道路勘测第二章汽车的行驶理论

§2.2汽车的驱动力和行驶阻力汽车的驱动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经过传动系变速和传动，将曲轴的扭矩传给驱动轮，产生Mk的扭矩驱动汽车驱动轮旋转，轮胎对路面产生向后的水平推力，则路面对车辆产生向前的推力，驱使汽车行驶。1-离合器2-变速器3-万向节4-驱动桥5-差速器6-半轴7-主减速器8-传动轴图为传统的发动机纵向安装在汽车前部，后桥驱动的4×2汽车布置示意图。发动机发出的动力经离合器、变速器、万向传动装置传到驱动桥。在驱动桥处，动力经过主减速器、差速器和半轴传给驱动车轮。§2.2汽车的驱动力和行驶阻力表征汽车发动机特性的基本指标①有效功率有效功率指汽车在单位时间内所具有的做功的能力，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CA—141，Nmax=99KW/3000r（135马力）；黄河JN—150，Nmax=117.6kw/1800r；红旗小轿车CA-772，Nmax=161.8KW/4000r。

§2.2汽车的驱动力和行驶阻力②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。③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（N.m

）为单位。汽车发动机扭矩的大小，决定了汽车产生牵引力的大小。§2.2汽车的驱动力和行驶阻力发动机曲轴扭矩M及发动机转速特性发动机输出的功率N与产生的扭矩M的关系TrM§2.2汽车的驱动力和行驶阻力汽车的外特征曲线：汽车最大有效功率Ne与曲轴转数ne之间的关系曲线（节气阀全开时，最大供油量）。表示发动机的基本特性。一般ne较小时，Ne随着ne的增大而增大，当超过一定值后，ne增大，机械损失增大，Ne减小。该曲线由实验确定，即Me由实验确定§2.2汽车的驱动力和行驶阻力驱动轮的扭距和牵引力：发动机曲轴上的扭矩Me经过变速箱（速比ik）和主传动器（速比i0）两次变速，两次变速的总变速比为：=i0·ik；传动系统的机械效率为ηT<1.0（载重车0.8~0.85，小轿车0.85~0.95）；传到驱动轮上的扭矩Mk为：

Mk=MeηT

驱动轮上的转速nk为：

§2.2汽车的驱动力和行驶阻力车速V与发动机转速关系：§2.2汽车的驱动力和行驶阻力汽车的牵引力与车速的关系：

如果要求汽车具有较大的牵引力，则必须采用较大的变速比，但随着变速比的增大，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。§2.2汽车的驱动力和行驶阻力汽车行驶阻力:

汽车在运动时，需要不断克服行驶中所遇到的各种阻力。这些阻力主要有空气阻力、道路阻力（滚动阻力、坡度阻力）和惯性阻力。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。

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20%折算。K见表2-2§2.2汽车的驱动力和行驶阻力道路阻力道路阻力是由轮胎弹性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不仅轮胎变形，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。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。§2.2汽车的驱动力和行驶阻力滚动阻力的计算：滚动阻力与汽车的总重力成正比，若坡道倾角为α时，其值可用下式计算。

Rf＝Gfcosα

由于坡道倾角α一般较小，认为cosα≈1，则

Rf=Gf

（N）式中：Rf——滚动阻力（N）；

G——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2-1。§2.2汽车的驱动力和行驶阻力§2.2汽车的驱动力和行驶阻力坡度阻力：汽车在坡道倾角为α的道路上行驶时，车重G在平行于路面方向的分力为Gsinα，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=Gsinα

因坡道倾角一般较小，认为sinα≈tgα＝i，则Ri=Gi

（N）式中：Ri——坡度阻力（N）；

G——车辆总重力（N）；

i——道路纵坡度，上坡为正；下坡为负。§2.2汽车的驱动力和行驶阻力惯性阻力：

汽车变速行驶时，需要克服其质量变化运动时产生的惯性力和惯性力矩称为惯性阻力，用Rj表示。惯性阻力包括汽车整体质量保持原来的运动状态所产生的平移惯性阻力和由汽车各转动部件减、加速度所产生的旋转惯性阻力。式中：δ——惯性力系数（或旋转质量换算系数）。

δ＝l＋δ1＋δ2ik2

δ1——表示汽车车轮惯性力的影响系数，一般

δ1=0.03～0.05；

δ2——表示发动机飞轮惯性力的影响系数，一般小客车δ2=0.05～0.07，载重汽车δ2=0.04～0.05；

ik——变速箱的速比。§2.2汽车的驱动力和行驶阻力总阻力：注：Ri和Rj均有正、负之分。§2.3汽车的行驶条件汽车行驶的必要条件—驱动条件：为使汽车稳定运动，汽车的牵引力必须不小于汽车行驶时所遇到的各项阻力之和。上式即为牵引力平衡方程。由上面分析可知，汽车行驶的第一个必要条件（即驱动条件

）是：汽车在道路上行驶，必须有足够的牵引力来克服各项行驶阻力，即汽车的牵引力必须大于等于汽车的行驶阻力。即：T≥R§2.3汽车的行驶条件汽车行驶的充分条件--附着条件:

汽车牵引力的发挥必须受驱动轮与路面间的附着力的限制，即牵引力不能大于驱动轮胎与地面间的最大摩擦力（即附着力）这就是汽车行驶的充分条件。——附着系数，主要取决于路面的粗糙程度和潮湿泥泞程度，轮胎的花纹和气压，以及车速和荷载等，计算时可按表2-3选用；

Gk——驱动轮荷载，一般情况下，小汽车为总重的0.5～0.65倍，载重车为总重的0.65～0.80倍。§2.3汽车的行驶条件汽车行驶的安全条件—行驶的稳定性汽车的纵向稳定性：汽车在行驶过程中，随着运动状态的改变，作用在前后车轮上的法向反作用力亦有相应的变化。若汽车在某一运动状态下，前轮的法向反作用力为零时，则汽车将发生前轴车轮离地而导致纵向倾覆。当驱动轮与路面的附着力不足以克服下滑力时，汽车将丧失行驶能力。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§2.3汽车的行驶条件影响稳定性的因素：

①汽车本身的结构参数；②驾驶员的因素；③作用于汽车的外因。纵向倾覆：

前轮法向作用力为零。对后轮取距：§2.3汽车的行驶条件临界状态：汽车前轮法向反作用力Z1为零。

Z1L-Gl2cosα0+Ghgsinα0=0Z1L=Gl2cosα0-Ghgsinα0=0

§2.3汽车的行驶条件

i0为前轮法向反力为零时，公路的极限坡度角。因此汽车重心至后轮距离l2越大，汽车重心越低，则汽车能克服的纵向坡度越大，纵向稳定性越好。纵向倒溜：驱动轮（后轮）发生滑移。其临界状态时,下滑力等于驱动轮与路面的附着力

§2.3汽车的行驶条件当公路的坡度角α大于α时，由于驱动轮受附着条件限制，所能产生的牵引力不足以克服由于坡度α产生的下滑力，汽车将产生发生倒溜(纵向滑移)。§2.3汽车的行驶条件纵向稳定性的保证：因为，即α0>α

，则汽车在坡道上行驶时发生倒溜的现象在倾覆前出现，这样避免了汽车的纵向倾覆。但在运输过程中，装载高度应受到限制。为避免发生倒溜，即要求tanα<tanα，即tanα<Gk/G对一般载重汽车，Gk/G=0.6～0.8，泥泞时取＝0.2，冰滑时0.1，则泥泞时tanα<0.12～0.16，冰滑时tanα<0.06～0.08。由此可确定最大纵坡度。§2.3汽车的行驶条件汽车行驶的横向稳定性1）汽车在曲线上行驶时受到的附加力---离心力F：

v、V汽车的行驶速度（m/s，km/h）。vF§2.3汽车的行驶条件2）抵消部分离心力的工程措施---设置超高超高：内低外高的单向横破。

G的分力抵消一部分离心力，另一部分由车轮的横向摩阻力抵消。XY§2.3汽车的行驶条件3）汽车行驶中受到的横向力：μ：横向力系数，越大，汽车行驶越不稳定。因此：=X/G§2.3汽车的行驶条件4）横向稳定性分析：a.横向倾覆：当横向力X产生的倾覆力矩大于车重产生的稳定力矩时，汽车发生横向倾覆：XY为安全应该满足：§2.3汽车的行驶条件§2.3汽车的行驶条件b.横向滑移：当横向力大于轮胎与路面之间横向摩阻力平衡时，汽车将失去平衡，产生横向滑移：：横向摩阻系数为安全，应保证：§2.3汽车的行驶条件c.横向滑移和横向倾覆的比较：若：

>则滑移先于倾覆，反之，倾覆先于滑移。现代汽车一般>§2.3汽车的行驶条件汽车的纵横组合向稳定性当汽车行驶在既有纵坡，又有横坡的弯道上时，在下坡时，汽车将产生向合成坡度方向倾斜、滑移甚至倾覆的可能。设纵坡为，横坡为，则作用在前轴上的荷载Z1为：LL2L1GasinαGacosαGahgαZ2Z1§2.3汽车的行驶条件离心力分配在前轴上的力F1为：XY作用在前轴上的总荷载，简化后为：在平直段上，作用于前轴上的荷载:在下坡的平曲线上，荷载的增量为：§2.3汽车的行驶条件在直坡段上：在曲线段的坡道上，如果仍以最大纵坡作为控制依据，则有：§2.4汽车的动力性能汽车的动力因素和行驶性能图：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。汽车的动力性能愈好，速度就愈高，所能克服的行驶阻力也愈大。汽车的动力因数:

汽车行驶的平衡方程:T-Rw=Rf+Ri+Rj

上式等号左端T-Rw称为汽车的有效牵引力，T、RW之值均与汽车的构造和行驶速度有关。代入表达式:§2.4汽车的动力性能令上式左边为D，称D为动力因素，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。反映爬坡及加减速的能力。

当汽车作等速行驶：

D=f+i=ψψ称为道路阻力系数§2.4汽车的动力性能当排挡一定，发动机转数ne一定时，即可根据下列公式计算不同ne时的V和对应的D。Ne：可由外特征曲线求得。§2.4汽车的动力性能动力特性图D-----V关系图只要某一排挡及曲轴转速确定，即可求出V及对应的D。从而可绘出D—V图通过该图可反过来确定某排挡时的最高速度(a=0)、临界速度（与Dmax对应的速度）、加速度和所能克服的坡度等。§2.4汽车的动力性能

海拔荷载修正系数λ:

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

λ称为动力因数D的海拔荷载修正系数，其值为G、G’：满载与实际载重。§2.4汽车的动力性能式中：ξ——海拔系数，见图3-6§2.4汽车的动力性能汽车的行驶状态：当汽车的动力因数为D，道路阻力为ψ，汽车的行驶