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1、第第2章章 汽车行驶汽车行驶理论理论 教学内容：教学内容：n汽车的爬坡能力；汽车的爬坡能力；n汽车行驶的稳定性；汽车行驶的稳定性；n汽车制动性能。汽车制动性能。（第（第4 4讲）讲）重点解决的问题：重点解决的问题：l道路设计中如何保证汽车行驶的稳定性？道路设计中如何保证汽车行驶的稳定性？l汽车的制动是怎样实现的？汽车的制动是怎样实现的？l如何评价汽车的制动性能？如何评价汽车的制动性能？2.2 2.2 汽车的动力特性汽车的动力特性 2.2.1 2.2.1 动力因数和动力特性图动力因数和动力特性图1.1.动力因素动力因素n动力因数动力因数D：某型汽车在海平面高度上，满载情况下，单位车重所具有的：某
2、型汽车在海平面高度上，满载情况下，单位车重所具有的后备牵引力（又叫单位车重所具有的牵引潜力）。后备牵引力（又叫单位车重所具有的牵引潜力）。2.动力特性图动力特性图:动力因数动力因数D与车速与车速V间的关间的关系曲线，称为动力特性图系曲线，称为动力特性图 汽车动力因数与行驶速度之关系曲线汽车动力因数与行驶速度之关系曲线2.2.2 车速特性车速特性，假设，假设=1，由由1.道路条件一定时的最高车速道路条件一定时的最高车速 2.临界速度临界速度 3.汽车的最高速度汽车的最高速度4.汽车的最小稳定速度汽车的最小稳定速度n最最大大爬爬坡坡度度：指指汽汽车车在在坚坚硬硬路路面面上上用用最最低低档档作作等等
3、速速行行驶驶时时所所能能克克服服的的最最大坡度。大坡度。n coscos1 1，sintgsintgi i，n D Dmaxmax=f fcos+sincos+sin （略去海拔荷载系数略去海拔荷载系数）n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：2.2.3 2.2.3 汽车汽车的爬坡能力的爬坡能力n汽汽车车的的爬爬坡坡能能力力是是指指汽汽车车在在良良好好路路面面上上等等速速行行驶驶时时克克服服了了其其它它行行驶驶阻阻力力后所能爬上的纵坡度。后所能爬上的纵坡度。，dv/dt=0，则则 i=D-f则汽车的最大爬坡度为：则汽车的最大爬坡度为：imax=tanmax n假假定定
4、汽汽车车用用一一个个排排挡挡动动力力上上坡坡，以以速速度度驶驶入入坡坡段段，并并以以速速度度V V2 2驶驶出出坡坡段段，则可能克服的坡度则可能克服的坡度i i1 1和相应的坡长和相应的坡长S S1 1，n由由速速度度V Vt t和和V V2 2在在动动力力特特性性图图上上，可可求求得得相相应应的的动动力力因因数数值值D D1 1和和D D2 2，则则由由公式可得相应的加速度公式可得相应的加速度2.汽车的动力上坡汽车的动力上坡n假假定定汽汽车车用用一一个个排排挡挡动动力力上上坡坡，以以速速度度驶驶入入坡坡段段，并并以以速速度度V V2 2驶驶出出坡坡段段，则可能克服的坡度则可能克服的坡度i i
5、1 1和相应的坡长和相应的坡长S S1 1，n由由速速度度V Vt t和和V V2 2在在动动力力特特性性图图上上，可可求求得得相相应应的的动动力力因因数数值值D D1 1和和D D2 2，则则由由公式可得相应的加速度公式可得相应的加速度n因因vdt=ds，dt=ds/v,代入上式得：代入上式得：2.汽车的动力上坡汽车的动力上坡汽车变速行驶时所能克服的坡长：汽车变速行驶时所能克服的坡长：汽车变速行驶时所能克服的坡度汽车变速行驶时所能克服的坡度：2.汽车的动力上坡汽车的动力上坡2.3 2.3 汽车的行驶稳定性汽车的行驶稳定性 n汽车的行驶稳定性是指汽车在行驶过程中，在外部因素作用下，汽车汽车的行
6、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，不致失去控制而产生滑移、倾覆等现象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。的能力。n 稳定性：纵向稳定性：纵向稳定性稳定性n 横向横向稳定性稳定性 n 表表 现：滑移现：滑移n 倾覆倾覆纵向倾覆纵向倾覆纵向滑移或倒溜纵向滑移或倒溜n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，不致失去控制而产生滑移、倾覆等现象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。的能力
7、。n 稳定性：纵向稳定性：纵向稳定性稳定性n 横向横向稳定性稳定性 n 表表 现：滑移现：滑移n 倾覆倾覆横向倾覆横向倾覆横向滑移横向滑移2.3 2.3 汽车的行驶稳定性汽车的行驶稳定性 2.3.1 2.3.1 2.3.1 2.3.1 汽车汽车汽车汽车行驶的纵向稳定性行驶的纵向稳定性行驶的纵向稳定性行驶的纵向稳定性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。1纵向倾覆纵向倾覆：L2和和h的数值在汽车设计中考虑，其比值的数值在汽车设计中考虑，其比值L2/h1，i10%，因此，汽车的纵向倾覆稳定因此，汽车的纵向倾覆稳定性是很容易满足的。是很容易满足的。2 2纵向滑移
8、（驱动轮滑转）纵向滑移（驱动轮滑转）n临界状态条件：下滑力等于驱动轮与路面的附着力临界状态条件：下滑力等于驱动轮与路面的附着力n Gsin Z2 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，汽车可能产生纵向滑移。时，汽车可能产生纵向滑移。n在在泥泥泞泞时时 =0.2，冰冰滑滑时时 =0.1，因因此此汽汽车车不不产产生生倒倒溜溜的的条条件件一一般般是是i0.10.2（泥泞时）。泥泞时）。n汽车不产生滑移的条件一般是汽车不产生滑移的条件一般是i0.130.15（泥泞时）。泥泞时）。2 2纵向滑移（驱动轮滑转）纵向滑移（驱动轮滑转）n临界状态条件：下滑力等于驱动轮与路面的附
9、着力临界状态条件：下滑力等于驱动轮与路面的附着力n Gsin Z2 n临界状态条件：下滑力等于驱动轮与路面的附着力临界状态条件：下滑力等于驱动轮与路面的附着力n纵向滑移的极限状态纵向滑移的极限状态倒溜发生条件：倒溜发生条件：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i 时，汽车可能产生倒溜。时，汽车可能产生倒溜。2 2纵向滑移（驱动轮滑转）纵向滑移（驱动轮滑转）n倒溜：倒溜：汽车整体向后滑动，（前后轮刹车均不起作用）。汽车整体向后滑动，（前后轮刹车均不起作用）。3 3保证纵向稳定性的条件保证纵向稳定性的条件道路纵坡度道路纵坡度 i F FYYXX2.3.2 2.3.2 汽车行
10、驶的横向稳定性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，其作用点在汽车的重心，方向水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。平背离圆心。1 1汽车在平曲线上行驶受到的横向作用力：汽车在平曲线上行驶受到的横向作用力：n 离心力离心力2.3.2 2.3.2 汽车行驶的横向稳定性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，其作用点在汽车的重心，方向水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。平背离圆心。n汽车在平曲线上行驶时受到的平行与路面方向的横向力汽车在平曲线上行驶时受到的平行与路面方向的横向力X：1
11、 1汽车在平曲线上行驶受到的横向作用力：汽车在平曲线上行驶受到的横向作用力：n 离心力离心力F Fl汽车在平曲线上行驶时，受到得法向作用力汽车在平曲线上行驶时，受到得法向作用力Y为为：l横向力系数横向力系数：横向力横向力X X与法向反力与法向反力Y Y的比值。的比值。YYXXYXn（1 1）横向倾覆稳定性）横向倾覆稳定性n倾覆力矩和稳定力矩的极限平衡状态是：倾覆力矩和稳定力矩的极限平衡状态是：2.汽汽车车在曲在曲线线上行上行驶驶的的稳稳定性分析定性分析 当满足当满足 条件时，汽车在平曲线上行驶就不会产生倾覆。条件时，汽车在平曲线上行驶就不会产生倾覆。n（1 1）横向倾覆稳定性）横向倾覆稳定性n
12、倾覆力矩和稳定力矩的极限平衡状态是：倾覆力矩和稳定力矩的极限平衡状态是：2.汽汽车车在曲在曲线线上行上行驶驶的的稳稳定性分析定性分析 当满足当满足 条件时，汽车在平曲线上行驶就不会产生倾覆。条件时，汽车在平曲线上行驶就不会产生倾覆。YX（2 2）横向滑移稳定）横向滑移稳定n 横横向向滑滑移移：当当横横向向力力X X大大于于轮轮胎胎和和路路面面之之间间的的横横向向附附着着力力X X时时，汽汽车车将将发生产生横向滑移。发生产生横向滑移。n汽车不发生横向滑移的条件是：汽车不发生横向滑移的条件是：汽车在横向滑移极限平衡状态时最大可能的车速和最小曲线半径为：汽车在横向滑移极限平衡状态时最大可能的车速和最
13、小曲线半径为：3 3横向稳定性的保证横向稳定性的保证u 汽汽车车在在平平曲曲线线上上行行驶驶时时的的横横向向稳稳定定性性主主要要取取决决于于横横向向力力系系数数值值的的大大小。小。u 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低，一般b2hb2hg g，而而 x x0.5,0.5,即即u 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。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。u 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。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。u 保证横向稳定性的条件：保证横向稳定性
14、的条件：u车轮制动力车轮制动力F FT T：制动器内的摩擦阻力：制动器内的摩擦阻力 路面对车轮的切向摩擦阻力。路面对车轮的切向摩擦阻力。u在极限状态下，汽车的最大制动力取决于轮胎与路面间的摩擦力，即：在极限状态下，汽车的最大制动力取决于轮胎与路面间的摩擦力，即：F FTmaxTmax=G G u汽车在部分滑动部分滚动的情况下摩擦系数最大。汽车在部分滑动部分滚动的情况下摩擦系数最大。u制动平衡方程式为：制动平衡方程式为：-F Ft t=R Rf f R Ri i+R+Rw wRRj j F Ft t+R Rf f R Ri i+R+Rj j =0 =0 （忽略空气阻力）忽略空气阻力）汽汽车车的的
15、制制动动性性是是指指汽汽车车行行驶驶中中强强制制降降低低车车速速以以至至停停车车，或或在在下下坡坡时时能能保保持一定速度行驶的能力。持一定速度行驶的能力。2.4.1 2.4.1 汽车的制动过程与制动力汽车的制动过程与制动力 2.4 2.4 汽车的制动性汽车的制动性 2.4.2 2.4.2 汽车制动性的评价指标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 1.制动减速度：制动减速度：在路面干燥（在路面干燥（=0.50.7）状态下计算出减速度可达）状
16、态下计算出减速度可达79。一般情况下不应使制动间速度大于一般情况下不应使制动间速度大于1.52.5，只有在紧急情况下，制动，只有在紧急情况下，制动减速度才超过减速度才超过4。2.制动时间制动时间:反映时间和制动生效时间：反映时间和制动生效时间：在公路设计时，常取这两部分时间之和为在公路设计时，常取这两部分时间之和为1.02.5s。3.制动距离：制动距离：若制动到汽车安全停止时若制动到汽车安全停止时V2=0，则制动距离则制动距离SS为：为：制动距离是指汽车以速度制动距离是指汽车以速度V V1 1行驶时，从驾驶员发现障碍物，并判断是否刹车行驶时，从驾驶员发现障碍物，并判断是否刹车到汽车安全停止所行
17、驶的距离到汽车安全停止所行驶的距离S SS S。考虑驾驶者的考虑驾驶者的反应时间反应时间和和制动生效时间制动生效时间的全部制动距离：的全部制动距离：2.5.1 汽车的燃油经济性评价指标汽车的燃油经济性评价指标n（1）行驶一定里程）行驶一定里程(或一定运量或一定运量)所消耗的燃料所消耗的燃料n 如每行驶如每行驶100km的耗油量的耗油量(kg)n 每吨公里运量的耗油量每吨公里运量的耗油量(kg)等。等。n（2）消耗单位燃料所行驶的里程）消耗单位燃料所行驶的里程n 如每公斤燃料所行驶的里程如每公斤燃料所行驶的里程(km)n发发动动机机的的燃燃料料消消耗耗率率qe：指指发发动动机机发发出出每每千千瓦
18、瓦小小时时功功率率的的燃燃料料消消耗耗量。量。2.5 2.5 汽车的燃油经济性汽车的燃油经济性 1汽汽车车使用方面使用方面u主主要要与与汽汽车车的的行行驶驶速速度度、挡挡位位选选择择、挂挂车车的的应应用用、正正确确调调整整保保养养等等因因素素有关。有关。这这些属于汽些属于汽车车运用与运用与维维修研究修研究课题课题。2汽汽车结车结构方面构方面u主主要要从从改改进进汽汽车车发发动动机机、提提高高燃燃油油质质量量、改改进进润润滑滑油油质质量量、改改进进传传动动系系统统、改、改进进底底盘盘及及车车身身设计设计等方面着手。等方面着手。这这些属于汽些属于汽车设计车设计研究的研究的课题课题。3道路道路设计设
19、计方面方面u从从道道路路线线形形和和结结构构上上设设计计着着手手，提提高高道道路路路路面面质质量量和和线线形形标标准准，对对节节省省燃油消耗有着十分重要的意义，这是道路设计的一个重要任务。燃油消耗有着十分重要的意义，这是道路设计的一个重要任务。2.5.2 2.5.2 影响汽车燃料经济性的因素影响汽车燃料经济性的因素 结结 论论 u1.1.保证汽车行驶的稳定性的道路条件：保证汽车行驶的稳定性的道路条件：l汽车行驶稳定性包括纵向稳定性和横向稳定性两种情况。汽车行驶稳定性包括纵向稳定性和横向稳定性两种情况。l汽汽车车在在爬爬坡坡过过程程中中有有纵纵向向倾倾覆覆和和纵纵向向滑滑移移（倒倒溜溜）两两种种
20、危危险险。为为保保证证纵纵向向稳稳定定性性，必必须须满满足足道道路路纵纵坡坡度度i小小于于驱驱动动轮轮与与路路面面的的摩摩擦擦系系数数 2=G2/G 条件。条件。l汽汽车车在在曲曲线线上上行行驶驶有有横横向向倾倾覆覆和和横横向向滑滑移移两两种种危危险险。为为保保证证横横向向稳稳定定性性，必必须须满满足足横横向向力力系系数数值值小小于于车车轮轮与与路路面面的的横横向向摩摩擦擦系系数数 x条件。条件。u2.2.汽车的制动力来源：汽车的制动力来源：l汽汽车车的的制制动动力力是是由由汽汽车车制制动动器器内内的的摩摩擦擦阻阻力力矩矩及及路路面面对对车车轮轮的的切切向向摩摩擦擦阻阻力力构构成成。在在极极限限状状态态下下，汽汽车车的的最最大大制制动动力力取取决决于于轮轮胎胎与与路路面间的摩擦力，即面间的摩擦力，即FTmaxFTmax=G =G 。u评价汽车的制动性能的主要指标：评价汽车的制动性能的主要指标：l评评价价汽汽车车制制动动性性的的指指标标有有制制动动效效能能（制制动动距距离离）、制制动动效效能能的的热热稳稳定性及制动时汽车的方向稳定性等三项指标。定性及制动时汽车的方向稳定性等三项指标。教材教材P.44 2-1，2-2，2-3作业：作业：