第二章汽车行驶理论

第2章汽车行驶理论《道路勘测设计>华北水利水电大学本章摘要本章主要介绍汽车行驶性能及其对路线的要求；汽车的驱动力、行驶阻力及行驶条件；汽车的动力特性、行驶状态、爬坡能力及加、减速行程；汽车行驶的纵向、横向及纵横组合向稳定性；汽车的制动力和制动距离以及汽车的燃油经济性等内容。§2.1概述§2.2汽车的驱动力及行驶阻力§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汽车的燃油经济性《道路勘测设计华北水利水电大学§2.1概述

1.汽车的行驶性能1)动力性能（加速、爬坡、最大V）2)通过性:指汽车在各种道路和无路地带行驶的能力3)制动性（行车视距）4)行驶稳定性（侧滑、倾覆）5)行驶平顺性:汽车免受冲击和震动的能力6)操纵稳定性（转向稳定、高速稳定性和操作轻便性）2.汽车行驶对路线的要求1)保证汽车在道路上行驶的稳定性2)尽可能提高车速3)保证道路上的行车连续4)尽量满足行车舒适第二节汽车的驱动力及行驶阻力为研究汽车在道路上的运动状况，需要掌握沿汽车行驶方向作用于汽车的各种外力，即驱动力与行驶阻力。一、汽车的驱动力汽车的动力来源：内燃发动机

汽车在道路上行驶时，必须有足够的驱动力来克服各种行驶阻力。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，产生有效功率，驱使曲轴以每分钟的转速旋转，发生的扭矩，再经过离合器、变速器、传动轴、主传动器、差速器和半轴等一系列的变速和传动，将曲轴的扭矩传给驱动轮，产生的扭矩驱动汽车行驶。1.发动机；2.离合器；3.变速器；4.万向节头传动轴；5.主传动器；6.驱动轮1）表征汽车发动机特性的基本指标①有效功率Ne：指汽车在单位时间内所具有的做功的能力，单位为千瓦（KW）。②转速ne：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：是指汽车发动机产生于曲轴上的转动力矩，汽车发动机扭矩的大小，决定了汽车产生牵引力的大小。④机械效率2）牵引力由公式可看出，汽车的牵引力与速度成反比，亦即高的速度与大的牵引力是不可兼得的。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会下降。因此，汽车设有几个排挡，各档具有固定的转速比或最大速度值。采用低速档，能获得较大的牵引力和较低的车速，采用高速档，能获得较高的车速和较小的牵引力。（2）汽车的行驶阻力2）坡度阻力3）空气阻力4）惯性阻力1）滚动阻力

§2.2汽车的驱动力及行驶阻力

3.汽车的行驶阻力1）滚动阻力：车轮滚动时轮胎与路面之间的摩擦阻力，是由于轮胎与路面变形引起的。f

与路面的种类、行驶车速、轮胎性质有关。干燥平整的土路潮湿不平整的土路路面类型

碎石路面值0.01～0.020.02～0.0250.03～0.050.04～0.050.07～0.15表面平整的黑色碎石路面水泥及沥青混凝土路面①．路面种类：②．行驶车速：受车速影响较大。V<50时，f变化较小。V>100时，f增加较快。V=150-200时，f急剧增大。③.轮胎性质：胎压，轮胎材料，结构。§2.2汽车的驱动力及行驶阻力

3.汽车的行驶阻力

由于公路纵坡α较小(α<5°)所以

2）坡度阻力：汽车爬坡时，重力的分力对行车的阻力。§2.2汽车的驱动力及行驶阻力

3.汽车的行驶阻力

①空气阻力的产生原因

A.汽车在行驶中，由于迎面空气质点的压力。B.车后的真空吸力C.空气质点与车身表面的摩擦力。当行驶速度在100KM/h,以上，有时一半的功率用来克服空气阻力。3）

空气阻力§2.2汽车的驱动力及行驶阻力

3.汽车的行驶阻力②空气阻力的计算将车速v（m/s）化为V（Km/h）并化简，得并化简，得

K——空气阻力系数，它与汽车的流线型有关，可参考表2—3选用或查阅有关资料§2.2汽车的驱动力及行驶阻力

3.汽车的行驶阻力4）惯性阻力平移质量的惯性力旋转质量的惯性力矩

旋转质量组成部分较多，且各部分的转动惯量和角加速度不同，计算比较复杂，为方便计算，一般给平质量惯性力乘以大于1的系数，来代替旋转质量惯性力矩的影响。(N)—惯性力系数(或旋转质量换算系数)。惯性力系数主要与飞轮的转动惯量、车轮的转动惯量以及传动系的传动比有关.§2.2汽车的驱动力及行驶阻力

3.汽车的行驶阻力汽车的总行驶阻力为滚动阻力坡度阻力空气阻力惯性阻力§2.2汽车的驱动力及行驶阻力

4.牵引平衡和汽车行驶的必要条件动力特性：能反映汽车动力性能的指标。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。汽车的动力性愈好，速度就愈高，所能克服的行驶阻力也愈大。

一、汽车的动力因数汽车的运动方程式：T=Rw+RR+RI改变形式，T-Rw=RR+RI上式等号左端T-Rw称为汽车的后备驱动力，T、RW之值均与汽车的构造和行驶速度有关。代入表达式，§2.2汽车的驱动力及行驶阻力

4.牵引平衡和汽车行驶的必要条件§2.2汽车的驱动力及行驶阻力

5.动力性能(dynamicforce)分析上式等号左端称为汽车的后备驱动力，Pt、PW之值均与汽车的构造和行驶速度有关。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。动力因数和动力特性图是按海平面及汽车满载情况下的标准值计算绘制的。若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，其值为式中：ξ——海拔系数，见图2-5，或ξ=（1-2.26×10-5H）5.3，其中，H为海拔高度（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）。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。(见图2-6）汽车的最高、最小速度临界速度：每一排档最大动力因数Dmax对应的速度，用Vk表示。是汽车稳定行驶的极限速度。一般情况下汽车都采用大于某一排档的临界速度作为行驶速度，以便克服额外阻力而连续行驶。如果道路阻力更大，使得车速降低较快，若车速降至本档时需要换低档行驶；相反，道路阻力更小时车速增加较快，当增至本档最高车速时需要换高档行驶。汽车的最高速度：是指节流阀全开、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。汽车的最小稳定速度：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（即临界速度Vk）。汽车的最小稳定速度与汽车的最高速度之间的差距愈大，表示汽车对道路阻力的适应性愈强，其他排挡也同样存在着这两个对应值。三、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克服了其它行驶阻力后所能爬上的纵坡度。，a=0，则i=λD-f四、汽车的加、减速行程计算加、减速行程由ds=vdt，a=dv/dt，得§2.3汽车在道路上行驶的稳定性汽车行驶的稳定性

----指汽车在行驶过程中，受外部因素作用，而不发生侧滑、倾覆现象的能力。影响因素：

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。汽车的行驶稳定性纵向稳定性横向稳定性纵向滑移纵向倾覆纵向滑移纵向倾覆纵坡、重心、先后横坡、速度、弯道半径、先后§2.3汽车在道路上行驶的稳定性

1.汽车行驶的纵向稳定汽车在行驶过程中，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。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（1）汽车在直坡道上的受力分析图2.8所示为后轴驱动的双轴汽车在直坡道上低等速行驶，忽略滚动阻力、空气阻力影响时的受力情况。对汽车后轮着地点B取矩，则可求得前轮垂直反力：对前轮着地点A取矩，则可得后轮垂直反力：1．纵向倾覆产生纵向倾覆的临界状态是汽车前轮法向反作用力Z1为零，此时，汽车可能绕02点发生倾覆现象，对O2点取矩并让Z1=0，得Gl2cosα0-Ghgsinα0=0（2-30）式中：α0——Z1为零时极限坡道倾角；

i0——Z1为零时道路的纵坡度。当坡道倾角α≥α0（或道路纵坡i≥i0）时，汽车可能发生纵向倾覆。由式（2-30）可知，纵向倾覆的稳定性主要与汽车重心至后轴的距离l2和重心高度hg有关。l2愈大，hg愈低，纵向稳定性愈好。

2．纵向滑移对后轮驱动的汽车，根据附着条件，驱动轮不产生滑移的临界状态是Gsinαj＝jGk（2-31）因为sinαj≈

tgαj≈ij，则ij=tgαj=Gk/G•j式中：αj——产生纵向滑移临界状态时坡道倾角；ij——产生纵向滑移临界状态时道路纵坡度，其它符号意义同前。j——附着系数当坡道倾角α≥αj（或道路纵坡度i≥ij）时，汽车可能产生纵向滑移。

3．纵向稳定性的保证对于公路设计的角度来说，不仅要保证坡道上行驶的汽车不会纵向倾覆，还应保证不产生倒溜现象。这就要求公路纵坡满足：而一般载重车满载时附着系数ϕ，泥泞时可为0.2冰滑时为0.1，代入公式2-26，则这就是确定最大纵坡imax=9%（四级公路山岭重丘区）、规定最大超高横坡、合成坡度等指标的依据之一。但在运输中装载过高时，由于重心高度hg的增大而破坏纵向稳定性条件，所以，应对汽车装载高度有所限制。§2.3汽车在道路上行驶的稳定性

2.汽车行驶的横向稳定（1）汽车在曲线上行驶所产生的横向作用力

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达到附着力时，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变，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。因而，汽车行驶时，在侧向力作用下有可能产生横向滑移或横向倾覆。为保证行车的安全稳定，必须分析研究行驶的横向稳定性§2.3汽车在道路上行驶的稳定性

2.汽车行驶的横向稳定§2.3汽车在道路上行驶的稳定性

2.汽车行驶的横向稳定§2.3汽车在道路上行驶的稳定性

2.汽车行驶的横向稳定1）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值的大小。现代汽车在设计制造时重心较低，一般，即，而所以。3）

装载过高时可能发生倾覆现象。

可见，在发生横向倾覆之前先产生横向滑移现象，为此，在道路设计中应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。2）横向倾覆和滑移的条件分别是：§2.3汽车在道路上行驶的稳定性

2.汽车行驶的横向稳定§2.4汽车的制动性能

1.汽车的制动过程分析汽车的制动性

-----指汽车在行驶中强制降低车速以至停车，或在下坡时保持一定速度行驶的能力。汽车的制动过程车轮制动是利用制动器内的摩擦阻力矩来形成与汽车运动方向相反的路面对车轮的切向摩擦阻力，简称为车轮制动力。汽车在制动过程中，随车轮制动力的不断增长，轮胎的滚动也不断增加滑移量。开始出现轮胎花纹印痕（通常称为“压印”），从轮胎局部滑移到全滑移轮胎花纹的黑印长度逐渐增加形成“拖印”这时，车轮已被制动器抱死。当车轮被抱死时，汽车原有的能量均消耗于轮胎与路面之间的，摩擦而转化为热能，使轮胎剧烈发热而降低了胎面的强度，造成附着系数的降低和胎面的剧烈磨损。除此之外，车轮抱死滑移时还将失去承受侧向力的能力，使汽车行驶的稳定性遭到破坏。实践经验表明，经验丰富的驾驶员在滑路上往往是采用连续点式制动的方法获得最大的制动效果，而不致使汽车滑溜以确保制动的安全。这也是现代汽车采用制动器防抱死系统的原理。汽