道路规划与几何设计一二

道路规划与几何设计

同济大学交通运输学院

第二章汽车行驶理论本章主要内容（共3次）：一、车辆类型、尺寸、重量和构造（1）二、汽车的驱动力（1）及行驶阻力（2）三、汽车的动力特性及加、减速性能（2）四、汽车的安全稳定性及制动性能（3）五、车辆运行费（3）道路运输的载运工具主要为利用燃油（汽油、柴油）、电或其它能源作动力，通过轮胎在各种道路上行驶的车辆，如汽车（客车和货车等）、无轨电车、各种装卸载运车辆、摩托车等。道路运输工程设施的规划和设计，要考虑并满足这些设施的使用对象——载运工具的运行特性要求。例如，工程设施的几何设计要能容纳车辆在体积尺寸和通行能力方面的使用要求，而工程设施的结构设计则要能经受住车辆质量的重复作用等。因此，道路工程的规划和设计人员，虽然不需要了解和掌握运载工具的设计、制造和使用知识，但必须了解它们的运行特性，以便规划和设计出能满足其使用要求的各项工程设施。本章首先介绍车辆（主要是汽车）的类型、尺寸和质量方面的知识，而后进一步介绍同工程设施规划和设计有关的一些运行特性，如行驶阻力、功率、加速和减速性能以及车辆运行费。一、车辆类型、尺寸、重量和构造1车辆类型

汽车可分为客车和货车两大类。客车包括小客车（轿车）、面包车、公共汽车（小型、中型和铰接式）等。货车可进一步分为卡车（轻型、中型和重型）和组合式货车（各种拖挂式货车）两类。（1）小客车

小客车为二轴-四轮车辆，可坐2～6人，主要作为个人交通工具。按重量和尺寸大小，可分为小型、中型和重型三种。其重量变动于6.8～18kN范围内；车身长度在3.5~5.6m之间，前后轴的中心距变动于2.3~3.1m之间，车身后缘到后轴的长度（后悬距离）为0.6~1.5m之间；车身宽度为1.6~2.0m，高度为1.15~1.65m之间。（2）面包车

面包车通常由小客车或轻型卡车的底盘改装而成，可乘坐6～15人。（3）公共汽车

小型公共汽车通常有15～25个座位，供短途运输用，其车身长约为5.5～7.6m，宽为2.0～2.5m。中型公共汽车可为二轴或三轴，车身长9～12m，宽2.4～2.6m，约有45个座位。把半挂车固定地联结在二轴中型公共汽车上，便组成铰接式公共汽车。其长度约为16～18m，宽度为2.6m，包括站立乘客在内约可容纳100人以上。（4）卡车

卡车系指载货区和动力设备装在共同的车架上不能分开的货车（图2-1(a)）。卡车包括二轴四轮（轻型卡车）、二轴六轮、三轴（双后轴）和四轴（三后轴）卡车四种。轻型卡车的总重量—般小于45kN，二轴六轮卡车的总重量大都在45～180kN范围内，而三轴和四轴卡车的总重量可高达260～300kN。（5）组合式货车

组合式货车由牵引车或卡车同一个或多个挂车组合而成，可总称为拖挂车。牵引车和挂车通过铰接方式联结时，彼此可相对转动，因而也可称为铰接车。组合式货车的总重量一般可达到400～500kN，通常用于长途运输。挂车有两种：后端有一个轴或多个轴但前端无轴的半挂式，其前端放在牵引车的后端上，并把一部分重量传给前面牵引车；前后各有一个轴或多个轴的全挂式，由卡车或带半挂车的牵引车拖带，但不把重量转给前面。2车辆尺寸及设计车辆前面已讲过。3车辆的重量车辆的重量通过车轴和车轮传递给道路和桥梁结构物。汽车前轴的轴型都为单轴，后轴的轴型可采用单轴、双联轴或三联轴。前轴两侧的车轮都由单轮胎组成，而后轴两侧的轮胎可由单轮胎或双轮胎组成。车辆重量大小，主要影响到对道路和桥梁的结构承载能力的要求。重量特性主要由车辆总重和轴重以及轴型和轮型表征。车辆总重或轴重越大，对道路和桥梁结构承载能力的要求越高，同时，在使用过程中对道路和桥梁的损坏越严重，因而，所建工程的造价（投资）和工程的运营（维护）费用便越高。为了兼顾道路建设和运营部门及道路使用者双方的利益和便利，对道路上行驶车辆的总重和轴重的最高值进行定量限制。各国对道路上行驶车辆的最大轴重和总重有不同的限定。单轴最大允许轴重变动于80~130kN；双联轴最大允许轴重变动于140~210kN；三联轴最大允许轴重变动于180~270kN。卡车的最大允许总重变动于240~400kN；半挂式和全挂式货车的最大允许总重变动于360~500kN。我国公路部门规定的单轴最大允许轴重为60kN（每侧单轮胎）或100kN（每侧双轮胎），双联轴最大允许轴重为100kN（每侧单轮胎）或180kN（每侧双轮胎），三联轴最大允许轴重为120kN（每侧单轮胎）或220kN（每侧双轮胎）；卡车和单拖挂货车的最大允许总重为400kN，双拖挂或三拖挂货车的最大允许总重为460kN。我国公路标准规定路面设计标准轴载为双轮组单轴100KN。具体内容应在路基路面课程中讲述。4汽车的构造

/web/jiaoxue/传动系、行驶系、转向系、制动系

发动机、离合器、变速箱、万向传动轴、差速器、车辆、驱动轮、制动器等。机械式传动系一般组成及布置示意图传动系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。1-发动机2-离合器3-变速器4-变速器输入轴5-变速器输出轴6-差速器7-车速表驱动齿轮8-主减速器从动齿轮发动机前置、纵置，前桥驱动，使得变速器和主减速器连在一起，省掉了它们之间的万向传动装置。

传动系：发动机外特性曲线燃料→热能→活塞、曲轴→机械能→作功传动系：离合器：作用：（1）保证起步时工作平稳。（2）行进中换挡。（3）传动系不至于过载。1-飞轮2-从动盘3-压盘4-膜片弹簧传动系：变速箱：作用：减速增扭

1-输入轴2-轴承3-接合齿圈4-同步环5-输出轴6-中间轴7-接合套8-中间轴常啮合齿轮此变速器有五个前进档和一个倒档，由壳体、第一轴（输入轴）、中间轴、第二轴（输出轴）、倒档轴、各轴上齿轮、操纵机构等几部分组成。传动系：万向传动：作用：柔和接触、传动1-万向节2-传动轴3-前传动轴4-中间支承传动系：主传动器、减速器：作用：①减速、增扭，②动力转90°方向。1-轴承；2-左外壳；3-垫片；4-半轴齿轮；5-垫圈；6-行星齿轮；7-从动齿轮；8-右外壳；9-十字轴；10-螺栓二、汽车的驱动力及行驶阻力1、汽车的驱动力燃料→热能→活塞→机械能→[产生有效功率N]→曲轴→[产生每分钟n的转速旋转]→[产生发动机曲轴扭矩M]→离合器→变速器→传动轴→主传动器→差速器等→驱动轮→[产生驱动轮扭矩MK]功率(N)，发动机功率,单位千瓦(Kw)/马力（hp）,1hp=0.7457kW.扭矩(M),表征汽车牵引力的大小,单位牛顿.米/千克.米,1千克.米=9.8牛顿.米燃油消耗(ge),发动机每小时产生每千瓦功率消耗的燃油量，单位（克/千瓦/小时）转速(n)，单位转/分钟有一个简单的公式可以表明功率、牵引力和速度的关系：

功率（N)＝(牵引力)扭矩(M)×速度(V)上述四种关系曲线，构成了发动机转速特性曲线（发动机转速特性曲线），油门全开时称发动机外特性曲线，否则称发动机部分负荷特性曲线。（1）发动机外特性曲线功率曲线扭矩曲线最小转速最大转速汽油发动机外特性（2）驱动轮扭矩（3）汽车的牵引力（T）功率（N)＝(牵引力)扭矩(M)×速度(V)Mk用力偶T和Ta表示，Ta平衡路面反作用力F，T平衡汽车阻力R有关嫁计算阿的汇波总：(1)M和N的关系粪（公式2-侍1）(2)r和V的关系护（公式2-5）(3)T和V的关绞系（昌公式2-6恋,2-吃7）汽车驱政动力图2、汽尖车的生行驶垒阻力汽车烧在道编路上雪行驶肿时须遗克服享各种爹阻力小，如谢滚动钥阻力都、空更气阻不力、巩坡度闻阻力水、弯砍道阻塌力和受惯性墙阻力敲等。乐这些粘阻力些一方感面与皮道路皮的特米性有榆关，租如路戴面平踩整程前度、伏坡度持、弯锻道曲虽率半冠径等犹，另奸一方尤面则滚随车营辆的序运行毁特性水而变六，如絮车辆虚总重松、行茫驶速世度、年速度裙变化榆速率液、车乓身迎肃风面俭积和绿外廓枣线形葛等。（1）空气攻阻力(Rw)汽车播行驶起时的筝空气销阻力府包括葬车辆尿迎风型面处隶的空逗气直戚接作仿用、确空气逐越过洲车辆地表面侄（包倘括车气底）附的摩它阻力杯以及径车后互的局亭部真贴空。（3）坡度卸阻力(Ri)汽车荷在坡房诚道上筝行驶渔时，捏车辆低受到唉其重痒量平枯行于吸坡面烘的分残力的株作用巷。（2）滚锅动阻淘力(Rf)汽车在值道路上临行驶时输的滚动易阻力来限源于轮早胎表面硬于路面鼠之间的原摩阻滑延移，轮狼胎橡胶拨在接触拢表面处颗的弯曲膊变形，助车轮滚残过路表喜面突出斧的石子哨或不平夸整的破组碎路面乳，车辆宰从道路误的低洼首处爬出立，推动区车轮通述过砂、辈雪或泥堤地，在岩轮、轴怪和组合肺器轴承底处以及净变速齿忧轮中的辩内部摩塘阻等。以上均搅与道路钉状况有别关，且险与总重息力成正盼比，表封示为道抄路阻力塌：（5）惯性疑阻力(RI)汽车行鸽驶速度赚变化（缘瑞加速或信减速）叮时，车友辆受到初运动惯立性阻力兽的作用大。此惯拆性阻力穿是车辆震重量及锋加速或边减速速粉率的函套数。式中，Rm为车当辆总笑行驶廊阻力揪，kg。在车辆狂下坡或宅减速行旦驶时，婚式中的理坡度阻晃力或惯随性阻力拘为负值侍。由上理述各那项阻岸力的利关系械式可弦以看蛾出，该除空惯气阻盖力外垃，其搅它各剪项阻讯力均捆与车涉辆的境总质名量成沃正比顾；而查除了离坡度伙阻力后和惯位性阻首力外刃，其插它各票项阻洲力还似与车校辆的变行驶口速度局或速排度平远方成略正比殊。因夸此，透车辆匆总质倘量和以行驶谈速度斩是影幸响行猎驶阻之力大松小的队两项钥最主钻要的拐因素肿。综合上国述各项胡阻力，怕车辆在誓路上的老总行驶熊阻力为免：T=R时,匀速怠；T>昌R,加速尘；T<R脚,减速,考虑到呀部分开炉启，使懒用负荷唐率U修正，秤并带入痕有：3、汽车清的平衡浪方程式爹和行驶富条件（1）平扁衡方程禽式驱动筑轮荷吐载；天附泪着力钱系数（2）行驶纯条件条件一孟：驱动芽力大于准等于总拴阻力条件二夏：驱动绵力小于挡等于附端着力三尘、汽食车动户力性财能及趋加、萍减速域行驶汽车繁的动帜力性伤能系核指汽务车所夸具有企的加劫速、禾上坡弓、最喘大速并度等锯的性免能，柱动力芳性能恩越好携，速游度就尤越高物，所婆能克谣服的抱阻力胀就大躁。这饰里为鹿纵断提面设棉计提眼供依掀据。1、汽巧车的界动力殖特性绢图2、汽窗车的猴行驶兽状态汽车的针动力因迁数D，它表示乒某型汽粒车在海掌平面上歼，满载捉情况下络，没单视位车重岛克服道可路阻力曾和惯性滚阻力的裙性能。稳定程行驶掏状态不稳定肠行驶状糠态某档订动力牢特性始图3、汽程车的管爬坡抗能力4、汽铁车的块加减厦速行随程四、汽谈车的行日驶稳定薯性和制项动性能1、汽螺车的早纵向肆稳定鞋性条件：条匀速、提惯性阻唤力为0，低速扑，忽略膨空气阻炒力和滚船动阻力倾覆：滑移：稳定异性保吐证：发生拢纵向听倾覆头前，谁先发权生滑晴移。旦原因岛是：附着疮系数纵坡2、汽共车的彼横向继稳定培性（肿曲线机上）原因：括离心力亚的原因衣，部分罪靠超高湿产生的策重力分梁量抵消揪，其余祸靠横向饰摩擦力尝抵消。倾覆美：滑移：横向力依系数：超高段的概寨念（姐横向甩坡度）稳定性放保证：发生塌横向跪倾覆印前，鱼先发祸生滑陈移。混原因呈：横向力院系数附着系隙数横向础附着组系数3、汽车葬的纵横版组合稳绳定性上坡速度降外低，耗增费增加钩，而下崭坡存在绘合成坡暑度，比奥较危险地。4、制室动性迎能制动性遣能使用谨制动距吓离来评汁价：路面与萄轮胎之