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1、第二章第二章 汽车行驶特性汽车行驶特性 1学习目的：学习目的： 道路设计是以满足汽车行驶的要求为前提的。道路设计是以满足汽车行驶的要求为前提的。 汽车运动基本规律及对公路的要求，指导公汽车运动基本规律及对公路的要求，指导公路设计；保证公路的使用品质、服务等级。汽路设计；保证公路的使用品质、服务等级。汽车行驶理论是公路线形设计的理论基础。车行驶理论是公路线形设计的理论基础。 2研究内容：研究内容： 研究汽车的驱动力和行驶阻力；研究汽车的驱动力和行驶阻力； 分析汽车运动的基本规律；分析汽车运动的基本规律； 研究汽车主要动力性能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。分析影响汽车主要使用
2、性能的因素。2.1 2.1 概述概述一、汽车行驶对道路的基本要求一、汽车行驶对道路的基本要求： 安全：安全：保证汽车的行驶稳定性保证汽车的行驶稳定性 迅速：迅速：行驶速度行驶速度平均技术速度。平均技术速度。 经济：经济：运输成本：低运输成本：低 运输生产率：高运输生产率：高 舒适：舒适：视觉上：线形美观，赏心悦目，自然环境与视觉上：线形美观，赏心悦目，自然环境与 景观设计景观设计 二 汽车行驶性能的主要内容1动力性能2 制动性3 行驶稳定4 操纵控制性5 燃油经济性6 行驶平顺性7 通过性第二节 汽车的驱动力及行驶阻力 n一、汽车的驱动力n汽车的动力来源：汽车的动力来源：n汽车行驶的驱动力来自
3、它的内燃发动机。汽车行驶的驱动力来自它的内燃发动机。n在发动机里热能转化成机械能经过传动系统变速在发动机里热能转化成机械能经过传动系统变速和传动，将曲轴的扭矩传给驱动轮，产生和传动，将曲轴的扭矩传给驱动轮，产生Mk的扭的扭矩驱动汽车驱动轮旋转，轮胎对路面产生向后的水矩驱动汽车驱动轮旋转，轮胎对路面产生向后的水平推力，则路面对车辆产生向前的推力，驱使汽车平推力，则路面对车辆产生向前的推力，驱使汽车行驶。行驶。 汽车传动系统：汽车传动系统：N-n曲线、曲线、M-n曲线、耗油量曲线、耗油量ge-n曲线曲线n发动机转速特性曲线：发动机转速特性曲线：n1发动机曲轴扭矩发动机曲轴扭矩M 及发动机转速特性及
4、发动机转速特性发动机输出的功率发动机输出的功率P与产生的扭矩与产生的扭矩M的关系的关系：)(9549kWnMP95491000260nMrnrMPPrM东风东风EQ-140发发动机外特性曲线动机外特性曲线式中：式中：Pmax发动机的最大功率发动机的最大功率(kW)； nN发动机的最大功率所对应的转速（发动机的最大功率所对应的转速（rmin）n发动机转速特性经验公式：发动机转速特性经验公式：)()()(33221maxkwnnnnnnPPNNN功率)()()(22maxmaxmNnnnnMMMMMMNN扭距式中：式中：Mmax最大扭矩（最大扭矩（Nm）；）；n MN最大功率所对应的扭矩，最大功率
5、所对应的扭矩，n nN最大功率所对应的转速（最大功率所对应的转速（r/min）；）；n nM最大扭矩所对应的转速最大扭矩所对应的转速(rmin)；NmaxNnN9549M发动机曲轴上的扭矩发动机曲轴上的扭矩M经过变速箱（速比经过变速箱（速比ik）和主）和主传动器（速比传动器（速比i0）两次变速）两次变速两次变速的总变速比为：两次变速的总变速比为：=i0ik；传动系统的机械效率为传动系统的机械效率为TD时：时： 减速行驶减速行驶0)(Dga0)D(gaif式中：式中：道路阻力系数，道路阻力系数， 平衡速度：任意的平衡速度：任意的D相应等速行驶的速度，用相应等速行驶的速度，用VP表示。表示。临界速
6、度：临界速度：每一排档每一排档最大动力因数最大动力因数Dmax对应的速度，对应的速度，用用Vk表示。表示。汽车的行驶状态汽车的行驶状态汽车的最高、最小速度汽车的最高、最小速度汽车的最高速度：汽车的最高速度：是指节流阀全开、满载（不带挂是指节流阀全开、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车）、在表面平整坚实水平路段上作稳定行驶时的速度。速度。 某一排档的最高速度某一排档的最高速度Vmax ：maxmaxnr377. 0Vn汽车的最小稳定速度汽车的最小稳定速度：是指满载（不带挂车）在路：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面平整坚实的水平路段上，
7、稳定行驶时的最低速度（即临界速度（即临界速度Vk）。）。最大爬坡度：最大爬坡度：指汽车在坚硬路面上用最低档作等速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。行驶时所能克服的最大坡度。 cos1，sintgi， DImax=fcos+sin解此三角函数方程式，得最大坡角：解此三角函数方程式，得最大坡角：三、汽车的爬坡能力三、汽车的爬坡能力222Im2ImIm11cosarcsinffDfDaxaxaxag) if (Dn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。克服了其它行驶阻力后所能爬上的纵坡度。
8、， a=0，则，则 i=D-f 1计算加、减速行程计算加、减速行程 由由ds=vdt，a=dv/dt，得，得 四、汽车的加、减速行程四、汽车的加、减速行程n设初速设初速V V1 1，终速，终速V V2 2，则，则)0(vdva1dsa2121VVVVVdVa112.961vdva1S东风东风EQ-140加、减速行程图加、减速行程图2. 加、减速行程图加、减速行程图1if2if0if0 加、减速行程图用法加、减速行程图用法 第三节 汽车的行驶稳定性 n汽车的行驶稳定性是指汽车在行驶过程中，在外汽车的行驶稳定性是指汽车在行驶过程中，在外部因素作用下，汽车尚能保持正常行驶状态和方向，部因素作用下，汽
9、车尚能保持正常行驶状态和方向，不致失去控制而产生滑移、倾覆等现象的能力。不致失去控制而产生滑移、倾覆等现象的能力。n 稳定性：纵向稳定性：纵向n 横向横向 n 表现：滑移表现：滑移n 倾覆倾覆n纵向稳定性：纵向稳定性： 表现：倾覆倾覆n 滑移（倒溜）滑移（倒溜）n横向稳定性：横向稳定性： 表现：倾覆倾覆n 滑移（侧滑）滑移（侧滑）n临界状态：汽车前轮法向反作用力临界状态：汽车前轮法向反作用力Z1为零为零 。n Z1L - - Gl2cos0 + + Ghgsin0=0 n Z1L = Gl2cos0 - - Ghgsin0=0 g20hltg 1纵向倾覆纵向倾覆 ：g20hli 2 2纵向滑移
10、（驱动轮滑转）纵向滑移（驱动轮滑转）n临界状态：下滑力等于驱动轮与路面的附着力临界状态：下滑力等于驱动轮与路面的附着力n GsinGsin G Gk kn因为因为sinsin tgtg = = i i ，则，则纵向滑移临界状态纵向滑移临界状态条件：条件：GGtgikn纵向滑移的极限状态纵向滑移的极限状态倒溜倒溜发生条件：发生条件：n GsinGsin G Gn i = tg = n结论：结论：当坡道倾角当坡道倾角 或道路纵坡度或道路纵坡度ii 时，时，汽车可能产生纵向滑移。汽车可能产生纵向滑移。 3 3纵向稳定性的保证纵向稳定性的保证n 一般一般 接近于接近于1 1，而，而 远远小于远远小于1
11、 1，g20hli GGikn 所以，所以， i i i i0 0n 即汽车在坡道上行驶时，在发生纵向倾覆之前，即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。首先发生纵向滑移现象。n 道路设计只要满足不产生纵向滑移，就可避免道路设计只要满足不产生纵向滑移，就可避免汽车的纵向倾覆现象出现。汽车的纵向倾覆现象出现。n汽车行驶时纵向稳定性的条件为汽车行驶时纵向稳定性的条件为GGiik二、汽车行驶的横向稳定性二、汽车行驶的横向稳定性n 汽车在平曲线上行驶时会产生离心力，其作用汽车在平曲线上行驶时会产生离心力，其作用点在汽车的重心，方向水平背离圆心。点在汽车的重心，方向水平背离圆心。
12、gRGvF2n受力分析：受力分析：n 横向力横向力X失稳失稳n 竖向力竖向力Y稳定稳定1 1汽车在平曲线上行驶时力的平衡汽车在平曲线上行驶时力的平衡n 离心力离心力n将离心力将离心力F与汽车重力与汽车重力G分解为平行于路面的横分解为平行于路面的横向力向力X和垂直于路面的竖向力和垂直于路面的竖向力Y， GcosFsinYGsinFcosX 由 于 路 面 横 向 倾 角由 于 路 面 横 向 倾 角 一 般 很 小 ， 则一 般 很 小 ， 则sintgsintg= =i ih h，cos1cos1，其中，其中i ih h称为横向超高称为横向超高坡度，坡度，n将离心力将离心力F与汽车重力与汽车重
13、力G分解为平行于路面的横分解为平行于路面的横向力向力X和垂直于路面的竖向力和垂直于路面的竖向力Y， 采用横向力系数来衡量稳定性程度，其意义为单位车采用横向力系数来衡量稳定性程度，其意义为单位车重的横向力，即重的横向力，即GcosFsinYGsinFcosX)igRv(GGigRGvGiFXh2h2hh2igRvGXh2iR127V横向倾覆：汽车在平曲线上行驶时，由于横向力的横向倾覆：汽车在平曲线上行驶时，由于横向力的作用，使汽车绕外侧车轮触地点产生向外横向倾覆。作用，使汽车绕外侧车轮触地点产生向外横向倾覆。 汽车外侧车轮支反力汽车外侧车轮支反力N N1 1为为0 0。 倾覆力矩等于或大于稳定力
14、矩。倾覆力矩等于或大于稳定力矩。2.2.横向倾覆条件分析横向倾覆条件分析倾覆力矩：倾覆力矩：XhXhg g横向倾覆平衡条件分析：横向倾覆平衡条件分析：2bG2bG)(Fi2bYhn 稳定力矩：稳定力矩：倾覆力矩：倾覆力矩：XhXhg g横向倾覆平衡条件分析：横向倾覆平衡条件分析：2bGXhggh2bGX2bG2bG)(Fi2bYhn 稳定力矩：稳定力矩：n 稳定、平衡条件：稳定、平衡条件：)i2hb127(VRhg2minh2iR127Vn 汽车在平曲线上行驶时，不产生横向倾覆的最小平汽车在平曲线上行驶时，不产生横向倾覆的最小平曲线半径曲线半径R min：3.3.横向滑移条件分析横向滑移条件分
15、析n 横向滑移：汽车在平曲线上行驶时，因横向力的存横向滑移：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。在，可能使汽车沿横向力的方向产生横向滑移。n 横向力大于轮胎和路面之间的横向附着力。横向力大于轮胎和路面之间的横向附着力。n 极限平衡条件：极限平衡条件：hhX YGhXG横向滑移稳定条件：横向滑移稳定条件：h)i127(VRhh2或4 4横向稳定性的保证横向稳定性的保证n 汽车在平曲线上行驶时的横向稳定性主要取决于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横向力系数值的大小。值的大小。n 现代汽车在设计制造时重心较低，一般现代汽车在设计制造时重心较
16、低，一般b2hb2hg g，而而 h h0.5,0.5,即即n 汽车在平曲线上行驶时，在发生横向倾覆之前先产汽车在平曲线上行驶时，在发生横向倾覆之前先产生横向滑移现象。生横向滑移现象。n 在道路设计中只要保证不产生横向滑移现象发生，在道路设计中只要保证不产生横向滑移现象发生，即可保证横向稳定性。即可保证横向稳定性。 n保证横向稳定性的条件：保证横向稳定性的条件：h)i127(VRhh2或ghh2b三、汽车行驶的纵横组合向稳定性三、汽车行驶的纵横组合向稳定性n 汽车行驶在小半径平曲线上时，较直线上增加了一汽车行驶在小半径平曲线上时，较直线上增加了一项弯道阻力。项弯道阻力。n 对上坡的汽车耗费的功
17、率增加，使行车速度降低。对上坡的汽车耗费的功率增加，使行车速度降低。对下坡的汽车有沿纵横组合的合成坡度方向倾斜、滑对下坡的汽车有沿纵横组合的合成坡度方向倾斜、滑移和装载偏重的可能，这对汽车的行驶是危险的。移和装载偏重的可能，这对汽车的行驶是危险的。n汽车行驶在纵坡为汽车行驶在纵坡为i(tgi(tg) )和超高横坡为和超高横坡为i ih h（tgtg）的）的下坡路段上，作用在前轴上荷载下坡路段上，作用在前轴上荷载W W1 1为为cosL)sinhcosl (GWg21n离心力离心力F F分配在前轴上的荷载分配在前轴上的荷载W W2 2为为singRLlGvW222 在平直路段上，作用于前轴的荷载
18、在平直路段上，作用于前轴的荷载W W为为n 前轴总荷载前轴总荷载W为为 :)igRLvlLihl(GWWWh22g221GLlW2n 在有平曲线的坡道上，前轴荷载增量与在有平曲线的坡道上，前轴荷载增量与W W的比值为的比值为h22gigRvilhWWWIn 对载重汽车，一般对载重汽车，一般hg/l21，则，则 h2igRviI直坡道上直坡道上i ih h00则则I=iI=i。即汽车沿直坡道下坡时，前轴。即汽车沿直坡道下坡时，前轴荷载增量与在平直路段前轴荷载的比率等于该路段的荷载增量与在平直路段前轴荷载的比率等于该路段的纵坡度。在曲线上如果也以直线上相同大小的最大纵纵坡度。在曲线上如果也以直线上
19、相同大小的最大纵坡坡i imaxmax作为控制，则有下式成立作为控制，则有下式成立纵坡折减：纵坡折减：n 最大纵坡在平曲线上的折减计算方法：最大纵坡在平曲线上的折减计算方法： maxh2iigRvih2maxiR127Vii第四节第四节 汽车的制动性汽车的制动性 n 汽车的制动性是指汽车行驶中强制降低车速以至停汽车的制动性是指汽车行驶中强制降低车速以至停车，或在下坡时能保持一定速度行驶的能力。车，或在下坡时能保持一定速度行驶的能力。 n一、汽车制动性的评价指标一、汽车制动性的评价指标 n评价汽车制动性的指标：制动效能（制动距离）评价汽车制动性的指标：制动效能（制动距离）n 制动效能的热稳定性制
20、动效能的热稳定性n 制动时汽车的方向稳定性制动时汽车的方向稳定性 n二、制动距离：二、制动距离：n制动距离是汽车从制动生效到汽车完全停住，这段制动距离是汽车从制动生效到汽车完全停住，这段时间内所走的距离。时间内所走的距离。 汽车制动时，制动力汽车制动时，制动力P P取决于轮胎与路面之间的附着取决于轮胎与路面之间的附着力。在附着系数较小的路面上，若制动力大于附着力。在附着系数较小的路面上，若制动力大于附着力，车轮将在路面上滑移，易使制动方向失去控制。力，车轮将在路面上滑移，易使制动方向失去控制。所以所以P P值的极限值为值的极限值为 P = GP = G 汽车在部分滑动部分滚动的情况下附着力最大
21、。汽车在部分滑动部分滚动的情况下附着力最大。制动平衡方程式为制动平衡方程式为 ：-P = R-P = RW W + + R RR R + R+ RI I P + RP + RR R + R+ RI I = 0 = 0 （忽略空气阻力）（忽略空气阻力）n1.1.制动平衡方程式制动平衡方程式0agGGG)(ga2.制动距离制动距离 制动距离：制动距离：)(gdtdva)(254VVS222121VVvdv)g(vdtSdv)g(dt汽车完成运输工作所消耗的燃汽车完成运输工作所消耗的燃油量称为燃油消耗量，燃油经油量称为燃油消耗量，燃油经济性的评价指标通常用一定运济性的评价指标通常用一定运行工况下汽车
22、行驶百公里的燃行工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量或一定燃油量能使汽油消耗量或一定燃油量能使汽车行驶的里程来衡量。车行驶的里程来衡量。 已知发动机的功率已知发动机的功率V V和转速和转速n n后，后，可在发动机台架试验获得的发可在发动机台架试验获得的发动机负荷特性图上查出燃油消动机负荷特性图上查出燃油消耗率耗率g ge e。g ge e是指发动机每千瓦小是指发动机每千瓦小时的燃油消耗量。时的燃油消耗量。第五节第五节 汽车的燃油经济性汽车的燃油经济性 汽车以等速汽车以等速V在道路上行驶时，每百公里所做的功在道路上行驶时，每百公里所做的功w为为 ：100VNWn 则百公里消耗量则百公里消耗量Q Q为：为：(N/100km)1.02VNg9.8100WgQee(l/100km)21.15KAVG36726gQ2Te