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1、第第2 2章章汽车行驶理论汽车行驶理论 道路勘测设计 重庆交通大学 2.1 2.1 概概 述述 2.2 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 2.3 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性汽车在道路上行驶的稳定性 2.4 2.4 汽车的制动性能汽车的制动性能 2.5 2.5 汽车在道路上的行驶轨迹汽车在道路上的行驶轨迹 道路勘测设计 重庆交通大学 2.1 概概 述述1.1.研究汽车行驶理论的意义研究汽车行驶理论的意义 汽车行驶理论(theory of automobile running)是一门在分析汽车行驶基本规律的基础上，研究汽车行驶原理、使用性能和行驶性能的学科。通过研究，进一
2、步分析影响汽车使用和行驶性能的各种因素，最大限度地从汽车构造、公路设计以及其它行车条件等方面发挥汽车的使用效益。2.1 概概 述述2.汽车的行驶性能汽车的行驶性能1)动力性能动力性能(dynamic force)2)通过性通过性（cross-country power）3)制动性制动性(braking power)4)行驶稳定性行驶稳定性(running stability)5)行驶平顺性行驶平顺性(smooth running)6)操纵稳定性操纵稳定性(operating stability)2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 1.汽车行驶中的受力分析汽车行驶中的受力分析（
3、1 1）由汽车轮胎与路面接触而产生的路面摩擦力）由汽车轮胎与路面接触而产生的路面摩擦力）由汽车轮胎与路面接触而产生的路面摩擦力）由汽车轮胎与路面接触而产生的路面摩擦力 。（2 2）因路面凹凸不平而产生的力。）因路面凹凸不平而产生的力。）因路面凹凸不平而产生的力。）因路面凹凸不平而产生的力。（3 3）由于路面结构而产生的力。）由于路面结构而产生的力。）由于路面结构而产生的力。）由于路面结构而产生的力。（1）直线上行驶直线上行驶 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 1.汽车行驶中的受力分析汽车行驶中的受力分析（2）曲线上行驶）曲线上行驶 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力
4、与牵引平衡 1.汽车行驶中的受力分析汽车行驶中的受力分析（1）牵引力）牵引力有效功率有效功率N ：单位时间内具有的做功的能力。：单位时间内具有的做功的能力。(KW)(KW)转速转速n：发动机曲轴单位时间内的旋转次数：发动机曲轴单位时间内的旋转次数(n/min)扭矩扭矩M：发动机产生于曲轴上的转动力矩。：发动机产生于曲轴上的转动力矩。(Nm)转动角速度转动角速度：单位时间内曲轴转动的角度：单位时间内曲轴转动的角度(rad/s)1）汽车发动机的基本指标）汽车发动机的基本指标 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 2.牵引力牵引力(tractive force)的产生及传递的产生及传
5、递2）发动机曲轴扭矩及外特性曲线 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 2.牵引力牵引力(tractive force)的产生及传递的产生及传递发动机有效功率与曲轴扭矩的关系发动机有效功率与曲轴扭矩的关系 N=M/1000 (KW)=2n/60(rad/s)N=2Mn/100060=Mn/9549 则：则：M=9549N/n (Nm)该曲线称发动机的特性曲线该曲线称发动机的特性曲线外外特特性性曲曲线线节节流流阀阀全全开开，对对应应的的曲线称为发动机的外特性曲线。曲线称为发动机的外特性曲线。由图可见：由图可见：当当n=nmin，为最小稳定工作转速，为最小稳定工作转速 当当n增大时
6、，增大时，N，M都增大。都增大。N=nM时，时，M=Mmax 当当n=nN时，时，N=Nmax 当当nnN时，时，N下降。下降。2）发动机曲轴扭矩及外特性曲线 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 2.牵引力牵引力(tractive force)的产生及传递的产生及传递发动机曲轴扭矩e离合器变速器iK传动轴主传动器i0车轮 PtiK=nen1 i0=n1nK 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 2.牵引力牵引力(tractive force)的产生及传递的产生及传递 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 3.汽车的行驶阻力汽车的行驶阻力(res
7、istance to motion of motor vehicle)（2）汽车的行驶阻力）汽车的行驶阻力2）坡度阻力3）空气阻力4）惯性阻力1）滚动阻力 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 3.汽车的行驶阻力汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle)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。干燥平整的土路干燥平整的土路潮湿不平潮湿不平整的土路整的土路路面类型路面类型 碎石路面碎石路面值值0.010.020.020.020.0250.0250.030
8、.050.050.040.050.050.070.150.15表面平整的黑表面平整的黑 色碎石路面色碎石路面水泥及沥青水泥及沥青混凝土路面混凝土路面路面种类：（2）汽车的行驶阻力）汽车的行驶阻力 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 3.汽车的行驶阻力汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle)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。.轮胎性质：胎压，轮胎材料，结构。（2）汽车的行驶阻力）汽车的行驶阻力 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 3.汽车的行驶阻力汽车的行驶
9、阻力(resistance to motion of motor vehicle)由于公路纵坡较小(5)所以 2）坡度阻力：汽车爬坡时，重力的分力对行车的阻力。（2）汽车的行驶阻力）汽车的行驶阻力 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 3.汽车的行驶阻力汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle)空气阻力的产生原因 A.汽车在行驶中，由于迎面空气质点的压力。B.车后的真空吸力 C.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。3）空气阻力（2）汽车的行驶阻力）汽车的行驶阻力 2.2
10、汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 3.汽车的行驶阻力汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle)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（2）汽车的行驶阻力）汽车的行驶阻力 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 3.汽车的行驶阻力汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle)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。（2）
11、汽车的行驶阻力）汽车的行驶阻力 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 3.汽车的行驶阻力汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle)4）惯性阻力 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，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.（2）汽车的行驶阻力）汽车的行驶阻力 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 3.汽车的行驶阻力汽车的行驶阻力(res
12、istance to motion of motor vehicle)汽车的总行驶阻力为滚动阻力坡度阻力空气阻力惯性阻力（2）汽车的行驶阻力）汽车的行驶阻力 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 4.牵引平衡和汽车行驶的必要条件牵引平衡和汽车行驶的必要条件 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 5.动力性能动力性能(dynamic force)分析分析（1）当汽车作等速行驶：D=f+i=称为道路阻力系数（2）动力特性图 D-V 关系图 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 5.动力性能动力性能(dynamic force)分析分析（3）提高汽车的
13、运行效率，从三方面入手：1）提高汽车牵引力；2）提高路面与轮胎间的附着力；3）减小行驶阻力。l Pt：Me l ：路表粗糙、加强排水、改进轮胎l P：路面平整Pf、降低纵坡Pi、改进车型Pj要求道路：纵坡平缓，路面平整、粗糙纵坡平缓，路面平整、粗糙。2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 5.动力性能动力性能(dynamic force)分析分析汽汽车车行行驶驶的的稳稳定定性性(running stability)-指汽车在行驶过程中，受外部因素作用，而不发生侧滑、倾覆现象的能力。按方向分：按方向分：纵向稳定性 横向稳定性丧失稳定的方式分：丧失稳定的方式分：滑动稳定性 倾覆稳定性
14、l影响因素：影响因素：汽车本身的结构参数；驾驶员的因素；作用于汽车的外因。2.3 汽车在道路上行驶的稳定性汽车在道路上行驶的稳定性 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性汽车在道路上行驶的稳定性汽车的行驶稳定性汽车的行驶稳定性纵向稳定性纵向稳定性横向稳定性横向稳定性纵向滑移纵向滑移纵向倾覆纵向倾覆纵向滑移纵向滑移纵向倾覆纵向倾覆纵坡、重心、纵坡、重心、先后先后横坡、速度、横坡、速度、弯道半径、先后弯道半径、先后 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性汽车在道路上行驶的稳定性 1.汽车行驶的纵向稳定汽车行驶的纵向稳定(longitudinal stability)2.3 汽车在道路上行驶的稳定性汽车在道路上
15、行驶的稳定性 1.汽车行驶的纵向稳定汽车行驶的纵向稳定(longitudinal stability)2.3 汽车在道路上行驶的稳定性汽车在道路上行驶的稳定性 1.汽车行驶的纵向稳定汽车行驶的纵向稳定(longitudinal stability)2.3 汽车在道路上行驶的稳定性汽车在道路上行驶的稳定性 1.汽车行驶的纵向稳定汽车行驶的纵向稳定(longitudinal stability)2.3 汽车在道路上行驶的稳定性汽车在道路上行驶的稳定性 2.汽车行驶的横向稳定汽车行驶的横向稳定(lateral stability)（1 1）汽车在曲线上行驶所产生的横向作用力）汽车在曲线上行驶所产生的
16、横向作用力 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性汽车在道路上行驶的稳定性 2.汽车行驶的横向稳定汽车行驶的横向稳定(lateral stability)2.3 汽车在道路上行驶的稳定性汽车在道路上行驶的稳定性 2.汽车行驶的横向稳定汽车行驶的横向稳定(lateral stability)2.3 汽车在道路上行驶的稳定性汽车在道路上行驶的稳定性 2.汽车行驶的横向稳定汽车行驶的横向稳定(lateral stability)2.3 汽车在道路上行驶的稳定性汽车在道路上行驶的稳定性 2.汽车行驶的横向稳定汽车行驶的横向稳定(lateral stability)1）汽车在平曲线上行驶时的横向稳定性主要取决
17、于横向力系数值的大小。）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，一般现代汽车在设计制造时重心较低，一般 ，即，即 ，而而 所以所以 。3）装载过高时可能发生倾覆现象。装载过高时可能发生倾覆现象。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。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。2）横向倾覆和滑移的条件分别是：）横向倾覆和滑移的条件分别是：2.3 汽车在道路上行驶的稳定性汽车在道路上行驶的稳
18、定性 2.汽车行驶的横向稳定汽车行驶的横向稳定(lateral stability)2.4 汽车的制动性能汽车的制动性能 1.汽车的制动过程分析汽车的制动过程分析汽车的制动性汽车的制动性(braking power)-指汽车在行驶中强制降低车速以至停车，或在下坡时保持一定速度行驶的能力。汽车的制动过程汽车的制动过程车轮制动是利用制动器内的摩擦阻力矩来形成与汽车运动方向相反的路面对车轮的切向摩擦阻力，简称为车轮制动力。2.4 汽车的制动性能汽车的制动性能 2.制动时汽车的运动方程制动时汽车的运动方程 2.4 汽车的制动性能汽车的制动性能 3.汽车制动性能汽车制动性能(braking power)
19、的评价指标的评价指标 2.5 汽车在道路上的行驶轨迹汽车在道路上的行驶轨迹行驶中的汽车重心的轨迹有以下几何特征：行驶中的汽车重心的轨迹有以下几何特征：1)轨迹连续且圆滑；轨迹连续且圆滑；2)曲曲率率是是连连续续的的，即即轨轨迹迹上上任任意意一一点点不不出出现现两两个个曲率值；曲率值；3)曲率变化是连续的，即轨迹上任意一点不出现曲率变化是连续的，即轨迹上任意一点不出现两个曲率变化率值。两个曲率变化率值。2.5 汽车在道路上的行驶轨迹汽车在道路上的行驶轨迹 1.汽车在弯道上行驶的力汽车在弯道上行驶的力 2.5 汽车在道路上的行驶轨迹汽车在道路上的行驶轨迹 2.汽车在弯道上行驶汽车在弯道上行驶的轨迹的轨迹(running trace)2.5 汽车在道路上的行驶轨迹汽车在道路上的行驶轨迹 2.汽车在弯道上行驶汽车在弯道上行驶的轨迹的轨迹(running trace)2.5 汽车在道路上的行驶轨迹汽车在道路上的行驶轨迹 2.汽车在弯道上行驶汽车在弯道上行驶的轨迹的轨迹(running trace)2.5 汽车在道路上的行驶轨迹汽车在道路上的行驶轨迹 2.汽车在弯道上行驶汽车在弯道上行驶的轨迹的轨迹(running trace)