道路规划与几何设计一

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有关计遭算的汇但总：(1)M和N的关系棵（公式2-律1）(2刺)r和V的关系匠（公式2-中5）(3)T和V的关系跟（公式2-懂6,拍2-吐7）汽车驱余动力图2、汽车脆的行驶禾阻力汽车凶在道泄路上欠行驶克时须剑克服度各种乖阻力输，如照滚动料阻力冠、空着气阻旨力、纷坡度女阻力钓、弯云道阻消力和残惯性切阻力五等。伶这些羞阻力秆一方枪面与嫂道路丛的特蚂性有娘关，机如路造面平固整程乖度、旦坡度浓、弯岗道曲扒率半萍径等吼，另债一方珍面则乓随车醋辆的镇运行股特性如而变传，如施车辆截总重已、行小驶速愈度、年速度隶变化截速率像、车茫身迎代风面窜积和努外廓岩线形屡等。（1）空气年阻力(Rw)汽车行哗驶时的踏空气阻止力包括铜车辆迎迅风面处布的空气壤直接作羞用、空危气越过浆车辆表兄面（包娱括车底至）的摩赤阻力以茂及车后躁的局部劫真空。（3）坡度虎阻力(Ri)汽车槽在坡愤道上看行驶来时，嘱车辆撇受到遵其重蹈量平滑行于板坡面衔的分搅力的章作用偏。（2）滚动缺阻力(Rf)汽车在砖道路上辱行驶时竿的滚动朗阻力来众源于轮末胎表面割于路面命之间的柏摩阻滑傍移，轮牢胎橡胶升在接触菠表面处踏的弯曲芬变形，肥车轮滚叙过路表多面突出痕的石子雾或不平超整的破林碎路面羽，车辆碑从道路无的低洼爽处爬出遵，推动肆车轮通贝过砂、哄雪或泥擦地，在劫轮、轴拍和组合训器轴承翅处以及熔变速齿赠轮中的棒内部摩肿阻等。以上愤均与病道路敬状况费有关婶，且哭与总怪重力饶成正知比，棋表示郊为道涨路阻辽力：（5）惯帆性阻楚力(RI)汽车险行驶讽速度常变化距（加践速或晶减速扮）时拆，车晃辆受贺到运饼动惯丽性阻虫力的带作用消。此爱惯性榴阻力融是车警辆重乐量及跪加速搂或减诵速速劲率的介函数柿。式中滤，Rm为车请辆总袍行驶躬阻力即，kg。在车跟辆下完坡或结减速返行驶龄时，史式中乞的坡早度阻识力或犯惯性科阻力载为负简值。由上遮述各淡项阻梳力的互关系兔式可脊以看易出，各除空惧气阻刷力外乐，其不它各检项阻倡力均貌与车薪辆的调总质挥量成跨正比目；而亲除了纠坡度锋阻力窗和惯期性阻户力外驴，其差它各知项阻耳力还腔与车巩辆的久行驶恐速度炸或速科度平议方成新正比服。因吨此，悬车辆寒总质樱量和脉行驶机速度际是影泊响行唱驶阻隐力大妻小的矛两项布最主出要的扛因素满。综合辈上述葵各项喘阻力填，车孟辆在孤路上铺的总运行驶变阻力姨为：T=R陶,匀速伍；T>爽R,加速；T<宴R,减速,考虑到缎部分开院启，使舟用负荷提率U修正堡，并追带入蹄有：3、汽车讯的平衡单方程式由和行驶最条件（1）平衡方程掠式驱动遮轮荷贯载；蹈附斥着力阀系数（2）行驶条夜件条件一尚：驱动饱力大于题等于总帖阻力条件二术：驱动纺力小于孤等于附运着力三、蛛汽车动车力性能缓及加、求减速行债驶汽车的烂动力性指能系指心汽车所载具有的军加速、铲上坡、落最大速务度等的虫性能，缝动力性调能越好似，速度形就越高摆，所能隆克服的户阻力就加大。这穴里为纵怕断面设明计提供洪依据。1、汽贴车的篇动力宴特性睬图2、汽车那的行驶贷状态汽车隔的动泊力因族数D，它表示泉某型汽疮车在海骄平面上暖，满载骗情况下鬼，没单熔位车重泊克服道赞路阻力哑和惯性恨阻力的期性能。稳定行陶驶状态不稳唱定行提驶状咽态某档号动力井特性依图3、汽锤车的各爬坡件能力4、汽昼车的磁加减辟速行箩程四、某汽车雹的行吩驶稳奴定性牛和制赛动性应能1、汽车异的纵向暗稳定性条件孝：匀治速、苗惯性绳阻力旧为0，低速舒，忽略捧空气阻款力和滚剩动阻力倾覆限：滑移：稳定性春保证：发生纵称向倾覆烂前，先奋发生滑咳移。原互因是：附着曲系数纵坡2、汽车名的横向汪稳定性竭（曲线跪上）原因：嫩离心力猴的原因味，部分猜靠超高公产生的参重力分怖量抵消滔，其余页靠横向虑摩擦力是抵消。倾覆煎：滑移扶：横向忽力系拌数：超高的刘概念（玻横向坡弓度）稳定梅性保挂证：发生横炼向倾覆崭前，先鸣发生滑负移。原寄因：横向偏力系貌数附着贷系数横向附糖着系数3、汽爸车的呢纵横价组合肾稳定鲜性上坡速度雀降低坟，耗南费增且加，骂而下缠坡存填在合彩成坡预度，递比较洒危险层。4、制动灯性能制动涌性能遵使用巨制动伙距离躺来评忍价：路面与炉轮胎之父间的附秋着系数,道路顿阻力性系数f+权i要制壳动就惩施加披制动该力P：方向塑与前轨进方段向相灵反，谣略去熔风阻橡力。制动到巡寿停止：制动距瓦离：五