道路勘探与设计 ch2汽车行驶特性.ppt

1、本章主要介绍汽车的动力性能和行驶特性，为道路线形设计作准备。,第二章 汽车行驶特性, 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,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,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

2、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,（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

3、行驶能力 决定车道宽度,汽车设计与道路设计共同影响,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：,由图可见： 当n=nmin

4、，为最小稳定工作转速 当n增大时，N，M都增大。 N=nM时，M=Mmax 当n=nN时，N=Nmax 当nnN时，N下降。,发动机曲轴扭矩及外特性曲线,1发动机功率曲轴扭矩及发动机转速n的关系,东风EQ-140发 动机外特性曲线,厂家给出,发动机转速特性经验公式：（已知Nemax和nN）,式中： Mmax最大扭矩（Nm）； 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(rmin)；,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：=i0ik； 传动效率为：m1.0； 传到驱动轮上的扭矩Mk为： 驱动轮上的转

5、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,3汽车的驱动力,大驱动力与高速不可兼得,可见： V,T。因此，速度和牵引力不可得兼。故汽车采用几各排档。 低档时，ik较大，T较大，V较小 高档时，ik较小，T较小，V较大 同一排档下，V/Vmax=N/Nemax。,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。,行驶车速：受车速影响较大。 V100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,路面种类：,. 轮胎性质：胎压，

6、轮胎材料，结构。,滚动阻力,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。,行驶车速：受车速影响较大。 V100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,路面种类：,. 轮胎性质：胎压，轮胎材料，结构。,滚动阻力,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。,由于公路纵坡较小(5) 所以,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,

7、空气阻力的产生原因 汽车在行驶中，由于迎面空气质点的压力。 车后的真空吸力 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。,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23选用或查阅有关资料,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，

8、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.,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,必要条件（即驱动条件） ：,充分条件（附着条件）：,附着系数,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。,汽车在道

9、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,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,三汽车的行驶状况,.当采用V1Vk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,.当汽车采用V2Vk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。,.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

10、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 .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.,.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,四爬坡能力,第三节 汽车的行驶稳定性,第三节 汽车的行驶稳定性,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,纵坡、重心、先后,横坡、速度、弯道半径、先后,1.纵向倾覆,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

11、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。,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,纵坡、重心、先后,横坡、速度、弯道半径、先后,2.纵向滑移, 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,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,结论： 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

12、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： 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。,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,横向力是汽车行驶的不稳定因素，竖向力是稳定因素。,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,2.横向倾覆条件分析 汽车在具有超

13、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(233)并整理，得,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=（0.60.7）,利用此式可计算出汽车在平曲线上行驶时，不产生横向滑移的最小平曲线半径或最大允许行驶速度。,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 。, 装载过高时可能发生倾覆现象。,4.横向稳定性的保证,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。,横向倾覆和滑移的条件分别是：,第四节 汽车的制动性,汽车的制动性：