道路工程第二章道路車輛及運行特性

第一節(jié)汽車行駛特性道路上汽車類型汽車的驅動力及行駛阻力汽車行駛條件汽車的爬坡能力第一頁，共四十二頁。軸距后懸前懸第二頁，共四十二頁。第三頁，共四十二頁。傳動系、行駛系、轉向系、制動系

發(fā)動機、離合器、變速箱、萬向傳動軸、差速器、車輛、驅動輪、制動器等。第四頁，共四十二頁。機械式傳動系一般組成及布置示意圖傳動系1-離合器2-變速器3-萬向節(jié)4-驅動橋5-差速器6-半軸7-主減速器8-傳動軸圖為傳統(tǒng)的發(fā)動機縱向安裝在汽車前部，后橋驅動的4×2汽車布置示意圖。發(fā)動機發(fā)出的動力經離合器、變速器、萬向傳動裝置傳到驅動橋。在驅動橋處，動力經過主減速器、差速器和半軸傳給驅動車輪。第五頁，共四十二頁。傳動系：發(fā)動機外特性曲線燃料→熱能→活塞、曲軸→機械能→作功第六頁，共四十二頁。傳動系：離合器：作用：（1）保證起步時工作平穩(wěn)。（2）行進中換擋。（3）傳動系不至于過載。1-飛輪2-從動盤3-壓盤4-膜片彈簧第七頁，共四十二頁。傳動系：變速箱：作用：減速增扭

1-輸入軸2-軸承3-接合齒圈4-同步環(huán)5-輸出軸6-中間軸7-接合套8-中間軸常嚙合齒輪此變速器有五個前進檔和一個倒檔，由殼體、第一軸（輸入軸）、中間軸、第二軸（輸出軸）、倒檔軸、各軸上齒輪、操縱機構等幾部分組成。第八頁，共四十二頁。傳動系：萬向傳動：作用：柔和接觸、傳動1-萬向節(jié)2-傳動軸3-前傳動軸4-中間支承第九頁，共四十二頁。傳動系：主傳動器、減速器：作用：①減速、增扭，②動力轉90°方向。1-軸承；2-左外殼；3-墊片；4-半軸齒輪；5-墊圈；6-行星齒輪；7-從動齒輪；8-右外殼；9-十字軸；10-螺栓第十頁，共四十二頁。汽車的行駛性能第十一頁，共四十二頁。一、車輛類型、尺寸、重量和構造1車輛類型

汽車可分為客車和貨車兩大類?？蛙嚢ㄐ】蛙嚕ㄞI車）、面包車、公共汽車（小型、中型和鉸接式）等。貨車可進一步分為卡車（輕型、中型和重型）和組合式貨車（各種拖掛式貨車）兩類。第十二頁，共四十二頁。（1）小客車

小客車為二軸-四輪車輛，可坐2～6人，主要作為個人交通工具。按重量和尺寸大小，可分為小型、中型和重型三種。其重量變動于6.8～18kN范圍內；車身長度在3.5~5.6m之間，前后軸的中心距變動于2.3~3.1m之間，車身后緣到后軸的長度（后懸距離）為0.6~1.5m之間；車身寬度為1.6~2.0m，高度為1.15~1.65m之間。（2）面包車

面包車通常由小客車或輕型卡車的底盤改裝而成，可乘坐6～15人。（3）公共汽車

小型公共汽車通常有15～25個座位，供短途運輸用，其車身長約為5.5～7.6m，寬為2.0～2.5m。中型公共汽車可為二軸或三軸，車身長9～12m，寬2.4～2.6m，約有45個座位。把半掛車固定地聯結在二軸中型公共汽車上，便組成鉸接式公共汽車。其長度約為16～18m，寬度為2.6m，包括站立乘客在內約可容納100人以上。第十三頁，共四十二頁。（4）卡車

卡車系指載貨區(qū)和動力設備裝在共同的車架上不能分開的貨車?？ㄜ嚢ǘS四輪（輕型卡車）、二軸六輪、三軸（雙后軸）和四軸（三后軸）卡車四種。輕型卡車的總重量—般小于45kN，二軸六輪卡車的總重量大都在45～180kN范圍內，而三軸和四軸卡車的總重量可高達260～300kN。（5）組合式貨車

組合式貨車由牽引車或卡車同一個或多個掛車組合而成，可總稱為拖掛車。牽引車和掛車通過鉸接方式聯結時，彼此可相對轉動，因而也可稱為鉸接車。組合式貨車的總重量一般可達到400～500kN，通常用于長途運輸。掛車有兩種：后端有一個軸或多個軸但前端無軸的半掛式，其前端放在牽引車的后端上，并把一部分重量傳給前面牽引車；前后各有一個軸或多個軸的全掛式，由卡車或帶半掛車的牽引車拖帶，但不把重量轉給前面。第十四頁，共四十二頁。2車輛尺寸及設計車輛汽車可分為客車和貨車兩大類?？蛙嚢ㄐ】蛙嚕ㄞI車）、面包車、公共汽車（小型、中型和鉸接式）等。貨車可進一步分為卡車（輕型、中型和重型）和組合式貨車（各種拖掛式貨車）兩類。各類汽車的外廓尺寸由總長度、寬度和高度組成，它們影響到對道路的車道寬度、凈空和轉彎半徑等方面的要求。影響道路幾何設計和結構設計的其它尺寸參數還有：車身前緣到前軸的長度（前懸距離）、車身后緣到后軸的長度（后懸距離）、前后軸中心距（軸距）、雙軸中心距、三軸中心距、輪中心距等。第十五頁，共四十二頁。3車輛的重量車輛的重量通過車軸和車輪傳遞給道路和橋梁結構物。汽車前軸的軸型都為單軸，后軸的軸型可采用單軸、雙聯軸或三聯軸。前軸兩側的車輪都由單輪胎組成，而后軸兩側的輪胎可由單輪胎或雙輪胎組成。車輛重量大小，主要影響到對道路和橋梁的結構承載能力的要求。重量特性主要由車輛總重和軸重以及軸型和輪型表征。車輛總重或軸重越大，對道路和橋梁結構承載能力的要求越高，同時，在使用過程中對道路和橋梁的損壞越嚴重，因而，所建工程的造價（投資）和工程的運營（維護）費用便越高。為了兼顧道路建設和運營部門及道路使用者雙方的利益和便利，對道路上行駛車輛的總重和軸重的最高值進行定量限制。第十六頁，共四十二頁。

各國對道路上行駛車輛的最大軸重和總重有不同的限定。單軸最大允許軸重變動于80~130kN；雙聯軸最大允許軸重變動于140~210kN；三聯軸最大允許軸重變動于180~270kN?？ㄜ嚨淖畲笤试S總重變動于240~400kN；半掛式和全掛式貨車的最大允許總重變動于360~500kN。我國公路部門規(guī)定的單軸最大允許軸重為60kN（每側單輪胎）或100kN（每側雙輪胎），雙聯軸最大允許軸重為100kN（每側單輪胎）或180kN（每側雙輪胎），三聯軸最大允許軸重為120kN（每側單輪胎）或220kN（每側雙輪胎）；卡車和單拖掛貨車的最大允許總重為400kN，雙拖掛或三拖掛貨車的最大允許總重為460kN。我國公路標準規(guī)定路面設計標準軸載為雙輪組單軸100KN。第十七頁，共四十二頁。二、汽車的驅動力及行駛阻力1、汽車的驅動力燃料→熱能→活塞→機械能→[產生有效功率N]→曲軸→[產生每分鐘n的轉速旋轉]→[產生發(fā)動機曲軸扭矩M]→離合器→變速器→傳動軸→主傳動器→差速器等→驅動輪→[產生驅動輪扭矩MK]功率(N)，發(fā)動機功率,單位千瓦(Kw)/馬力（hp）,1hp=0.7457kW.扭矩(M),表征汽車牽引力的大小,單位牛頓.米/千克.米,1千克.米=9.8牛頓.米燃油消耗(ge),發(fā)動機每小時產生每千瓦功率消耗的燃油量，單位（克/千瓦/小時）轉速(n)，單位轉/分鐘有一個簡單的公式可以表明功率、牽引力和速度的關系：功率（N)＝(牽引力)扭矩(M)×速度(V)第十八頁，共四十二頁。2、汽車的行駛阻力汽車在道路上行駛時須克服各種阻力，如滾動阻力、空氣阻力、坡度阻力、彎道阻力和慣性阻力等。這些阻力一方面與道路的特性有關，如路面平整程度、坡度、彎道曲率半徑等，另一方面則隨車輛的運行特性而變，如車輛總重、行駛速度、速度變化速率、車身迎風面積和外廓線形等。（1）空氣阻力(Rw)

汽車行駛時的空氣阻力包括車輛迎風面處的空氣直接作用、空氣越過車輛表面（包括車底）的摩阻力以及車后的局部真空。第十九頁，共四十二頁。（3）坡度阻力(Ri)

汽車在坡道上行駛時，車輛受到其重量平行于坡面的分力的作用。（2）滾動阻力(Rf)

汽車在道路上行駛時的滾動阻力來源于輪胎表面于路面之間的摩阻滑移，輪胎橡膠在接觸表面處的彎曲變形，車輪滾過路表面突出的石子或不平整的破碎路面，車輛從道路的低洼處爬出，推動車輪通過砂、雪或泥地，在輪、軸和組合器軸承處以及變速齒輪中的內部摩阻等。滾動阻力、坡度阻力均與道路狀況有關，且與總重力成正比，表示為道路阻力：第二十頁，共四十二頁。（5）慣性阻力(RI)汽車行駛速度變化（加速或減速）時，車輛受到運動慣性阻力的作用。此慣性阻力是車輛重量及加速或減速速率的函數。

式中，R為車輛總行駛阻力，kg。在車輛下坡或減速行駛時，式中的坡度阻力或慣性阻力為負值。由上述各項阻力的關系式可以看出，除空氣阻力外，其它各項阻力均與車輛的總質量成正比；而除了坡度阻力和慣性阻力外，其它各項阻力還與車輛的行駛速度或速度平方成正比。因此，車輛總質量和行駛速度是影響行駛阻力大小的兩項最主要的因素。

綜合上述各項阻力，車輛在路上的總行駛阻力為：第二十一頁，共四十二頁。汽車的行駛條件：汽車在道路上行駛，當驅動力等于各種行駛阻力之和時，汽車就等速行駛；當驅動力大于各種行駛阻力之和時，汽車就加速行駛；當驅動力小于各種行駛阻力之和時，汽車就減速行駛，直至停車。所以，要使汽車行駛，必須具有足夠的驅動力來克服各種行駛阻力。第二十二頁，共四十二頁。三、汽車動力性能及加、減速行駛汽車的動力性能系指汽車所具有的加速、上坡、最大速度等的性能，動力性能越好，速度就越高，所能克服的阻力就大。這里為縱斷面設計提供依據。1、汽車的動力特性圖方程表明了汽車行駛時，驅動力和各行駛阻力之間的平衡關系。當發(fā)動機轉速特性、變速器傳動比、主減速比、機械效率、車輪半徑、空氣阻力系數、汽車迎風面積及汽車總質量等初步確定后，便可利用此式分析汽車在良好路面（瀝青、混凝土路面）上的行駛能力，即確定節(jié)流閥全開時，汽車能達到的最高車速、加速能力和爬坡能力第二十三頁，共四十二頁。2、汽車的行駛狀態(tài)汽車的動力因數D，它表示某型汽車在海平面上，滿載情況下，每單位車重克服道路阻力和慣性阻力的性能。某檔動力特性圖第二十四頁，共四十二頁。3、汽車的爬坡能力4、汽車的加減速行程第二十五頁，共四十二頁。第二十六頁，共四十二頁。第二十七頁，共四十二頁。四、汽車的行駛穩(wěn)定性和制動性能1、汽車的縱向穩(wěn)定性條件：勻速、慣性阻力為0，低速，忽略空氣阻力和滾動阻力第二十八頁，共四十二頁。傾覆：滑移：第二十九頁，共四十二頁。穩(wěn)定性保證：發(fā)生縱向傾覆前，先發(fā)生滑移。原因是：附著系數縱坡第三十頁，共四十二頁。2、汽車的橫向穩(wěn)定性（曲線上）原因：離心力的原因，部分靠超高產生的重力分量抵消，其余靠橫向摩擦力抵消。第三十一頁，共四十二頁。傾覆：滑移：橫向力系數：超高的概念（橫向坡度）第三十二頁，共四十二頁。穩(wěn)定性保證：發(fā)生橫向傾覆前，先發(fā)生滑移。原因：橫向力系數附著系數橫向附著系數第三十三頁，共四十二頁。3、汽車的縱橫組合穩(wěn)定性上坡速度降低，耗費增加，而下坡存在合成坡度，比較危險。第三十四頁，共四十二頁。4、制動性能制動性能使用制動距離來評價：路面與輪胎之間的附著系數,道路阻力系數f+i

要制動就施加制動力P：方向與前進方向相反，略去風阻力。第三十五頁，共四十二頁。制動到停止：

制動距離：

第三十六頁，共四十二頁。五、汽車燃安油經濟性燃油消耗雖然同汽車發(fā)動機的效率密切相關，但很大程度上也受到道路和交通狀況的影響。燃油消耗隨行駛速度而變化，呈兩端高中間低的規(guī)律，即低速和高速行駛時油耗大，中速行駛時油耗相對較低。隨著路段縱坡的增大，由于需消耗部分功率以克服坡度阻力，燃油消耗迅速增加。而在彎道上行駛時，由于需克服彎道阻力，燃油消耗相應增大，轉彎角度越大，油耗增加得越多，并且，行駛速度越高，油耗的增長率越大。此外，隨著路面不平整程度的增加，由于滾動阻力的增加，燃油消耗增大。綜合上述因素的影響，汽車的燃油消耗量可采用下述一般關系式表示：第三十七頁，共四十二頁。第二節(jié)設計車輛

及幾個主要問題

規(guī)范對各種車輛進行歸類，將其尺寸標準化，稱為“設計車輛”，作為道路設計的依據。1、《公路工程技術標準》將機動車分為三種：①小客車②載重汽車③鞍式汽車2、《城市道路設計規(guī)范》將機動車分為三種：①小型汽車②普通汽車③鉸接車3、《城市道路設計規(guī)范》將非機動車分為四種：①自行車②三輪車③板車④獸力車第三十八頁，共四十二頁。路上行駛著不同類型的車輛，各具不同的尺寸，對道路的幾何尺寸分別提出不同的要求。道路幾何設計時，通常選擇一些車輛作為設計車輛，這些車輛的尺寸和行駛特性要求將對設計起控制作用。設計車輛的選擇依據道路的功能等級和使用該道路的車輛組成。轎車和卡車一般是道路設計選用的最小的車輛。大多數公路設計時應考慮選擇一種半掛式組合貨車作為設計車輛，特別在彎道處設有路緣石或分隔帶時。我國公路工程技術標準和城市道路設計規(guī)范為三種類型的車輛：小客車、卡車和半掛車（鉸接車），分別規(guī)定了設計車輛的外廓尺寸，作為設計時的控制指標。表列出了有關的規(guī)定值。此外，還限定了路上行駛車輛的總長度不得超過20m；總高度不得超過4.3m；寬度不得超過3m。公路和城市道路設計用的設計車輛外廓尺寸（m