道路勘测设计-第2章 汽车行驶特性

第二章汽车行驶特性研究内容：研究汽车的驱动力和行驶阻力；分析汽车运动的基本规律；研究汽车主要动力性能；分析影响汽车主要使用性能的因素。汽车行驶对道路基本要求安全：保证汽车行驶稳定性，避免发生翻车、倒溜、侧滑迅速：行驶速度——平均技术速度。经济：运输成本：低运输生产率：高

评价汽车运输工作效率的指标有：汽车运输生产率——周转率运输成本——油料及轮胎消耗，保养周期舒适：视觉上：线形美观，赏心悦目，自然环境与景观设计生理上：平稳、不颠簸，离心力小心理上：轻松，有安全感，心情愉快。第一节汽车的驱动力及行驶阻力

汽车动力来源：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。一、汽车的驱动力汽车传动系统N-n曲线、M-n曲线、耗油量ge-n曲线发动机转速特性曲线发动机输出功率P与产生的扭矩M的关系：1.发动机曲轴扭矩M及发动机转速特性FrM式中：Pmax——发动机的最大功率(kW)；

nN——发动机的最大功率所对应的转速（r／min）发动机转速特性经验公式：式中：Mmax——最大扭矩（N·m）；

MP——最大功率所对应的扭矩，

nP——最大功率所对应的转速（r/min）；

nM——最大扭矩所对应的转速(r／min)；发动机曲轴上的扭矩M经过变速箱（变速比ik）和主传动器（变速比i0）两次变速两次变速的总变速比为：γ=i0·ik；传动系统的机械效率为ηT<1.0；传到驱动轮上的扭矩Mk为：

Mk=MγηT驱动轮上的转速nk为：2.驱动轮扭矩Mk车速V与发电机转速关系：3．汽车的驱动力1.空气阻力汽车在行驶中，迎面空气质点压力，车后真空吸力及车身表面摩擦力，总称为空气阻力。

二、汽车的行驶阻力式中：K——空气阻力系数，它与汽车的流线型有关；

ρ——空气密度，一般ρ=1.2258（N·s2／m4）；

A——汽车迎风面积（或称正投影面积）（m2）；

v——汽车与空气的相对速度（m／s），近似取汽车行驶速度。

2.道路阻力道路阻力包括滚动阻力和坡度阻力。滚动阻力与汽车总重力成正比，若坡道倾角为α时，其值Rf＝Gfcosα坡道倾角α一般较小，认为cosα≈1，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，

(1).滚动阻力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).坡度阻力道路阻力=滚动阻力+坡度阻力，以RR表示

RR=G（f+i）式中：f+i——道路阻力系数。汽车变速行驶，克服其质量变化产生的惯性力和惯性力矩汽车的质量：平移质量旋转质量(3).惯性阻力平移质量惯性力

旋转质量惯性力矩

惯性阻力计算：式中：δ——惯性力系数（旋转质量换算系数）。δ＝l＋δ1＋δ2ik2

式中：δ1——汽车车轮惯性力影响系数，δ1=0.03～0.05；

δ2——发动机飞轮惯性力影响系数，小客车δ2=0.05～0.07，载重汽车δ2=0.04～0.05；

ik——变速箱的变速比。汽车的总行驶阻力R为：R=Rw十RR十RI汽车的行驶条件驱动力＝行驶阻力，汽车等速行驶；驱动力＞行驶阻力，汽车加速行驶；驱动力＜行驶阻力，汽车减速行驶，直至停车。汽车行驶的必要条件（即驱动条件）：T≥R三、汽车运动方程与行驶条件驱动力≤轮胎与路面的附着力，即T≤Gk式中：——附着系数，取决于路面的粗糙程度和潮湿泥泞程度。

Gk——驱动轮荷载，小汽车为总重的0.5～0.65倍，载重车为总重的0.65～0.80倍。汽车行驶充分条件：第二节汽车的动力特性及加、减速行程动力特性：反映汽车动力性能指标。汽车动力性能：汽车具有的加速、上坡、最大速度等的性能。汽车的动力性愈好，速度就愈高，能克服行驶阻力也愈大。一、汽车的动力因数汽车运动方程式：T=Rw+RR+RI改变形式，T-Rw=

RR+RIT-Rw--汽车后备驱动力，T、RW只与汽车构造和行驶速度有关。令上式左端为D，即评价不同类型汽车动力性，将上式两端分别除以车辆总重G，得D--动力因数，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。道路不在海平面上，汽车不满载，对动力因数D进行修正。方法乘以一个修正系数λ，

海拔荷载修正系数λ:λ--动力因数D的海拔荷载修正系数，其值为:或ξ=（1-2.26×10-5H）5.3其中，H——海拔高度（m）；

G——满载时汽车的总重力（N）；

G’——实际装载时汽车的总重力（N）。式中：ξ——海拔系数，式中：ξ——海拔系数，见图2-5当汽车的动力因数为D，道路阻力为ψ，汽车的行驶状态有以下三种情况：当ψ＜D时：加速行驶二、汽车的行驶状态由得当ψ=D时:a＝0等速行驶当ψ>D时：减速行驶式中：ψ——道路阻力系数，平衡速度：任意的D＝ψ相应等速行驶的速度，用VP表示。临界速度：每一排档最大动力因数Dmax对应的速度，用Vk表示。汽车的行驶状态汽车的最高、最小速度汽车最高速度：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速度。某一排档的最高速度Vmax

：汽车最小稳定速度：满载（不带挂车）在平整坚实的路面，水平路段上，稳定行驶时的最低速度（即临界速度Vk）。第三节汽车的行驶稳定性汽车行驶稳定性: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，不致失去控制而产生滑移、倾覆等现象的能力。

稳定性：纵向横向

表现：倾覆滑移纵向稳定性：表现：倾覆滑移（倒溜）横向稳定性：表现：倾覆滑移（侧滑）一、汽车行驶的纵向稳定性临界状态：汽车前轮法向反作用力Z1为零。

Z1L-Gl2cosα0+Ghgsinα0=0Z1L=Gl2cosα0-Ghgsinα0=01．纵向倾覆：2．纵向滑移（驱动轮滑转）临界状态：下滑力等于驱动轮与路面的附着力

Gsinα＝Gk因为sinα

tgα=i，则纵向滑移临界状态条件：结论：当坡道倾角α≥α或道路纵坡度i≥i时，汽车可能产生纵向滑移。3．纵向稳定性的保证一般接近于1，而远远小于1，所以，i<i0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。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。汽车行驶时纵向稳定性的条件为：二、汽车行驶的横向稳定性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。受力分析：横向力X——失稳竖向力Y——稳定1．汽车在平曲线上行驶时力的平衡离心力将离心力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，由于路面横向倾角α一般很小，则sinα≈tgα=ih，cosα≈1，其中ih称为横向超高坡度采用横向力系数来衡量稳定性程度，单位车重的横向力，即横向倾覆：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。汽车内侧车轮支反力N1为0。倾覆力矩等于或大于稳定力矩。2.横向倾覆条件分析倾覆力矩：Xhg横向倾覆平衡条件分析：稳定力矩：倾覆力矩：Xhg横向倾覆平衡条件分析：稳定力矩：稳定、平衡条件：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Rmin3.横向滑移条件分析横向滑移：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。横向力大于轮胎和路面之间的横向附着力。极限平衡条件：横向滑移稳定条件：4．横向稳定性的保证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μ值的大小。现代汽车在设计制造时重心较低，一般b≈2hg，而h<0.5,即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。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。保证横向稳定性的条件：三、汽车行驶的纵横组合向稳定性汽车行驶在小半径平曲线上，较直线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、滑移和装载偏重的可能，对汽车行驶危险。汽车行驶在纵坡为i(tgα)和超高横坡为ih（tgβ）的下坡路段上，作用在前轴上荷载W1为：离心力F分配在前轴上的荷载W2为在平直路段上，作用于前轴的荷载W'为前轴总荷载ΣW为:在有平曲线的坡道上，前轴荷载增量与W′的比值为对载重汽车，一般hg/l2≈1，则直坡道上ih≈0则I=i。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坡imax作为控制，则有下式成立纵坡折减最大纵坡在平曲线上的折减计算方法：第四节汽车的制动性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。一、汽车制动性的评价指标

评价汽车制动性的指标：制动效能（制动距离）制动效能的热稳定性