汽車行駛理論

1、第第2章章 汽車行駛汽車行駛理論理論 教學(xué)內(nèi)容：教學(xué)內(nèi)容：n汽車的爬坡能力；汽車的爬坡能力； n汽車行駛的穩(wěn)定性；汽車行駛的穩(wěn)定性；n汽車制動(dòng)性能。汽車制動(dòng)性能。（第（第4 4講）講）重點(diǎn)解決的問題：重點(diǎn)解決的問題：l道路設(shè)計(jì)中如何保證汽車行駛的穩(wěn)定性？道路設(shè)計(jì)中如何保證汽車行駛的穩(wěn)定性？l汽車的制動(dòng)是怎樣實(shí)現(xiàn)的？汽車的制動(dòng)是怎樣實(shí)現(xiàn)的？l如何評(píng)價(jià)汽車的制動(dòng)性能？如何評(píng)價(jià)汽車的制動(dòng)性能？2.2 2.2 汽車的動(dòng)力特性汽車的動(dòng)力特性 2.2.1 2.2.1 動(dòng)力因數(shù)和動(dòng)力特性圖動(dòng)力因數(shù)和動(dòng)力特性圖1. 1. 動(dòng)力因素動(dòng)力因素n動(dòng)力因數(shù)動(dòng)力因數(shù)D：某型汽車在海平面高度上，滿載情況下，單位車重所具有

2、的：某型汽車在海平面高度上，滿載情況下，單位車重所具有的后備牽引力（又叫單位車重所具有的牽引潛力）。后備牽引力（又叫單位車重所具有的牽引潛力）。 dtdvgifD2. 動(dòng)力特性圖動(dòng)力特性圖:動(dòng)力因數(shù)動(dòng)力因數(shù)D與車速與車速V間的關(guān)間的關(guān)系曲線，稱為動(dòng)力特性圖系曲線，稱為動(dòng)力特性圖 汽車動(dòng)力因數(shù)與行駛速度之關(guān)系曲線汽車動(dòng)力因數(shù)與行駛速度之關(guān)系曲線2.2.2 車速特性車速特性 )(Dgdtdv，假設(shè)，假設(shè)=1，由由dtdvgdtdvgifD1. 道路條件一定時(shí)的最高車速道路條件一定時(shí)的最高車速 2. 臨界速度臨界速度 3. 汽車的最高速度汽車的最高速度4. 汽車的最小穩(wěn)定速度汽車的最小穩(wěn)定速度n最大

3、爬坡度：最大爬坡度：指汽車在堅(jiān)硬路面上用最低檔作等速行駛時(shí)所能克服的最指汽車在堅(jiān)硬路面上用最低檔作等速行駛時(shí)所能克服的最大坡度。大坡度。n coscos1 1，sintgsintgi i，n D Dmaxmax= =f fcos+sincos+sin （略去海拔荷載系數(shù)（略去海拔荷載系數(shù)）n解此三角函數(shù)方程式，得最大坡角：解此三角函數(shù)方程式，得最大坡角：2.2.3 2.2.3 汽車汽車的爬坡能力的爬坡能力22211arcsinffDcosfDmaxmaxmaxn汽車的爬坡能力是指汽車在良好路面上等速行駛時(shí)克服了其它行駛阻力汽車的爬坡能力是指汽車在良好路面上等速行駛時(shí)克服了其它行駛阻力后所能爬上

4、的縱坡度。后所能爬上的縱坡度。， dv/dt=0，則，則 i = D - fdtdvgifD則汽車的最大爬坡度為：則汽車的最大爬坡度為：imax=tanmax n假定汽車用一個(gè)排擋動(dòng)力上坡，以速度駛?cè)肫露?，并以速度假定汽車用一個(gè)排擋動(dòng)力上坡，以速度駛?cè)肫露?，并以速度V V2 2駛出坡段，駛出坡段，則可能克服的坡度則可能克服的坡度i i1 1和相應(yīng)的坡長(zhǎng)和相應(yīng)的坡長(zhǎng)S S1 1，n由速度由速度V Vt t和和V V2 2在動(dòng)力特性圖上，可求得相應(yīng)的動(dòng)力因數(shù)值在動(dòng)力特性圖上，可求得相應(yīng)的動(dòng)力因數(shù)值D D1 1和和D D2 2，則由，則由公式可得相應(yīng)的加速度公式可得相應(yīng)的加速度2. 汽車的動(dòng)力上坡汽

5、車的動(dòng)力上坡11Dgj22Dgj222121DDgjjjdtdvVn假定汽車用一個(gè)排擋動(dòng)力上坡，以速度駛?cè)肫露?，并以速度假定汽車用一個(gè)排擋動(dòng)力上坡，以速度駛?cè)肫露?，并以速度V V2 2駛出坡段，駛出坡段，則可能克服的坡度則可能克服的坡度i i1 1和相應(yīng)的坡長(zhǎng)和相應(yīng)的坡長(zhǎng)S S1 1，n由速度由速度V Vt t和和V V2 2在動(dòng)力特性圖上，可求得相應(yīng)的動(dòng)力因數(shù)值在動(dòng)力特性圖上，可求得相應(yīng)的動(dòng)力因數(shù)值D D1 1和和D D2 2，則由，則由公式可得相應(yīng)的加速度公式可得相應(yīng)的加速度n因因vdt = ds， dt = ds / v,代入上式得：代入上式得：11Dgj22Dgj222121DDgjj

6、jdtdvVdsDDgvdv2211210212svvdsDDdvvg121212222SDDgvv112121222254SifDDVV2. 汽車的動(dòng)力上坡汽車的動(dòng)力上坡121212212254ifDDVVS121222112542SVVfDDi汽車變速行駛時(shí)所能克服的坡長(zhǎng)：汽車變速行駛時(shí)所能克服的坡長(zhǎng)： 汽車變速行駛時(shí)所能克服的坡度汽車變速行駛時(shí)所能克服的坡度 ：2. 汽車的動(dòng)力上坡汽車的動(dòng)力上坡2.3 2.3 汽車的行駛穩(wěn)定性汽車的行駛穩(wěn)定性 n汽車的行駛穩(wěn)定性是指汽車在行駛過程中，在外部因素作用下，汽車汽車的行駛穩(wěn)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(tài)和方

7、向，不致失去控制而產(chǎn)生滑移、傾覆等現(xiàn)象尚能保持正常行駛狀態(tài)和方向，不致失去控制而產(chǎn)生滑移、傾覆等現(xiàn)象的能力。的能力。n 穩(wěn)定性：縱向穩(wěn)定性：縱向穩(wěn)定性穩(wěn)定性n 橫向橫向穩(wěn)定性穩(wěn)定性 n 表表 現(xiàn)：滑移現(xiàn)：滑移n 傾覆傾覆縱向傾覆縱向傾覆縱向滑移或倒溜縱向滑移或倒溜n汽車的行駛穩(wěn)定性是指汽車在行駛過程中，在外部因素作用下，汽車汽車的行駛穩(wěn)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(tài)和方向，不致失去控制而產(chǎn)生滑移、傾覆等現(xiàn)象尚能保持正常行駛狀態(tài)和方向，不致失去控制而產(chǎn)生滑移、傾覆等現(xiàn)象的能力。的能力。n 穩(wěn)定性：縱向穩(wěn)定性：縱向穩(wěn)定性穩(wěn)定性n 橫向橫向穩(wěn)定性穩(wěn)定性 n 表表

8、 現(xiàn)：滑移現(xiàn)：滑移n 傾覆傾覆橫向傾覆橫向傾覆橫向滑移橫向滑移2.3 2.3 汽車的行駛穩(wěn)定性汽車的行駛穩(wěn)定性 n臨界狀態(tài)：汽車前輪法向反作用力臨界狀態(tài)：汽車前輪法向反作用力Z1為零為零 。1縱向傾覆縱向傾覆 ：hGLGLZsincos210sincos21LhGLGZL2和和h的數(shù)值在汽車設(shè)計(jì)中考慮，其比值的數(shù)值在汽車設(shè)計(jì)中考慮，其比值L2 / h1，i10% %，因此，汽車的縱向傾覆穩(wěn)定因此，汽車的縱向傾覆穩(wěn)定性是很容易滿足的。是很容易滿足的。 hLsincos2hLtg201hLi202 2縱向滑移（驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)）縱向滑移（驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)）n臨界狀態(tài)條件：下滑力等于驅(qū)動(dòng)輪與路面的附著力臨界狀態(tài)

9、條件：下滑力等于驅(qū)動(dòng)輪與路面的附著力n Gsin Z2 iGGLLk1tanLhGLGZsincos12LhGLGGsincossin1hLL1tanGGLL1kiGGLLk1tanLhGLGZsincos12LhGLGGsincossin1hLL1tanGGLL1kn結(jié)論：結(jié)論：當(dāng)坡道傾角當(dāng)坡道傾角 或道路縱坡度或道路縱坡度ii 時(shí)，汽車可能產(chǎn)生縱向滑移。時(shí)，汽車可能產(chǎn)生縱向滑移。 n在泥濘時(shí)在泥濘時(shí) =0.2，冰滑時(shí)，冰滑時(shí) =0.1 ，因此汽車不產(chǎn)生倒溜的條件一般是，因此汽車不產(chǎn)生倒溜的條件一般是i0.10.2（泥濘時(shí)）。（泥濘時(shí)）。n汽車不產(chǎn)生滑移的條件一般是汽車不產(chǎn)生滑移的條件一般是

10、i0.130.15（泥濘時(shí)）。（泥濘時(shí)）。2 2縱向滑移（驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)）縱向滑移（驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)）n臨界狀態(tài)條件：下滑力等于驅(qū)動(dòng)輪與路面的附著力臨界狀態(tài)條件：下滑力等于驅(qū)動(dòng)輪與路面的附著力n Gsin Z2 n臨界狀態(tài)條件：下滑力等于驅(qū)動(dòng)輪與路面的附著力臨界狀態(tài)條件：下滑力等于驅(qū)動(dòng)輪與路面的附著力n縱向滑移的極限狀態(tài)縱向滑移的極限狀態(tài)倒溜發(fā)生條件：倒溜發(fā)生條件：iGGLLk1tann結(jié)論：結(jié)論：當(dāng)坡道傾角當(dāng)坡道傾角 或道路縱坡度或道路縱坡度i 時(shí)，汽車可能產(chǎn)生倒溜。時(shí)，汽車可能產(chǎn)生倒溜。GGitan2 2縱向滑移（驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)）縱向滑移（驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)）n倒溜：倒溜：汽車整體向后滑動(dòng)，（前后輪剎車均不起作

11、用）。汽車整體向后滑動(dòng)，（前后輪剎車均不起作用）。3 3保證縱向穩(wěn)定性的條件保證縱向穩(wěn)定性的條件道路縱坡度道路縱坡度 i F FYYXX2.3.2 2.3.2 汽車行駛的橫向穩(wěn)定性汽車行駛的橫向穩(wěn)定性n 汽車在平曲線上行駛時(shí)會(huì)產(chǎn)生離心力，其作用點(diǎn)在汽車的重心，方向水汽車在平曲線上行駛時(shí)會(huì)產(chǎn)生離心力，其作用點(diǎn)在汽車的重心，方向水平背離圓心。平背離圓心。 1 1汽車在平曲線上行駛受到的橫向作用力：汽車在平曲線上行駛受到的橫向作用力：gRGvF2n 離心力離心力sincosGFX2.3.2 2.3.2 汽車行駛的橫向穩(wěn)定性汽車行駛的橫向穩(wěn)定性n 汽車在平曲線上行駛時(shí)會(huì)產(chǎn)生離心力，其作用點(diǎn)在汽車的重心

12、，方向水汽車在平曲線上行駛時(shí)會(huì)產(chǎn)生離心力，其作用點(diǎn)在汽車的重心，方向水平背離圓心。平背離圓心。 n汽車在平曲線上行駛時(shí)受到的平行與路面方向的橫向力汽車在平曲線上行駛時(shí)受到的平行與路面方向的橫向力X：1 1汽車在平曲線上行駛受到的橫向作用力：汽車在平曲線上行駛受到的橫向作用力：sincosGFXhiGFXhhigRvGGigRvGX22gRGvF2n 離心力離心力F Fl汽車在平曲線上行駛時(shí)，受到得法向作用力汽車在平曲線上行駛時(shí)，受到得法向作用力Y為為：hFiGFGYsincosl橫向力系數(shù)橫向力系數(shù)：橫向力：橫向力X X與法向反力與法向反力Y Y的比值。的比值。 hhFiGGiFCGGFYXs

13、incossincoshigRvYX2YYXXYXn（1 1）橫向傾覆穩(wěn)定性）橫向傾覆穩(wěn)定性n傾覆力矩和穩(wěn)定力矩的極限平衡狀態(tài)是：傾覆力矩和穩(wěn)定力矩的極限平衡狀態(tài)是： 2. 汽車在曲線上行駛的穩(wěn)定性分析汽車在曲線上行駛的穩(wěn)定性分析 2BYXhhBYX2 當(dāng)滿足當(dāng)滿足 條件時(shí)，汽車在平曲線上行駛就不會(huì)產(chǎn)生傾覆。條件時(shí)，汽車在平曲線上行駛就不會(huì)產(chǎn)生傾覆。 hB2n（1 1）橫向傾覆穩(wěn)定性）橫向傾覆穩(wěn)定性n傾覆力矩和穩(wěn)定力矩的極限平衡狀態(tài)是：傾覆力矩和穩(wěn)定力矩的極限平衡狀態(tài)是： 2. 汽車在曲線上行駛的穩(wěn)定性分析汽車在曲線上行駛的穩(wěn)定性分析 2BYXhhBYX2 當(dāng)滿足當(dāng)滿足 條件時(shí)，汽車在平曲線上

14、行駛就不會(huì)產(chǎn)生傾覆。條件時(shí)，汽車在平曲線上行駛就不會(huì)產(chǎn)生傾覆。 hB2hhihBgRigRv2maxhhihBgvigvR222minhigRv2YX（2 2）橫向滑移穩(wěn)定）橫向滑移穩(wěn)定n 橫向滑移：當(dāng)橫向力橫向滑移：當(dāng)橫向力X X大于輪胎和路面之間的橫向附著力大于輪胎和路面之間的橫向附著力XX時(shí)，汽車將時(shí)，汽車將發(fā)生產(chǎn)生橫向滑移。發(fā)生產(chǎn)生橫向滑移。n汽車不發(fā)生橫向滑移的條件是：汽車不發(fā)生橫向滑移的條件是： xmaxYXXxYX汽車在橫向滑移極限平衡狀態(tài)時(shí)最大可能的車速和最小曲線半徑為：汽車在橫向滑移極限平衡狀態(tài)時(shí)最大可能的車速和最小曲線半徑為： )maxhxigRv（)(2minhxigvR

15、3 3橫向穩(wěn)定性的保證橫向穩(wěn)定性的保證u 汽車在平曲線上行駛時(shí)的橫向穩(wěn)定性主要取決于橫向力系數(shù)汽車在平曲線上行駛時(shí)的橫向穩(wěn)定性主要取決于橫向力系數(shù)值的大值的大小。小。u 現(xiàn)代汽車在設(shè)計(jì)制造時(shí)重心較低，一般現(xiàn)代汽車在設(shè)計(jì)制造時(shí)重心較低，一般b2hb2hg g，而，而 x x0.5,0.5,即即u 汽車在平曲線上行駛時(shí)，在發(fā)生橫向傾覆之前先產(chǎn)生橫向滑移現(xiàn)象。汽車在平曲線上行駛時(shí)，在發(fā)生橫向傾覆之前先產(chǎn)生橫向滑移現(xiàn)象。u 在道路設(shè)計(jì)中只要保證不產(chǎn)生橫向滑移現(xiàn)象發(fā)生，即可保證橫向穩(wěn)定性。在道路設(shè)計(jì)中只要保證不產(chǎn)生橫向滑移現(xiàn)象發(fā)生，即可保證橫向穩(wěn)定性。 u 保證橫向穩(wěn)定性的條件：保證橫向穩(wěn)定性的條件：x

16、)i127(VRhx2或hBx2u車輪制動(dòng)力車輪制動(dòng)力F FT T：制動(dòng)器內(nèi)的摩擦阻力：制動(dòng)器內(nèi)的摩擦阻力 路面對(duì)車輪的切向摩擦阻力。路面對(duì)車輪的切向摩擦阻力。u在極限狀態(tài)下，汽車的最大制動(dòng)力取決于輪胎與路面間的摩擦力，即：在極限狀態(tài)下，汽車的最大制動(dòng)力取決于輪胎與路面間的摩擦力，即： F FTmaxTmax = = G G u汽車在部分滑動(dòng)部分滾動(dòng)的情況下摩擦系數(shù)最大。汽車在部分滑動(dòng)部分滾動(dòng)的情況下摩擦系數(shù)最大。u制動(dòng)平衡方程式為：制動(dòng)平衡方程式為：- -F Ft t = R= Rf f R Ri i+R+Rw wR Rj j F Ft t +R+Rf f R Ri i+ +R Rj j =

17、0 =0 （忽略空氣阻力）（忽略空氣阻力）汽車的制動(dòng)性是指汽車行駛中強(qiáng)制降低車速以至停車，或在下坡時(shí)能保汽車的制動(dòng)性是指汽車行駛中強(qiáng)制降低車速以至停車，或在下坡時(shí)能保持一定速度行駛的能力。持一定速度行駛的能力。 2.4.1 2.4.1 汽車的制動(dòng)過程與制動(dòng)力汽車的制動(dòng)過程與制動(dòng)力 0dtdvgGGG2.4 2.4 汽車的制動(dòng)性汽車的制動(dòng)性 0dtdvg2.4.2 2.4.2 汽車制動(dòng)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)汽車制動(dòng)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)n評(píng)價(jià)汽車制動(dòng)性的指標(biāo)：制動(dòng)效能（制動(dòng)距離）評(píng)價(jià)汽車制動(dòng)性的指標(biāo)：制動(dòng)效能（制動(dòng)距離）n 制動(dòng)效能的熱穩(wěn)定性制動(dòng)效能的熱穩(wěn)定性n 制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性 1.

18、制動(dòng)減速度：制動(dòng)減速度： gdtdvjS在路面干燥（在路面干燥（=0.50.7）狀態(tài)下計(jì)算出減速度可達(dá)）狀態(tài)下計(jì)算出減速度可達(dá)79。一般情況下不應(yīng)使制動(dòng)間速度大于一般情況下不應(yīng)使制動(dòng)間速度大于1.52.5，只有在緊急情況下，制動(dòng)，只有在緊急情況下，制動(dòng)減速度才超過減速度才超過4。 0dtdvg2.制動(dòng)時(shí)間制動(dòng)時(shí)間: : 00631BBVVSS.dVgdvjtg.VtBS63gdtdvjSdvgdvjdts1反映時(shí)間和制動(dòng)生效時(shí)間：反映時(shí)間和制動(dòng)生效時(shí)間： 在公路設(shè)計(jì)時(shí)，常取這兩部分時(shí)間之和為在公路設(shè)計(jì)時(shí)，常取這兩部分時(shí)間之和為1.02.5s。 3. 制動(dòng)距離：制動(dòng)距離：若制動(dòng)到汽車安全停止時(shí)若

19、制動(dòng)到汽車安全停止時(shí)V2=0，則制動(dòng)距離，則制動(dòng)距離SS為：為： )(25421VSs制動(dòng)距離是指汽車以速度制動(dòng)距離是指汽車以速度V V1 1行駛時(shí)，從駕駛員發(fā)現(xiàn)障礙物，并判斷是否剎車行駛時(shí)，從駕駛員發(fā)現(xiàn)障礙物，并判斷是否剎車到汽車安全停止所行駛的距離到汽車安全停止所行駛的距離S SS S。 考慮駕駛者的考慮駕駛者的反應(yīng)時(shí)間反應(yīng)時(shí)間和和制動(dòng)生效時(shí)間制動(dòng)生效時(shí)間的全部制動(dòng)距離：的全部制動(dòng)距離：2546 . 3211KVtVSSS)(254132221021VVdVVgdsSVVSS6 . 31dVgdvjdtSdt.Vvdtds632.5.1 汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)n（

20、1）行駛一定里程）行駛一定里程(或一定運(yùn)量或一定運(yùn)量)所消耗的燃料所消耗的燃料n 如每行駛?cè)缑啃旭?00km的耗油量的耗油量(kg)n 每噸公里運(yùn)量的耗油量每噸公里運(yùn)量的耗油量(kg)等。等。n（2）消耗單位燃料所行駛的里程）消耗單位燃料所行駛的里程n 如每公斤燃料所行駛的里程如每公斤燃料所行駛的里程(km)n發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗率發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗率qe：指發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出每千瓦小時(shí)功率的燃料消耗：指發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出每千瓦小時(shí)功率的燃料消耗量。量。2.5 2.5 汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性 1汽車使用方面汽車使用方面u主要與汽車的行駛速度、擋位選擇、掛車的應(yīng)用、正確調(diào)整保養(yǎng)等因素主要與汽車的行駛速度、擋

21、位選擇、掛車的應(yīng)用、正確調(diào)整保養(yǎng)等因素有關(guān)。這些屬于汽車運(yùn)用與維修研究課題。有關(guān)。這些屬于汽車運(yùn)用與維修研究課題。2汽車結(jié)構(gòu)方面汽車結(jié)構(gòu)方面u主要從改進(jìn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、提高燃油質(zhì)量、改進(jìn)潤(rùn)滑油質(zhì)量、改進(jìn)傳動(dòng)系主要從改進(jìn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、提高燃油質(zhì)量、改進(jìn)潤(rùn)滑油質(zhì)量、改進(jìn)傳動(dòng)系統(tǒng)、改進(jìn)底盤及車身設(shè)計(jì)等方面著手。這些屬于汽車設(shè)計(jì)研究的課題。統(tǒng)、改進(jìn)底盤及車身設(shè)計(jì)等方面著手。這些屬于汽車設(shè)計(jì)研究的課題。3道路設(shè)計(jì)方面道路設(shè)計(jì)方面u從道路線形和結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)著手，提高道路路面質(zhì)量和線形標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)節(jié)省從道路線形和結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)著手，提高道路路面質(zhì)量和線形標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)節(jié)省燃油消耗有著十分重要的意義，這是道路設(shè)計(jì)的一個(gè)重要任務(wù)。燃油消耗有著十分重要的意義，這是道路設(shè)計(jì)的一個(gè)重要任務(wù)。 2.5.2 2.5.2 影響汽車燃