1、第二章第二章 汽車行駛特性汽車行駛特性 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

2、性能的因素。2.1 2.1 概述概述一、汽車行駛對道路的基本要求一、汽車行駛對道路的基本要求： 安全：安全：保證汽車的行駛穩定性保證汽車的行駛穩定性 迅速：迅速：行駛速度行駛速度平均技術速度。平均技術速度。 經濟：經濟：運輸成本：低運輸成本：低 運輸生產率：高運輸生產率：高 舒適：舒適：視覺上：線形美觀，賞心悅目，自然環境與視覺上：線形美觀，賞心悅目，自然環境與 景觀設計景觀設計 二 汽車行駛性能的主要內容1動力性能2 制動性3 行駛穩定4 操縱控制性5 燃油經濟性6 行駛平順性7 通過性第二節 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

3、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統變速在發動機里熱能轉化成機械能經過傳動系統變速和傳動，將曲軸的扭矩傳給驅動輪，產生和傳動，將曲軸的扭矩傳給驅動輪，產生Mk的扭的扭矩驅動汽車驅動輪旋轉，輪胎對路面產生向后的水矩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，驅使汽車平推力，則路面對車輛產生向前的推力，驅使汽車行駛。行駛。 汽車傳動系統：汽車傳動系統：N-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：n1發動機曲軸扭矩發動機曲軸扭矩M 及發動機轉速特性及

4、發動機轉速特性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：)(9549kWnMP95491000260nMrnrMPPrM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：)()()(33221maxkwnnnnnnPPNNN功率)()()(22maxmaxmNnnnnMMMMMMNN扭距式中：式中：Mmax最大扭矩（最大扭矩（Nm）；）；n MN最大功率所對應的扭矩，最大功率

5、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

6、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、最小速度汽車的最高、最小速度汽車的最高速度：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，

7、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222Im2ImIm11cosarcsinffDfDaxaxaxag) 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。

8、， 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、減速行程圖1if2if0if0 加、減速行程圖用法加、減速行程圖用法 第三節 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

9、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）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 Z1L = Gl2cos0 - - Ghgsin0=0 g20hltg 1縱向傾覆縱向傾覆 ：g20hli 2 2縱向滑移

10、（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

11、 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。

12、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

13、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GcosFsinYGsinFcosX)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。 汽車外側車輪支反力汽車外側車輪支反力N N1 1為為0 0。 傾覆力矩等于或大于穩定力矩。

14、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

15、 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面之間的橫向附著力。n 極限平衡條件：極限平衡條件：hhX YGhXG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，

16、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

17、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。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

18、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h22gigRvilhWWWIn 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

19、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第四節第四節 汽車的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，或在下坡時能保持一定速度行駛的能力。車，或在下坡時能保持一定速度行駛的能力。 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 制動效能的熱穩定性制動效能的熱穩定性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決于輪胎與路面之間的附著力。在附著系數較小的路面上，若制動力大于附著力。在附著系數較小的路面上，若制動力大于附著力，車輪將在路面上滑移，易使制動方向失去控制。力，車輪將在路面上滑移，易使制動方向失去控制。所以所以P P值的極限值為值的極限值為 P = GP = G 汽車在部分滑動部分滾動的情