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1、第二章 汽车行驶理论内容提要内容提要1)汽车的动力特性汽车的动力特性2)汽车行驶的稳定性汽车行驶的稳定性 3)汽车的制动性汽车的制动性牵引力来源牵引力来源燃料在发动机内燃烧，将热能转变为机械能，产生燃料在发动机内燃烧，将热能转变为机械能，产生有效功率有效功率Ne，使发动机的曲轴上具有扭矩，使发动机的曲轴上具有扭矩Me，Me通过传动系统传通过传动系统传到驱动轮，产生牵引力，推动汽车以一定的速度行驶。到驱动轮，产生牵引力，推动汽车以一定的速度行驶。1）汽车发动机的外特性曲线发动机特性Ne=Me/1000=2ne/60Ne=Mene/9549式中式中 N Ne e发动机有效功率，发动机有效功率，kW
2、kW；M Me e发动机曲轴扭矩，发动机曲轴扭矩，N Nm m；n ne e发动机曲轴转速，发动机曲轴转速，r/minr/min；发动机曲轴转动角速度，发动机曲轴转动角速度，rad/s。（1）汽车的牵引力汽油发动机外特性曲线（油门一定）汽油发动机外特性曲线（油门一定）油门全开时，对应的汽车发动机特性曲线称为外特性曲线。发动机外特性曲线估算公式：1）汽车发动机的外特性曲线MP最大功率时相应的扭矩。2）牵引力与曲轴扭矩的关系发动机扭距的传递若变速箱的速比ik，机械效率为k若变速箱的速比i0，机械效率为0车轮上的扭距：Mk=Mei0 ik0k=Mei0ikm 牵引力Pt与Me的关系（1）汽车的牵引力
3、3）车速与曲轴扭矩的关系得到Pt与V的关系曲线（1）汽车的牵引力汽车的牵引特性图汽车的牵引特性图Pt与V成反比，所以起车时V小，Pt大；上坡时V小，Pt大。不同的档位，ik不同。汽车运动时需要不断克服运动中所汽车运动时需要不断克服运动中所遇到的各种阻力。遇到的各种阻力。滚动阻力滚动阻力Pt来自路面；来自路面；空气阻力空气阻力Pw 来自汽车周围的空来自汽车周围的空气；气；坡度阻力坡度阻力Pi 汽车上坡行驶时，汽车上坡行驶时，所需克服的汽车重力在平行于路面所需克服的汽车重力在平行于路面方向的分力；方向的分力；惯性阻力惯性阻力Pj 汽车加速行驶时，汽车加速行驶时，所需克服惯性的阻力。所需克服惯性的阻
4、力。1）滚动阻力）滚动阻力车轮是弹塑性体车轮是弹塑性体同样的变形，加力时，力大；卸力时，力小。同样的变形，加力时，力大；卸力时，力小。（2）汽车的行驶阻力弹塑性体的受力特性弹塑性体的受力特性加力过程减力过程变形外力滚动阻力矩滚动阻力矩行驶时，为克服滚动阻力所行驶时，为克服滚动阻力所需的推力对汽车而言是一种需的推力对汽车而言是一种行驶阻力，称为滚动阻力行驶阻力，称为滚动阻力 。滚动阻力系数滚动阻力系数 ，单位车重所需的推力，与，单位车重所需的推力，与路面性质、粗糙度和轮胎有路面性质、粗糙度和轮胎有关。关。对整个汽车：对整个汽车：在斜坡上：在斜坡上：1）滚动阻力道路纵向的坡度角。汽汽车车在在坡坡道
5、道上上行行驶驶时时，汽汽车车的的重重力力在在平平行行路路面面上上的的分分力，称为坡度阻力。力，称为坡度阻力。“+”“+”表表示示汽汽车车上上坡坡行行驶驶，阻阻碍碍汽汽车车行行驶驶；“”表表示示汽汽车下坡行驶，与汽车行驶方向相同，形成坡度阻力。车下坡行驶，与汽车行驶方向相同，形成坡度阻力。坡度坡度 小小，一一般般不不超超过过1010，可可用用tantan代代替替sinsin，所所以以有：有：2）坡度阻力压差阻力：压差阻力：555560%60%；干扰阻力：干扰阻力：121218%18%；冷却系阻力：冷却系阻力：101015%15%；摩擦阻力：摩擦阻力：8 810%10%；诱导阻力诱导阻力：5 58
6、%8%；3）空气阻力P PW W空气阻力；空气阻力；C C流线型系数；流线型系数；空气密度；空气密度；F F汽车迎风面面积；汽车迎风面面积；v vH H汽车与空气的相对速度；汽车与空气的相对速度；n n随随车车速速变变化化的的指指数数，当当v vH H 1 m/s1 m/s，n n 1 1；1 1 v vH H 330 330 m/s 330 m/s，n n 3 3。常用汽车的速度代替空气与汽车的相对速度：对于挂车：平移质量的惯性阻力：平移质量的惯性阻力：回转部件惯性力矩：回转部件惯性力矩：回转部件惯性阻力：回转部件惯性阻力：4）惯性阻力Je发动机飞轮转动惯量；和全部车轮的转动惯量。仅在改变运
7、行状态仅在改变运行状态（加、减速）时才有。（加、减速）时才有。则：其中：称：为汽车回转质量换算系数。则：则：汽车行驶的条件汽车行驶的条件牵引力不小于行驶阻力：牵引力不小于行驶阻力：（3）汽车的行驶条件将各力计算公式代入，有：将各力计算公式代入，有：1）汽车行驶的必要条件（驱动条件）汽车行驶的必要条件（驱动条件）2）汽车行驶的充分条件（附着条件）汽车行驶的充分条件（附着条件）汽车行驶的充要条件（3）汽车的行驶条件3）道路摩擦系数）道路摩擦系数相关因素：与路面的粗糙程度、潮湿泥泞程度、轮胎相关因素：与路面的粗糙程度、潮湿泥泞程度、轮胎花纹和气压、车速、荷载重量等因素有关。花纹和气压、车速、荷载重量
8、等因素有关。增大增大值的方法：路面粗糙；干燥；轮胎内压小、变形值的方法：路面粗糙；干燥；轮胎内压小、变形大、接触面大；减小车速；改变轮胎花纹，增大大、接触面大；减小车速；改变轮胎花纹，增大；增大荷载。增大荷载。3）对道路的要求）对道路的要求纵坡尽量平缓；路面平整、粗糙，作好排水。纵坡尽量平缓；路面平整、粗糙，作好排水。牵引平衡方程可写为：牵引平衡方程可写为：单位车重具有的牵引力：单位车重具有的牵引力：动力因数：动力因数：道路阻力系数：道路阻力系数：（4）动力因数及动力特性图令：令：称为动力因数。称为动力因数。含义：某型汽车在海平面高度上，满含义：某型汽车在海平面高度上，满载情况下，单位车重所具
9、有的后备牵载情况下，单位车重所具有的后备牵引力（单位车重所具有的牵引潜力）。引力（单位车重所具有的牵引潜力）。当汽车作等速行驶时，当汽车作等速行驶时，则，则 ，仅与道路状况和坡度有关，称为道路阻力系数。仅与道路状况和坡度有关，称为道路阻力系数。动力特性图动力特性图动力动力因数因数D与车速与车速V之间之间的关系曲线。的关系曲线。（4）动力因数及动力特性图海拔荷载系数海拔荷载系数对不同海拔、荷载下的动力因数进对不同海拔、荷载下的动力因数进行修正：行修正：海拔系数；海拔系数；Ga满载时汽车重力，满载时汽车重力，N；GT实际装载时汽车重力，实际装载时汽车重力，N。动力因数计算公式改写为：动力因数计算公
10、式改写为：受附着系数限制的动力因数：受附着系数限制的动力因数：（4）动力因数及动力特性图或D与与、V有关，当有关，当 取一定值时，取一定值时，D与与V有关。有关。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在良好的路面条件下，稳定行驶的汽车所能达到的在良好的路面条件下，稳定行驶的汽车所能达到的最大行驶速度。此时，最大行驶速度。此时，2）临界速度）临界速度某一排挡时，最大动力因数某一排挡时，最大动力因数Dmax对应的速度称为该档的临界速度对应的速度称为该档的临界速度Vk。汽车行驶速度大于汽车行驶速度大于Vk，称为稳定状态；，称为稳定状态；汽车行驶速度小于汽车行驶速度小于Vk，则需换档行
11、驶，则需换档行驶，称为不稳定状态。称为不稳定状态。（5）车速特性3）最高车速）最高车速Vmax最高档位对应的最高车速；最高档位对应的最高车速；定义：油门全开，汽车满载（不带挂车）在路面平定义：油门全开，汽车满载（不带挂车）在路面平整坚实的平直路段上，以直接档稳定行驶时所能达到整坚实的平直路段上，以直接档稳定行驶时所能达到的最大速度。的最大速度。（几种国产汽车的最高车速）（几种国产汽车的最高车速）4）最小稳定速度）最小稳定速度Vmin汽车满载（不带挂车）在路面平整坚实的平直路段汽车满载（不带挂车）在路面平整坚实的平直路段上，以最低档（上，以最低档（档）行驶时的临界速度，而且以该档）行驶时的临界速
12、度，而且以该速度行驶时，传动系不发生颤动或敲击声，在突然踏速度行驶时，传动系不发生颤动或敲击声，在突然踏下加速踏板时发动不熄火。下加速踏板时发动不熄火。（5）车速特性汽车稳定行驶的速度在Vmin与与Vmax之间之间1）最大爬坡坡度）最大爬坡坡度（6）汽车的爬坡性能爬坡稳定行驶时，则低档时，汽车爬坡能力大，坡度角较大，上式还原为解得，则汽车的最大爬坡度为，2）动力上坡）动力上坡如图，假定汽车用一个排档动力上坡，以速度V1驶入坡段，并以速度V2驶出坡段，则可能克服的坡度i1和相应的坡长S1，可求。设，相应于V1、V2的动力因数值分别为D1、D2，则相应的加速度为平均加速度 ，即两边同时乘以 ，积分
13、得（6）汽车的爬坡性能在实际行驶时汽车通常在上坡之前加速，让汽车得到较高的车速，然后利用上坡时的减速惯性力来提高爬坡能力，这种用惯性力克服坡度的方法叫动力上坡。结论：当i1值大时，则S1值小；反之，i1值小时，则S1值大。坡长都用“水平距离”表示。2）动力上坡汽车变速行驶时所能克服的坡长，m汽车变速行驶时所能克服的坡度式中，V1取某一档位时的最大速度；V2 取某一档位时的临界速度。2.汽车行驶的稳定性 汽车本身的结构参数汽车本身的结构参数重心位置、钢板弹簧的刚度、轮胎性能、前后悬重心位置、钢板弹簧的刚度、轮胎性能、前后悬架形式、制动性能等。架形式、制动性能等。驾驶者的操作过程驾驶者的操作过程注
14、意力集中程度、技术熟练程度等。注意力集中程度、技术熟练程度等。其它因素其它因素装载是否正确、道路坡度、路面状态、汽车行驶装载是否正确、道路坡度、路面状态、汽车行驶的惯性力等。的惯性力等。影响汽车行驶稳定性的因素2.汽车行驶的稳定性 1）纵向受力分析）纵向受力分析（1）纵向稳定受力：惯性阻力Pj1；坡度阻力Pi；汽车重力Ga；空气阻力PW；回转惯性力矩Mj1及Mj2；车轮上的法向反作用力Z1及Z2；滚动阻力矩Mf1及Mf2。就纵向稳定性，汽车上陡坡时最为不利。此时，常以低速度行驶，则坡度阻力主要，Mj1、Mj2、Mf1、Mf2、Pw、Pj1等可略去不计。将其余作用力分别对汽车前轮接地点及后轮接地
15、点取矩，有因2.汽车行驶的稳定性 2）纵向倾覆）纵向倾覆上坡时，临界条件上坡时，临界条件Z10，有，有（1）纵向稳定当公路坡度角当公路坡度角临界坡度角临界坡度角0 0时，汽车失去控制并可能绕后轴倾覆。时，汽车失去控制并可能绕后轴倾覆。下坡时，临界条件下坡时，临界条件Z20，有，有一一般般汽汽车车均均有有 ，因因此此，只只要要满满足足汽汽车车上上坡坡时时不不后后倾倾，就就可可满满足足汽车下坡时不前翻。所以，只需保证：汽车下坡时不前翻。所以，只需保证：2.汽车行驶的稳定性 3）纵向倒溜）纵向倒溜当道路坡角过大，路面对轮胎的切向反作用力小于坡度阻力时，汽车驱动论将发生滑转而倒溜。临界状态：（1）纵向
16、稳定 汽车驱动轮不发生滑转时，公路纵向的极限坡度角。将Z2计算公式代入，得需要保证2.汽车行驶的稳定性 4）纵向稳定性的保证）纵向稳定性的保证（1）纵向稳定纵向倾覆比纵向倒溜更加危险。如果 ，汽车在上坡行驶时发生倒溜的现象先于倾覆出现，这样就避免了汽车的纵向倾覆。因此设计汽车时，应满足 ，即一般的载重汽车满载时，而值在不利状态下：泥泞时为，冰滑时为，代入上式，则泥泞时：冰滑时：这是今后要讨论的公路极限纵坡、超高横坡、合成坡度等指标值确定的理论依据之一。对公路设计来说，应保证上坡行驶的汽车不发生纵向倒溜。这就要求公路纵坡满足 ，即2.汽车行驶的稳定性 1）汽车在平曲线上行驶时的横向受力分析）汽车
17、在平曲线上行驶时的横向受力分析（2）横向稳定汽车的重力Ga、离心力C，空气阻力在横向上的分力较小，略去不计；路面对车轮的法向反作用力N1、Nr，路面对车轮的侧向反作用力 、。法向反作用力 对汽车的左右轮分别取矩，得 “+”表示汽车在未设超高的双坡路面外测行驶；“”与上相反，表示汽车在未设超高的双坡路面内侧行驶。2.汽车行驶的稳定性 横向作用力横向作用力横向作用力Y：因为路拱横坡通常很小，所以很小，i0路面横坡度。离心力令横向力系数，横向力Y与车重的比值有中的“+”、“”的意义与前述意义相反，汽车在路面外测行驶时采用“”，在路面内侧行驶时采用“+”。2.汽车行驶的稳定性 侧向反作用力侧向反作用力
18、路面对车轮的侧向反作用力 横向摩擦系数 路面对车轮的纵向反作用力 纵向摩擦系数 总反作用力P 所以 若在直线上行驶，则 若在曲线上行驶，则 2.汽车行驶的稳定性 2）横向倾覆）横向倾覆（2）横向稳定在倾斜的横坡面上作曲线运动的汽车，由于横向力的作用，当位于曲线内侧车轮上的法向反作用力为零时，汽车将发生横向倾覆。即临界条件为：Nr0 由于 ，并考虑与Ga相比，值小可略去不计，则上式可简化成 将其代入半径、速度计算公式中，可得到在一定半径条件下的最大速度值，在一定速度下的最小半径值。即2.汽车行驶的稳定性 3）横向滑移）横向滑移（2）横向稳定当横向力Y大于附着力 时，汽车将发生横向滑移，由平衡条件
19、知即当 时，汽车将发生横向滑移。将 代入速度、半径计算公式中，得到当R为定值时为保证不发生横向滑移，汽车所能行驶的最大速度，以及当v为定值时，平曲线所能采用的最小曲线半径，即2.汽车行驶的稳定性 4）横向稳定的保证）横向稳定的保证（2）横向稳定要保证滑移先于倾覆出现，需满足要保证不出现滑移，需满足汽车的制动过程就是人为地增加汽车的行驶阻力，使汽车的动能或位能（当汽车下坡行驶时）转化为热能的过程。制动力P来自制动器内的摩擦阻力矩来形成路面对车轮的切向摩擦阻力，会阻止车轮前进，在急刹车时P值最大，此最大值取决于轮胎与路面间的附着力。其最大值Ga分配到制动轮上的汽车重力，现代汽车全部车轮均为制动轮，一般制动时采用后轮制动，紧急制动时采用前后轮均制动。路面与轮胎之间的附着系数。由制动平衡方程制动减速度（1）制动平衡方程（2）制动距离由制动距离 V1制动初速度，km/h；V2制动终速度，km/h。车辆停止时，V20，则