况下都存在；坡度阻力当上坡时为正值，平坡为零，下坡为负值；而惯性阻力那么是：加速为正值，等速为零，减速为负值。.三、汽车的

12、运动方程式与行驶条件The Running Equation and Running Condition.1.汽车的运动方程式The Running Equation 汽车在道路上行驶时，必需有足够的驱动力来抑制各种行驶阻力。 当驱动力与汽车总行驶阻力相等的时候，称为驱动平衡。其驱动平衡方程式即汽车运动方程式为：. 假设节流阀部分开启，要对驱动力T进展修正。修正系数用U表示，称为负荷率。即： 式中：U负荷率，取U8090。 将有关公式代入式212，那么汽车的运动方程为 ：.2.汽车的行驶条件The Running Condition 要使汽车行驶，必需具有足够的驱动力来抑制各种行驶阻力。即：上

13、式是汽车行驶的必要条件，即驱动条件。. 汽车能否正常行驶，还要受轮胎与路面之间附着条件的制约。即汽车正常行驶的充分条件是驱动力小于或等于轮胎与路面之间的附着力，即 215式中：GK驱动轮荷载，普通情况下，小汽车为总重的5065%; 载重汽车为总重的6580%； 附着系数，查表25。.第二节 汽车的动力特性及加、减速行程The Automobiles Dynamic Characteristic and Accelerate or Decelerate Stroke. 汽车的动力性能系指汽车所具有的加速、上坡、最大速度等性能。汽车的动力性越好，速度就越高，所能抑制的行驶阻力也就越大。本节主要引见

14、汽车的最高速度、最小稳定速度以及汽车的加、减速行程，为道路的纵断面设计提供根据。.一、 汽车的动力因数 The Automobiles Dynamic Factor 上式等号左端 即驱动力与空气阻力之差称为汽车力后备驱动力，其值与汽车的构造和行驶速度有关；等号右端为道路阻力RR与惯性阻力RI之和，其值主要与动力情况和汽车的行驶方式有关，将右端行驶阻力表达式代入，得： .将上式两端同时除以车辆总重G，得： (2-16)令上式右端为D，即 (2-17). D称为动力因数，它表征某种类型的汽车在海平面高程上，满载的情况下，每单位车重抑制道路阻力和惯性阻力的性能。将有关公式代入式217，得.显然，D可

15、以表示为车速V的二次函数，即式中. 为运用方便，可用曲线表示D与V的函数关系，称为动力特性图。表26为东风EQ104载重汽车原始数据，图24为东风EQ104载重汽车的动力特性图。利用该图可以查出各排挡下不同车速对应的动力因数值。. 动力因数和动力特性是按海平面及汽车满载情况下的规范值绘制的。假设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。所以，应对动力因数进展修正，方法是给D乘上一个修正系数，即 (2-19).式中：海拔系数，见图25； G满载时汽车的总重力 (N) ； G实践装载时汽车的总重力 (N) 。.二、汽车的行

16、驶形状 The Automobiles Running State1 道路阻力系数由式219可得式中：道路阻力系数， 。 .汽车的行驶形状有以下三种情况： 当0 加速行驶 当D时 a0 等速行驶 当D时 a0 减速行驶.2 、 平衡速度 汽车等速行驶的速度称为平衡速度，用VP表示，可用下述方法求得：. 3.临界速度最小稳定速度 每一排挡都存在各自的最大动力因数Dmax ，与之对应的速度称为临界速度最小稳定速度，用VK 表示。某一排挡的临界速度可从动力特性图上查得，也可用下式计算：由dD/dV=0，得 (2-22). 4.最高速度 汽车的最高速度是指节流阀全开、满载的情况下，在外表平整坚实的程度

17、路面上作稳定行驶时的最大速度。每一排挡都有各自的最高速度，可按下式计算： (2-23) 式中：nmax 汽车发动机的最大转数 (r/min)。. 在每一排挡下，汽车都有最高速度和最小稳定速度，二者差值越大，表示汽车对道路阻力的顺应性越强。.三、汽车的爬坡才干The Automobiles Climbing Capability 1 爬坡才干 汽车的爬坡才干是指汽车在良好路面上等速行驶时，抑制了其它行驶阻力后所能爬上的最大纵坡度。因a=0，由式219可得 (2-24)在每一排挡下，汽车的爬坡才干都不一样。普通来说，排挡越低，爬坡才干越强。. 2、最大爬坡才干 汽车的最大爬坡才干是用最大爬坡坡度来

18、衡量的。最大爬坡坡度是指汽车在巩固路面上用最低挡作等速行驶时所能抑制的最大坡度。由于最低挡爬坡才干大，坡道倾角也大，此时 ，应该用下式计算，即.式中： 最低挡所能抑制的最大坡道倾角； f 滚动阻力系数； 最低挡的最大动力因数。 那么，最大爬坡坡度为.四、汽车的加、减速行程 The Automobiles Accelerate or Decelerate Stroke 自学.第三节 汽 车 的 行 驶 稳 定 性 Running Stability of Automobile. 汽车的行驶稳定性是指汽车在行驶过程中，在外界不利要素的影响下，尚能坚持正常行驶形状和方向，不致失去控制而产生滑移或倾覆

19、等的才干。.影响汽车行驶稳定性主要有以下三方面的要素：1. 汽车本身的构造参数。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驾驶员能否作出准确判别、及时采取措施使汽车趋与稳定有直接关系。3. 道路与环境等外部要素。.一、汽车行驶的纵向稳定性 Longitudinal Stability of Automobile Running. 1.纵 向 倾 覆 Longitudinal Overturn 产生纵向倾覆的临界形状是汽车前轮法向反作用力Z1 为零，此时汽车能够绕O2点发生倾覆景象。对O2点取矩并让Z1 0，得 (2-30) 式中：a。 Z1为

20、零时的极限倾角； i 。Z1为零时道路的纵坡度。 . 2.纵 向 滑 移 Longitudinal Slide 对于后轮驱动的汽车，根据附着条件，驱动力不产生滑移的临界形状是: 由于 (2-31)所以. 当坡道倾角或道路纵坡度 时，汽车能够发生纵向滑移。 i的大小主要取决于驱动轮荷载GK与汽车总重力G的比值，以及附着系数值，因此，要防止汽车滑移一方面要添加汽车分量，另一方面要添加车轮与路面的附着力。. 3. 纵向 稳 定 性 保 证 Longitudinal Stability Guaranteeing 普通 接近于1,而 远远小于1，所以 也就是说，汽车在坡道上行驶时，在发生纵向倾覆前先,

21、发生纵向滑移景象。为保证汽车行驶的纵向稳定性，道路设计应满足不产生纵向滑移为条件，这样，也就防止了汽车的纵向倾覆景象。.所以，汽车行驶的纵向稳定条件为 (2-32) 只需设计的道路纵坡度满足上式条件，当汽车满载时, 普通都能保证纵向行驶的稳定性。但在运输中装载过高时，由于重心高度hg的增大，有能够破坏纵向稳定性条件，所以，应对汽车装载高度有所限制。. 二、汽 车 行 驶 的 横 向 稳 定 性Lateral Stability of the Automobile Running. 1.汽车在平曲线上行驶时力的平衡 Balance of Force on the Plane Curve 汽车在平

22、曲线上行驶时会产生离心力，其作用点在汽车重心，其方向程度背叛圆心。汽车离心力的大小与行驶速度的平方成正比,而与平曲线半径成反比。.式中：F离心力N； R平曲线半径m v汽车行驶速度m/s。. 在平曲线上行驶的汽车，离心力对其稳定性的影响很大，它可使汽车向外侧滑移或倾覆。为了减少离心力的作用，保证汽车在平曲线上稳定行驶，必需使平曲线上路面做成外侧高、内侧低，呈单向横坡方式，称为横向超高。. 将离心力F与汽车重力G分解为平行于路面的横向力X和垂直于路面的竖向力Y，即 由于路面横向倾角普通较小，那么其中 称为横向超高坡度简称超高率，所以. 横向力X是汽车行驶的不稳定要素，竖向力是稳定要素。就横向力而

23、言，只从其值的大小是无法反映不同分量汽车的稳定程度。例如，5KN的横向力假设作用在小汽车上，能够使其横向倾覆或滑移，而作用在重型载重汽车上能够是平安的。于是采用横向力系数来衡量稳定性程度，其定义为单位车重的横向力，即将车速v(m/s)化为V(km/h)，那么.式中：R平曲线半径m； 横向力系数； V行车速度km/h； ih横向超高坡度。 上式表达了横向力系数与车速、平曲线半径及超高之间的关系。车速V越大、平曲线半径R越小、横向超高坡度 ih越小，那么横向力系数越大，汽车的横向稳定性就越差。. 2.横 向 倾 覆 条 件 分 析 Lateral Overturn Condition Analys

24、is 汽车在平曲线上行驶时，由于横向力的作用，能够汽车绕外使侧车轮接触点产生向外倾覆的危险。为使汽车不产生倾覆，必需使倾覆力矩小于或等于稳定力矩。即.普通情况下，Fih比G小得多，可忽略不计，那么 (2-34)式中：b汽车轮距m hg汽车重心高度m。将式234代入式223并整理，得 (2-35).利用上式可以确定：1汽车在平曲线上行驶时，假设知汽车运转速度V，那么可计算汽车不产生横向倾覆的最小平曲线半径R； 2假设知平曲线半径R和横向超高坡度ih ，那么可计算汽车不产生横向倾覆的最大允许行驶速度。. 3.横 向 滑 移 条 件 分 析 Lateral Slide Condition Analy

25、sis 汽车在平曲线上行驶时，因横向力的存在，能够使汽车沿横向力的方向产生横向滑移。为使汽车不产生横向滑移必需使横向力小于或等于轮胎与路面之间的横向附着力，即 (2-36).式中： 横向附着系数，普通： ，见表25。 (2-37) 同样，利用上式可以计算出汽车在平曲线上行驶同时，不产生横向滑移的最小平曲线半径R或最大允许行驶速度V。. 4.横 向 稳 定 性 的 保 证 Lateral Stability Guaranteeing 由式234和式236可知，汽车在平曲线上行驶时的横向稳定性主要取决于值的大小。现代汽车在设计制造时，普通重心较低， ，即 而 所以也就是汽 车在平曲线上行驶时，在发生横向倾覆之前，先产生横向滑移景象。. 为此,在道路设计时应首先保证汽车不产生横向滑移，同时也就保证了横向倾覆的稳定性。只需设计时采用的值满载式236的条件，普通在满载的情况下都能保证行车的横向稳定性。但在装载过高时，能够发生横向倾覆,应严厉控制超高。.三. 汽 车 行 驶 的 纵 横 组 合 向 稳 定 性 Longi