道路勘探与设计汽车行驶特性

道路勘探与设计汽车行驶特性第一页，共三十八页，2022年，8月28日§2.1概述§2.2汽车的牵引力与牵引平衡§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《道路勘测设计重庆交通大学第二页，共三十八页，2022年，8月28日1．学习目的：汽车行驶理论是道路线形设计的理论基础。介绍汽车的动力性能和行驶特性，为道路线形设计作准备.2．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。第二章汽车行驶特性第三页，共三十八页，2022年，8月28日3．汽车的行驶性能：（1）动力性能：良好路面＋直线行驶平均速度指汽车加速、爬坡和最大速度的性能决定道路的：最大纵坡、坡长限制和坡度组合（2）制动性短距离停车并维持行驶方向和长下坡维持车速的能力决定道路的行车视距（3）行驶稳定性外界因素作用下汽车保持正常行驶的能力，即不产生侧滑、倾覆现象决定极限最小半径、组合坡度和纵坡的设置纵坡限制百公里加速时间第四页，共三十八页，2022年，8月28日（4）操控稳定性按驾驶员的意图控制车辆－转向特性、高速稳定性和操纵轻便性决定缓和曲线的指标（5）燃油经济性最小的燃油消耗完成单位运输工作的能力决定道路纵坡的控制（6）行驶的平顺性在不平道路上行驶，免受冲击、震动的能力－影响乘坐舒适性决定凸曲线的间距、路面的平整度（7）通过性能在各种道路和无道路地带的行驶能力决定车道宽度汽车设计与道路设计共同影响第五页，共三十八页，2022年，8月28日

4．汽车行驶对道路的基本要求：

安全：保证行驶稳定性，避免发生翻车、倒溜、侧滑等；

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，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。第六页，共三十八页，2022年，8月28日第一节汽车的驱动力及行驶阻力

一、汽车的驱动力汽车的动力来源：汽车行驶的驱动力来自它的内燃发动机。汽油燃烧－热能－机械能P－曲轴扭矩M－驱动轮Mk－驱动车轮

汽车传动系统：第七页，共三十八页，2022年，8月28日由图可见：①．当n=nmin，为最小稳定工作转速②．当n增大时，N，M都增大。

N=nM时，M=Mmax

③．当n=nN时，N=Nmax④．当n>nN时，N下降。

发动机曲轴扭矩及外特性曲线第八页，共三十八页，2022年，8月28日1．发动机功率曲轴扭矩及发动机转速n的关系第九页，共三十八页，2022年，8月28日东风EQ-140发动机外特性曲线厂家给出第十页，共三十八页，2022年，8月28日发动机转速特性经验公式：（已知Nemax和nN）式中：Mmax——最大扭矩（N·m）；

MN——最大功率所对应的扭矩，

nN——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)；第十一页，共三十八页，2022年，8月28日发动机曲轴上的扭矩经过变速箱（速比ik）和主传动器（速比i0）两次变速总变速比为：γ=i0·ik；传动效率为：ηm<1.0；传到驱动轮上的扭矩Mk为：

驱动轮上的转速nk为：2．驱动轮扭矩Mk

车速V与发动机转速关系：变速的目的：增加扭矩第十二页，共三十八页，2022年，8月28日3．汽车的驱动力

大驱动力与高速不可兼得第十三页，共三十八页，2022年，8月28日可见：①．V↗,T↘。因此，速度和牵引力不可得兼。故汽车采用几各排档。②．低档时，ik较大，T较大，V较小高档时，ik较小，T较小，V较大③．同一排档下，V/Vmax=N/Nemax。第十四页，共三十八页，2022年，8月28日二．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。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。滚动阻力坡度阻力空气阻力惯性阻力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：③.轮胎性质：胎压，轮胎材料，结构。滚动阻力第十五页，共三十八页，2022年，8月28日二．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。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。滚动阻力坡度阻力空气阻力惯性阻力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：③.轮胎性质：胎压，轮胎材料，结构。滚动阻力第十六页，共三十八页，2022年，8月28日空气阻力惯性阻力二．汽车的行驶阻力滚动阻力坡度阻力空气阻力惯性阻力2．坡度阻力：汽车爬坡时，重力的分力对行车的阻力。由于公路纵坡α较小(α<5°)所以第十七页，共三十八页，2022年，8月28日惯性阻力二．汽车的行驶阻力滚动阻力坡度阻力空气阻力惯性阻力3．

空气阻力⑴．空气阻力的产生原因①．汽车在行驶中，由于迎面空气质点的压力。②．车后的真空吸力③．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。⑵．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第十八页，共三十八页，2022年，8月28日滚动阻力坡度阻力空气阻力惯性阻力二．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

I

--

旋转部分的转动惯量；旋转部分转动的角加速度。

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.滚动阻力坡度阻力空气阻力惯性阻力汽车的总行驶阻力为第十九页，共三十八页，2022年，8月28日1．汽车的运动方程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。当驱动力与各种行驶阻力之代数和相等的时候，称为驱动平衡。其驱动平衡方程式(也称汽车的运动方程式)为2.汽车的行驶条件

三．汽车的运动方程与行驶条件⑴．必要条件（即驱动条件）

：⑵．充分条件（附着条件）：—附着系数路面类型路面状况干燥潮湿泥泞冰滑水泥混凝土路面0.70.5//沥青混凝土路面0.60.4//过渡式及低级路面0.50.30.20.1各类路面上附着系数的平均值第二十页，共三十八页，2022年，8月28日第二节汽车的动力特性

一．汽车的动力因数

动力因数：单位车重的有效牵引力。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。

有效驱动力，其值与汽车构造和行驶速度有关汽车在道路上行驶时的道路阻力和惯性阻力之和，其值主要与道路状况和汽车的行驶方式有关第二十一页，共三十八页，2022年，8月28日将有关公式代入得：

为使用方便，也可用曲线表示D与V的函数关系，称为动力特性图。二．动力因数的修正

方法是给乘以一个修正系数，即

称为动力因数的海拔荷载修正系数，为

—海拔系数

第二十二页，共三十八页，2022年，8月28日三．汽车的行驶状况

⑶.当采用V1＞Vk的速度行驶时，若道路阻力额外增加，汽车可在原来排档上降低车速，以获得最大D值来克服额外阻力，待阻力消失后可立即提高到原V1的速度行驶。这种行驶状态成为稳定行驶⑷.当汽车采用V2＜Vk的速度行驶时，若道路阻力额外增加，汽车减速行驶而D值随之减小，如果此时不换档或开大节流阀，汽车将因发动机熄火而停驶。这种行驶状态呈不稳定行驶。⑸.临界速度Vk是汽车稳定性时的极限速度。一般情况下汽车都采用大于某一排档的临界速度Vk作为行驶速度，以便克服额外阻力而连续行驶。如图2-7由动力特性曲线可见⑴.每一排档都存在各自的最大因数Dmax，与之对应的速度称作临界速度，用Vk表示.⑵.若汽车以某一排档作等速行驶(D2)时，汽车可采用V1或V2的任一速度行驶第二十三页，共三十八页，2022年，8月28日四．爬坡能力

⑴．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。因0，则

⑵．最大爬坡度系指汽车在坚硬路面上用最低档作等速行驶时所能克服的最大坡度。由于最低档爬坡能力大，坡道倾角也大，此时，，应该用下式计算

解此三角函数方程式，得

第二十四页，共三十八页，2022年，8月28日第三节汽车的行驶稳定性第二十五页，共三十八页，2022年，8月28日

第三节汽车的行驶稳定性

一、

汽车行驶的纵向稳定性⑴．产生纵向倾覆的临界状态是汽车前轮法向反作用力为零。此时，汽车可能绕点发生倾覆现象。对点取矩并让，得(2-30)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横向滑移横向倾覆纵坡、重心、先后横坡、速度、弯道半径、先后1.纵向倾覆⑵．纵向倾覆的稳定性主要与汽车重心至后轴的距离和重心高度有关。愈大，愈低，纵向稳定性愈好。式中：—

为零时（倾覆）极限坡道倾角；

—为零时（倾覆）道路的坡度。当坡道倾角（或道路纵坡）时，汽车可能发生纵向倾覆。

第二十六页，共三十八页，2022年，8月28日一、

汽车行驶的纵向稳定性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横向滑移横向倾覆纵坡、重心、先后横坡、速度、弯道半径、先后2.纵向滑移⑴．

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：因为，则⑵．

当道路纵坡度时，汽车可能产生纵向滑移。第三节汽车的行驶稳定性第二十七页，共三十八页，2022年，8月28日一、

汽车行驶的纵向稳定性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横向滑移横向倾覆纵坡、重心、先后横坡、速度、弯道半径、先后3.纵向稳定性的保证因为保证纵向倾覆和滑移的条件分别是：比较以上两式，发现因此发生倾覆之前先发生滑移。第三节汽车的行驶稳定性第二十八页，共三十八页，2022年，8月28日结论：①．

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。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，也就避免了汽车的纵向倾覆现象出现。所以，汽车行驶时纵向稳定性的条件为：②．

由于重心高度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。第二十九页，共三十八页，2022年，8月28日二、

汽车行驶的横向稳定性1.汽车在平曲线上受力分析汽车在平曲线上行驶时产生的离心力为：由于路面横向倾角一般很小，则，，其中称为横向超高坡度(简称超高率)，所以将离心力与汽车重力分解为平行于路面的横向力和垂直于路面的竖向力，即第三十页，共三十八页，2022年，8月28日①．横向力是汽车行驶的不稳定因素，竖向力是稳定因素。将车速（m/s）化成（km/h），则

②．采用横向力系数来衡量稳定性程度，其意义单位车重的横向力，即第三十一页，共三十八页，2022年，8月28日第三十二页，共三十八页，2022年，8月28日

2.横向倾覆条件分析汽车在具有超高的平曲线上行驶时，由于横向力的作用，可能使汽车绕外侧车轮触地点产生向外横向倾覆的危险。为使汽车不产生倾覆，必须使倾覆力矩小于或等于稳定力矩。即因比小得多，可略去不计，则将此式代入式(2—33)并整理，得

第三十三页，共三十八页，2022年，8月28日3.横向滑移条件分析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。为使汽车不产生横向滑移，必须使横向力小于或等于轮胎和路面之间的横向附着力，即

式中：—横向附着系数，一般