1、 1學習目的：學習目的： 道路設計是以滿足汽車行駛的要求為前提的。道路設計是以滿足汽車行駛的要求為前提的。 汽車運動基本規律及對公路的要求，指導公汽車運動基本規律及對公路的要求，指導公路設計；保證公路的使用品質、服務等級。汽路設計；保證公路的使用品質、服務等級。汽車行駛理論是公路線形設計的理論基礎。車行駛理論是公路線形設計的理論基礎。 2研究內容：研究內容： 研究汽車的驅動力和行駛阻力；研究汽車的驅動力和行駛阻力； 分析汽車運動的基本規律；分析汽車運動的基本規律； 研究汽車主要動力性能研究汽車主要動力性能 分析影響汽車主要使用性能的因素。分析影響汽車主要使用性能的因素。 一、一、汽車行駛性能的

2、主要內容汽車行駛性能的主要內容 1.動力性能動力性能 是指汽車在良好路面上直線行駛時由汽車受到是指汽車在良好路面上直線行駛時由汽車受到的縱向力決定、所能達到的平均行駛速度，即的縱向力決定、所能達到的平均行駛速度，即指決定汽車加速、爬坡和獲得最大速度的性能。指決定汽車加速、爬坡和獲得最大速度的性能。動力性能決定道路的最大縱坡、坡長限制及長動力性能決定道路的最大縱坡、坡長限制及長陡坡上陡坡與緩坡的組合。陡坡上陡坡與緩坡的組合。 2.制動性制動性 指汽車行駛中能在短距離內停車且維持行駛方指汽車行駛中能在短距離內停車且維持行駛方向穩定性和在下長坡時能維持一定車速的向穩定性和在下長坡時能維持一定車速的能

3、力。能力。制動性能與道路的行車視距直接相關。制動性能與道路的行車視距直接相關。 3.行駛穩定性行駛穩定性 指汽車在行駛過程中，受外部因素作用，汽指汽車在行駛過程中，受外部因素作用，汽車尚能保持正常行駛狀態和方向，不致失去車尚能保持正常行駛狀態和方向，不致失去控制而產生滑移、傾覆等現象的能力。汽車控制而產生滑移、傾覆等現象的能力。汽車行駛穩定性決定道路圓曲線極限最小半徑和行駛穩定性決定道路圓曲線極限最小半徑和合成坡度的取值，也影響道路縱坡度的設置。合成坡度的取值，也影響道路縱坡度的設置。 4.操縱穩定性操縱穩定性 指汽車是否按照駕駛員的意圖控制汽車的性指汽車是否按照駕駛員的意圖控制汽車的性能，它

4、包括汽車的轉向特性、高速穩定性和能，它包括汽車的轉向特性、高速穩定性和操縱輕便性。汽車的轉向特性影響著汽車在操縱輕便性。汽車的轉向特性影響著汽車在彎道上的行駛軌跡。彎道上的行駛軌跡。 5燃油經濟性燃油經濟性 是指汽車以最少的燃油消耗量完成單位運輸工作的是指汽車以最少的燃油消耗量完成單位運輸工作的能力，汽車燃油經濟性越好，單位行程的燃油消耗能力，汽車燃油經濟性越好，單位行程的燃油消耗量越小。量越小。 6.行駛平順性行駛平順性 指汽車在不平道路上行駛時，汽車免受沖擊和震動指汽車在不平道路上行駛時，汽車免受沖擊和震動的能力。汽車行駛平順性，對汽車平均技術車速、的能力。汽車行駛平順性，對汽車平均技術車

5、速、駕駛員和乘客的舒適性、運貨的完整性等有很大影駕駛員和乘客的舒適性、運貨的完整性等有很大影響。響。 7.通過性通過性 是指汽車在各種道路和無路地帶行駛的能力。汽車是指汽車在各種道路和無路地帶行駛的能力。汽車通過性能越好，汽車使用的范圍就越廣。通過性能越好，汽車使用的范圍就越廣。 1.保證汽車在道路上行駛的穩定性。保證汽車在道路上行駛的穩定性。即即避免發生翻車、避免發生翻車、倒溜、側滑等，在倒溜、側滑等，在道路線形設計時，需要合理地選用道路線形設計時，需要合理地選用圓曲線的半徑和設置縱、橫坡度，并提高車輪與路面圓曲線的半徑和設置縱、橫坡度，并提高車輪與路面問的附著力。問的附著力。 2.盡可能地

6、提高車速。盡可能地提高車速。車速提高，運輸生產力高，運車速提高，運輸生產力高，運輸成本低。在公路設計時必須嚴格控制曲線半徑、最輸成本低。在公路設計時必須嚴格控制曲線半徑、最大縱坡及其坡長，合理地設置緩和坡段，并盡可能地大縱坡及其坡長，合理地設置緩和坡段，并盡可能地采取大半徑曲線及平緩的縱坡。采取大半徑曲線及平緩的縱坡。 3.保證道路上的行車連續。保證道路上的行車連續。 為保證道路上行車的均勻為保證道路上行車的均勻連續，公路線形設計需要保證有足夠的視距和安全凈連續，公路線形設計需要保證有足夠的視距和安全凈空，合理地設置平、豎曲線，并盡可能地減少平面交空，合理地設置平、豎曲線，并盡可能地減少平面交

7、叉等。叉等。 4.盡量滿足行車舒適。盡量滿足行車舒適。在在視覺上：線形美觀，賞心悅視覺上：線形美觀，賞心悅目，線形與景觀相協調。在生理上：平穩、不顛簸。目，線形與景觀相協調。在生理上：平穩、不顛簸。在心理上：輕松，有安全感，心情愉快。在心理上：輕松，有安全感，心情愉快。第二節 汽車的驅動力及行駛阻力 n一、汽車的驅動力n汽車的動力來源：汽車的動力來源：n汽車行駛的驅動力來自它的內燃發動機。汽車行駛的驅動力來自它的內燃發動機。n在發動機里熱能轉化成機械能經過傳動系變速和在發動機里熱能轉化成機械能經過傳動系變速和傳動，將曲軸的扭矩傳給驅動輪，產生傳動，將曲軸的扭矩傳給驅動輪，產生Mk的扭矩的扭矩驅

8、動汽車驅動輪旋轉，輪胎對路面產生向后的水平驅動汽車驅動輪旋轉，輪胎對路面產生向后的水平推力，則路面對車輛產生向前的推力，驅使汽車行推力，則路面對車輛產生向前的推力，驅使汽車行駛。駛。 汽車傳動系統：汽車傳動系統：發動機輸出的功率發動機輸出的功率P與產生的扭矩與產生的扭矩M的關系的關系：n1發動機曲軸扭矩發動機曲軸扭矩M及發動機轉速特性曲線及發動機轉速特性曲線TrMP-n曲線、曲線、M-n曲線、耗油量曲線、耗油量ge-n曲線曲線n發動機轉速特性曲線：發動機轉速特性曲線：東風東風EQ-140發發動機外特性曲線動機外特性曲線式中：式中：Pmax發動機的最大功率發動機的最大功率(kW)； nN發動機的

9、最大功率所對應的轉速（發動機的最大功率所對應的轉速（rmin）n發動機轉速特性經驗公式：發動機轉速特性經驗公式：)()()(22maxmaxmNnnnnMMMMMMNN扭距式中：式中：Mmax最大扭矩（最大扭矩（Nm）；）；n MN最大功率所對應的扭矩，最大功率所對應的扭矩，n nN最大功率所對應的轉速（最大功率所對應的轉速（r/min）；）；n nM最大扭矩所對應的轉速最大扭矩所對應的轉速(rmin)；NmaxNnN9549M 發動機曲軸上的扭矩發動機曲軸上的扭矩M經過變速箱（速比經過變速箱（速比ik）和主）和主傳動器（速比傳動器（速比i0）兩次變速）兩次變速 兩次變速的總變速比為：兩次變速

10、的總變速比為：=i0ik； 傳動系統的機械效率為傳動系統的機械效率為TD時：時： 減速行駛減速行駛0)(Dga0)D(gaif式中：式中：道路阻力系數，道路阻力系數， 平衡速度：任意的平衡速度：任意的D相應等速行駛的速度，用相應等速行駛的速度，用VP表示。表示。 臨界速度：臨界速度：每一排檔每一排檔最大動力因數最大動力因數Dmax對應的速度，對應的速度，用用Vk表示。表示。汽車的行駛狀態汽車的行駛狀態 汽車的最高速度：汽車的最高速度：是指節流閥全開、滿載（不帶掛是指節流閥全開、滿載（不帶掛車）、在表面平整堅實水平路段上作穩定行駛時的車）、在表面平整堅實水平路段上作穩定行駛時的速度。速度。 某一

11、排檔的最高速度某一排檔的最高速度Vmax ：maxmaxnr377. 0Vn汽車的最小穩定速度汽車的最小穩定速度：是指滿載（不帶掛車）在路：是指滿載（不帶掛車）在路面平整堅實的水平路段上，穩定行駛時的最低速度面平整堅實的水平路段上，穩定行駛時的最低速度（即臨界速度（即臨界速度Vk）。）。 最大爬坡度：最大爬坡度：指汽車在堅硬路面上用最低檔作等速指汽車在堅硬路面上用最低檔作等速行駛時所能克服的最大坡度。行駛時所能克服的最大坡度。 cos1，sintgi， DImax=fcos+sin 解此三角函數方程式，得最大坡角：解此三角函數方程式，得最大坡角：三、汽車的爬坡能力三、汽車的爬坡能力222Im2

12、ImIm11cosarcsinffDfDaxaxaxag) if (Dn汽車的爬坡能力汽車的爬坡能力是指汽車在良好路面上等速行駛時是指汽車在良好路面上等速行駛時克服了其它行駛阻力后所能爬上的縱坡度。克服了其它行駛阻力后所能爬上的縱坡度。， a=0，則，則 i=D-f 1計算加、減速行程計算加、減速行程 由由ds=vdt，a=dv/dt，得，得 四、汽車的加、減速行程四、汽車的加、減速行程n設初速設初速V V1 1，終速，終速V V2 2，則，則)0(vdva1dsa2121VVVVVdVa112.961vdva1S 東風東風EQ-140加、減速行程圖加、減速行程圖2. 加、減速行程圖加、減速行

13、程圖1if2if0if0 加、減速行程圖用法加、減速行程圖用法 第四節 汽車的行駛穩定性 n汽車的行駛穩定性是指汽車在行駛過程中，在外汽車的行駛穩定性是指汽車在行駛過程中，在外部因素作用下，汽車尚能保持正常行駛狀態和方向，部因素作用下，汽車尚能保持正常行駛狀態和方向，不致失去控制而產生滑移、傾覆等現象的能力。不致失去控制而產生滑移、傾覆等現象的能力。n 穩定性：縱向穩定性：縱向n 橫向橫向 n 表現：滑移表現：滑移n 傾覆傾覆n縱向穩定性：縱向穩定性： 表現：傾覆傾覆n 滑移（倒溜）滑移（倒溜）n橫向穩定性：橫向穩定性： 表現：傾覆傾覆n 滑移（側滑）滑移（側滑）一、汽車行駛的縱向穩定性一、汽

14、車行駛的縱向穩定性n臨界狀態：汽車前輪法向反作用力臨界狀態：汽車前輪法向反作用力Z1為零為零 。n Z1L - - Gl2cos0 + + Ghgsin0=0 n結論：結論：當坡道傾角當坡道傾角0 0 (或道路縱坡或道路縱坡i ii i0 0)時，時，汽車可能發生縱向傾覆汽車可能發生縱向傾覆.g20hltg 1縱向傾覆縱向傾覆 ：g20hli 2 2縱向滑移（驅動輪滑轉）縱向滑移（驅動輪滑轉）n臨界狀態：下滑力等于驅動輪與路面的附著力臨界狀態：下滑力等于驅動輪與路面的附著力n GsinGsin G Gk kn因為因為sinsin tgtg = = i i ，則，則縱向滑移臨界狀態縱向滑移臨界狀

15、態條件：條件：GGtgikn縱向滑移的極限狀態縱向滑移的極限狀態倒溜倒溜發生條件：發生條件：n GsinGsin G Gn i = tg = n結論：結論：當坡道傾角當坡道傾角 或道路縱坡度或道路縱坡度ii 時，時，汽車可能產生縱向滑移。汽車可能產生縱向滑移。 3 3縱向穩定性的保證縱向穩定性的保證n 一般一般 接近于接近于1 1，而，而 遠遠小于遠遠小于1 1，g20hli GGikn 所以，所以， i i i i0 0n 即汽車在坡道上行駛時，在發生縱向傾覆之前，即汽車在坡道上行駛時，在發生縱向傾覆之前，首先發生縱向滑移現象。首先發生縱向滑移現象。n 道路設計只要滿足不產生縱向滑移，就可避

16、免道路設計只要滿足不產生縱向滑移，就可避免汽車的縱向傾覆現象出現。汽車的縱向傾覆現象出現。n汽車行駛時縱向穩定性的條件為汽車行駛時縱向穩定性的條件為GGiik二、汽車行駛的橫向穩定性二、汽車行駛的橫向穩定性n 汽車在平曲線上行駛時會產生離心力，其作用汽車在平曲線上行駛時會產生離心力，其作用點在汽車的重心，方向水平背離圓心。點在汽車的重心，方向水平背離圓心。 gRGvF2n受力分析：受力分析：n 橫向力橫向力X失穩失穩n 豎向力豎向力Y穩定穩定1 1汽車在平曲線上行駛時力的平衡汽車在平曲線上行駛時力的平衡n 離心力離心力n將離心力將離心力F與汽車重力與汽車重力G分解為平行于路面的橫分解為平行于路

17、面的橫向力向力X和垂直于路面的豎向力和垂直于路面的豎向力Y， GcosFsinYGsinFcosX 由 于 路 面 橫 向 傾 角由 于 路 面 橫 向 傾 角 一 般 很 小 ， 則一 般 很 小 ， 則sintg=isintg=ih h，cos1cos1，其中，其中i ih h稱為橫向超高稱為橫向超高坡度，坡度，n將離心力將離心力F與汽車重力與汽車重力G分解為平行于路面的橫分解為平行于路面的橫向力向力X和垂直于路面的豎向力和垂直于路面的豎向力Y， 采用橫向力系數來衡量穩定性程度，其意義為單位車采用橫向力系數來衡量穩定性程度，其意義為單位車重的橫向力，即重的橫向力，即GcosFsinYGsi

18、nFcosX)igRv(GGigRGvGiFXh2h2hh2igRvGXh2iR127V 橫向傾覆：汽車在平曲線上行駛時，由于橫向力的橫向傾覆：汽車在平曲線上行駛時，由于橫向力的作用，使汽車繞外側車輪觸地點產生向外橫向傾覆。作用，使汽車繞外側車輪觸地點產生向外橫向傾覆。 汽車內側車輪支反力汽車內側車輪支反力N N1 1為為0 0。 傾覆力矩等于或大于穩定力矩。傾覆力矩等于或大于穩定力矩。2.2.橫向傾覆條件分析橫向傾覆條件分析 傾覆力矩：傾覆力矩：XhXhg g橫向傾覆平衡條件分析：橫向傾覆平衡條件分析：2bG2bG)(Fi2bYhn 穩定力矩：穩定力矩： 傾覆力矩：傾覆力矩：XhXhg g橫

19、向傾覆平衡條件分析：橫向傾覆平衡條件分析：2bGXhggh2bGX2bG2bG)(Fi2bYhn 穩定力矩：穩定力矩：n 穩定、平衡條件：穩定、平衡條件：)i2hb127(VRhg2minh2iR127Vn 汽車在平曲線上行駛時，不產生橫向傾覆的最小平汽車在平曲線上行駛時，不產生橫向傾覆的最小平曲線半徑曲線半徑R min：3.3.橫向滑移條件分析橫向滑移條件分析n 橫向滑移：汽車在平曲線上行駛時，因橫向力的存橫向滑移：汽車在平曲線上行駛時，因橫向力的存在，可能使汽車沿橫向力的方向產生橫向滑移。在，可能使汽車沿橫向力的方向產生橫向滑移。n 橫向力大于輪胎和路面之間的橫向附著力。橫向力大于輪胎和路

20、面之間的橫向附著力。n 極限平衡條件：極限平衡條件：hhGYX橫向滑移穩定條件：橫向滑移穩定條件：h)i127(VRhh2或4 4橫向穩定性的保證橫向穩定性的保證n 汽車在平曲線上行駛時的橫向穩定性主要取決于汽車在平曲線上行駛時的橫向穩定性主要取決于橫向力系數橫向力系數值的大小。值的大小。n 現代汽車在設計制造時重心較低，一般現代汽車在設計制造時重心較低，一般b2hb2hg g，而而 h h0.5,0.5,即即n 汽車在平曲線上行駛時，在發生橫向傾覆之前先產汽車在平曲線上行駛時，在發生橫向傾覆之前先產生橫向滑移現象。生橫向滑移現象。n 在道路設計中只要保證不產生橫向滑移現象發生，在道路設計中只

21、要保證不產生橫向滑移現象發生，即可保證橫向穩定性。即可保證橫向穩定性。 n保證橫向穩定性的條件：保證橫向穩定性的條件：h)i127(VRhh2或ghh2b三、汽車行駛的縱橫組合向穩定性三、汽車行駛的縱橫組合向穩定性n 汽車行駛在小半徑平曲線上時，較直線上增加了一汽車行駛在小半徑平曲線上時，較直線上增加了一項彎道阻力。項彎道阻力。n 對上坡的汽車耗費的功率增加，使行車速度降低。對上坡的汽車耗費的功率增加，使行車速度降低。對下坡的汽車有沿縱橫組合的合成坡度方向傾斜、滑對下坡的汽車有沿縱橫組合的合成坡度方向傾斜、滑移和裝載偏重的可能，這對汽車的行駛是危險的。移和裝載偏重的可能，這對汽車的行駛是危險的

22、。n汽車行駛在縱坡為汽車行駛在縱坡為i(tg)i(tg)和超高橫坡為和超高橫坡為i ih h（tgtg）的）的下坡路段上，作用在前軸上荷載下坡路段上，作用在前軸上荷載W W1 1為為cosL)sinhcosl (GWg21n離心力離心力F F分配在前軸上的荷載分配在前軸上的荷載W W2 2為為singRLlGvW222 在平直路段上，作用于前軸的荷載在平直路段上，作用于前軸的荷載W W為為n 前軸總荷載前軸總荷載W為為 :)igRLvlLihl(GWWWh22g221GLlW2n 在有平曲線的坡道上，前軸荷載增量與在有平曲線的坡道上，前軸荷載增量與W W 的比值為的比值為h22gigRvilh

23、WWWIn 對載重汽車，一般對載重汽車，一般hg/l21，則，則 h2igRviI 直坡道上直坡道上i ih h00則則I=iI=i。即汽車沿直坡道下坡時，前軸。即汽車沿直坡道下坡時，前軸荷載增量與在平直路段前軸荷載的比率等于該路段的荷載增量與在平直路段前軸荷載的比率等于該路段的縱坡度。在曲線上如果也以直線上相同大小的最大縱縱坡度。在曲線上如果也以直線上相同大小的最大縱坡坡i imaxmax作為控制，則有下式成立作為控制，則有下式成立縱坡折減：縱坡折減：n 最大縱坡在平曲線上的折減計算方法：最大縱坡在平曲線上的折減計算方法： maxh2iigRvih2maxiR127Vii第五節第五節 汽車的

24、制動性汽車的制動性 n 汽車的制動性是指汽車行駛中強制降低車速以至停汽車的制動性是指汽車行駛中強制降低車速以至停車且能維持行駛方向和在下坡時能保持一定速度行駛車且能維持行駛方向和在下坡時能保持一定速度行駛的能力。的能力。 n一、汽車制動性的評價指標一、汽車制動性的評價指標 n評價汽車制動性的指標：制動效能（制動距離）評價汽車制動性的指標：制動效能（制動距離）n 制動效能的恒定性制動效能的恒定性n 制動時汽車的方向穩定性制動時汽車的方向穩定性 n二、制動距離二、制動距離n制動距離是汽車從制動生效到汽車完全停住，這段制動距離是汽車從制動生效到汽車完全停住，這段時間內所走的距離。時間內所走的距離。 汽車制動時，制動力汽車制動時，制動力P P取決于輪胎與路面之間的附著取