第二章汽車(chē)行駛理論

第2章汽車(chē)行駛理論《道路勘測(cè)設(shè)計(jì)>華北水利水電大學(xué)本章摘要本章主要介紹汽車(chē)行駛性能及其對(duì)路線的要求；汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)力、行駛阻力及行駛條件；汽車(chē)的動(dòng)力特性、行駛狀態(tài)、爬坡能力及加、減速行程；汽車(chē)行駛的縱向、橫向及縱橫組合向穩(wěn)定性；汽車(chē)的制動(dòng)力和制動(dòng)距離以及汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性等內(nèi)容?！?.1概述§2.2汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)力及行駛阻力§2.3汽車(chē)在道路上行駛的穩(wěn)定性§2.4汽車(chē)的制動(dòng)性能§2.5汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性《道路勘測(cè)設(shè)計(jì)華北水利水電大學(xué)§2.1概述

1.汽車(chē)的行駛性能1)動(dòng)力性能（加速、爬坡、最大V）2)通過(guò)性:指汽車(chē)在各種道路和無(wú)路地帶行駛的能力3)制動(dòng)性（行車(chē)視距）4)行駛穩(wěn)定性（側(cè)滑、傾覆）5)行駛平順性:汽車(chē)免受沖擊和震動(dòng)的能力6)操縱穩(wěn)定性（轉(zhuǎn)向穩(wěn)定、高速穩(wěn)定性和操作輕便性）2.汽車(chē)行駛對(duì)路線的要求1)保證汽車(chē)在道路上行駛的穩(wěn)定性2)盡可能提高車(chē)速3)保證道路上的行車(chē)連續(xù)4)盡量滿足行車(chē)舒適第二節(jié)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)力及行駛阻力為研究汽車(chē)在道路上的運(yùn)動(dòng)狀況，需要掌握沿汽車(chē)行駛方向作用于汽車(chē)的各種外力，即驅(qū)動(dòng)力與行駛阻力。一、汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)力汽車(chē)的動(dòng)力來(lái)源：內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)

汽車(chē)在道路上行駛時(shí)，必須有足夠的驅(qū)動(dòng)力來(lái)克服各種行駛阻力。汽車(chē)行駛的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自它的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。在發(fā)動(dòng)機(jī)里熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，產(chǎn)生有效功率，驅(qū)使曲軸以每分鐘的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，發(fā)生的扭矩，再經(jīng)過(guò)離合器、變速器、傳動(dòng)軸、主傳動(dòng)器、差速器和半軸等一系列的變速和傳動(dòng)，將曲軸的扭矩傳給驅(qū)動(dòng)輪，產(chǎn)生的扭矩驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛。1.發(fā)動(dòng)機(jī)；2.離合器；3.變速器；4.萬(wàn)向節(jié)頭傳動(dòng)軸；5.主傳動(dòng)器；6.驅(qū)動(dòng)輪1）表征汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)特性的基本指標(biāo)①有效功率Ne：指汽車(chē)在單位時(shí)間內(nèi)所具有的做功的能力，單位為千瓦（KW）。②轉(zhuǎn)速ne：指發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸單位時(shí)間內(nèi)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，用每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)（r/min）為單位。轉(zhuǎn)速的大小影響汽車(chē)行駛的快慢。③扭矩：是指汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生于曲軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的大小，決定了汽車(chē)產(chǎn)生牽引力的大小。④機(jī)械效率2）牽引力由公式可看出，汽車(chē)的牽引力與速度成反比，亦即高的速度與大的牽引力是不可兼得的。如果要求汽車(chē)具有較大的牽引力，則必須采用較大的變速比，但隨著變速比的增大，車(chē)速V會(huì)下降。因此，汽車(chē)設(shè)有幾個(gè)排擋，各檔具有固定的轉(zhuǎn)速比或最大速度值。采用低速檔，能獲得較大的牽引力和較低的車(chē)速，采用高速檔，能獲得較高的車(chē)速和較小的牽引力。（2）汽車(chē)的行駛阻力2）坡度阻力3）空氣阻力4）慣性阻力1）滾動(dòng)阻力

§2.2汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)力及行駛阻力

3.汽車(chē)的行駛阻力1）滾動(dòng)阻力：車(chē)輪滾動(dòng)時(shí)輪胎與路面之間的摩擦阻力，是由于輪胎與路面變形引起的。f

與路面的種類(lèi)、行駛車(chē)速、輪胎性質(zhì)有關(guān)。干燥平整的土路潮濕不平整的土路路面類(lèi)型

碎石路面值0.01～0.020.02～0.0250.03～0.050.04～0.050.07～0.15表面平整的黑色碎石路面水泥及瀝青混凝土路面①．路面種類(lèi)：②．行駛車(chē)速：受車(chē)速影響較大。V<50時(shí)，f變化較小。V>100時(shí)，f增加較快。V=150-200時(shí)，f急劇增大。③.輪胎性質(zhì)：胎壓，輪胎材料，結(jié)構(gòu)?！?.2汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)力及行駛阻力

3.汽車(chē)的行駛阻力

由于公路縱坡α較小(α<5°)所以

2）坡度阻力：汽車(chē)爬坡時(shí)，重力的分力對(duì)行車(chē)的阻力?！?.2汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)力及行駛阻力

3.汽車(chē)的行駛阻力

①空氣阻力的產(chǎn)生原因

A.汽車(chē)在行駛中，由于迎面空氣質(zhì)點(diǎn)的壓力。B.車(chē)后的真空吸力C.空氣質(zhì)點(diǎn)與車(chē)身表面的摩擦力。當(dāng)行駛速度在100KM/h,以上，有時(shí)一半的功率用來(lái)克服空氣阻力。3）

空氣阻力§2.2汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)力及行駛阻力

3.汽車(chē)的行駛阻力②空氣阻力的計(jì)算將車(chē)速v（m/s）化為V（Km/h）并化簡(jiǎn)，得并化簡(jiǎn)，得

K——空氣阻力系數(shù)，它與汽車(chē)的流線型有關(guān)，可參考表2—3選用或查閱有關(guān)資料§2.2汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)力及行駛阻力

3.汽車(chē)的行駛阻力4）慣性阻力平移質(zhì)量的慣性力旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力矩

旋轉(zhuǎn)質(zhì)量組成部分較多，且各部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和角加速度不同，計(jì)算比較復(fù)雜，為方便計(jì)算，一般給平質(zhì)量慣性力乘以大于1的系數(shù)，來(lái)代替旋轉(zhuǎn)質(zhì)量慣性力矩的影響。(N)—慣性力系數(shù)(或旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù))。慣性力系數(shù)主要與飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及傳動(dòng)系的傳動(dòng)比有關(guān).§2.2汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)力及行駛阻力

3.汽車(chē)的行駛阻力汽車(chē)的總行駛阻力為滾動(dòng)阻力坡度阻力空氣阻力慣性阻力§2.2汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)力及行駛阻力

4.牽引平衡和汽車(chē)行駛的必要條件動(dòng)力特性：能反映汽車(chē)動(dòng)力性能的指標(biāo)。汽車(chē)的動(dòng)力性能：指汽車(chē)所具有的加速、上坡、最大速度等的性能。汽車(chē)的動(dòng)力性愈好，速度就愈高，所能克服的行駛阻力也愈大。

一、汽車(chē)的動(dòng)力因數(shù)汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)方程式：T=Rw+RR+RI改變形式，T-Rw=RR+RI上式等號(hào)左端T-Rw稱(chēng)為汽車(chē)的后備驅(qū)動(dòng)力，T、RW之值均與汽車(chē)的構(gòu)造和行駛速度有關(guān)。代入表達(dá)式，§2.2汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)力及行駛阻力

4.牽引平衡和汽車(chē)行駛的必要條件§2.2汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)力及行駛阻力

5.動(dòng)力性能(dynamicforce)分析上式等號(hào)左端稱(chēng)為汽車(chē)的后備驅(qū)動(dòng)力，Pt、PW之值均與汽車(chē)的構(gòu)造和行駛速度有關(guān)。D稱(chēng)為動(dòng)力因數(shù)，它表征某型汽車(chē)在海平面高程上，滿載情況下，每單位車(chē)重克服道路阻力和慣性阻力的性能。動(dòng)力因數(shù)和動(dòng)力特性圖是按海平面及汽車(chē)滿載情況下的標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算繪制的。若道路所在地不在海平面上，汽車(chē)也不是滿載，由于海拔增高，氣壓降低，使發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率、汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)力及空氣阻力都隨之降低，所以，應(yīng)對(duì)動(dòng)力因數(shù)D進(jìn)行修正。方法是給D乘以一個(gè)修正系數(shù)λ稱(chēng)為動(dòng)力因數(shù)D的海拔荷載修正系數(shù)，其值為式中：ξ——海拔系數(shù)，見(jiàn)圖2-5，或ξ=（1-2.26×10-5H）5.3，其中，H為海拔高度（m）；G——滿載時(shí)汽車(chē)的總重力（N）；G’——實(shí)際裝載時(shí)汽車(chē)的總重力（N）。當(dāng)汽車(chē)的動(dòng)力因數(shù)為D，道路阻力為ψ，汽車(chē)的行駛狀態(tài)有以下三種情況：

當(dāng)ψ＜D時(shí)：加速行駛二、汽車(chē)的行駛狀態(tài)由得

當(dāng)ψ=D時(shí):

a＝0等速行駛

當(dāng)ψ>D時(shí)：減速行駛式中：ψ——道路阻力系數(shù)，

平衡速度：任意的D＝ψ相應(yīng)等速行駛的速度，用VP表示。(見(jiàn)圖2-6）汽車(chē)的最高、最小速度臨界速度：每一排檔最大動(dòng)力因數(shù)Dmax對(duì)應(yīng)的速度，用Vk表示。是汽車(chē)穩(wěn)定行駛的極限速度。一般情況下汽車(chē)都采用大于某一排檔的臨界速度作為行駛速度，以便克服額外阻力而連續(xù)行駛。如果道路阻力更大，使得車(chē)速降低較快，若車(chē)速降至本檔時(shí)需要換低檔行駛；相反，道路阻力更小時(shí)車(chē)速增加較快，當(dāng)增至本檔最高車(chē)速時(shí)需要換高檔行駛。汽車(chē)的最高速度：是指節(jié)流閥全開(kāi)、滿載（不帶掛車(chē)）、在表面平整堅(jiān)實(shí)水平路段上作穩(wěn)定行駛時(shí)的速度。汽車(chē)的最小穩(wěn)定速度：是指滿載（不帶掛車(chē)）在路面平整堅(jiān)實(shí)的水平路段上，穩(wěn)定行駛時(shí)的最低速度（即臨界速度Vk）。汽車(chē)的最小穩(wěn)定速度與汽車(chē)的最高速度之間的差距愈大，表示汽車(chē)對(duì)道路阻力的適應(yīng)性愈強(qiáng)，其他排擋也同樣存在著這兩個(gè)對(duì)應(yīng)值。三、汽車(chē)的爬坡能力汽車(chē)的爬坡能力是指汽車(chē)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的縱坡度。，a=0，則i=λD-f四、汽車(chē)的加、減速行程計(jì)算加、減速行程由ds=vdt，a=dv/dt，得§2.3汽車(chē)在道路上行駛的穩(wěn)定性汽車(chē)行駛的穩(wěn)定性

----指汽車(chē)在行駛過(guò)程中，受外部因素作用，而不發(fā)生側(cè)滑、傾覆現(xiàn)象的能力。影響因素：

①汽車(chē)本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)；②駕駛員的因素；③作用于汽車(chē)的外因。汽車(chē)的行駛穩(wěn)定性縱向穩(wěn)定性橫向穩(wěn)定性縱向滑移縱向傾覆縱向滑移縱向傾覆縱坡、重心、先后橫坡、速度、彎道半徑、先后§2.3汽車(chē)在道路上行駛的穩(wěn)定性

1.汽車(chē)行駛的縱向穩(wěn)定汽車(chē)在行駛過(guò)程中，隨著運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變，作用在前后車(chē)輪上的法向反作用力亦有相應(yīng)的變化。前輪的法向反作用力為零時(shí)，則汽車(chē)將發(fā)生前軸車(chē)輪離地而導(dǎo)致縱向傾覆。當(dāng)后輪的法向反作用力為零時(shí)，根據(jù)附著條件，其牽引力將不復(fù)存在，汽車(chē)喪失行駛能力。此兩種情況均為汽車(chē)的縱向失穩(wěn)，導(dǎo)致汽車(chē)縱向傾覆或倒溜（1）汽車(chē)在直坡道上的受力分析圖2.8所示為后軸驅(qū)動(dòng)的雙軸汽車(chē)在直坡道上低等速行駛，忽略滾動(dòng)阻力、空氣阻力影響時(shí)的受力情況。對(duì)汽車(chē)后輪著地點(diǎn)B取矩，則可求得前輪垂直反力：對(duì)前輪著地點(diǎn)A取矩，則可得后輪垂直反力：1．縱向傾覆產(chǎn)生縱向傾覆的臨界狀態(tài)是汽車(chē)前輪法向反作用力Z1為零，此時(shí)，汽車(chē)可能繞02點(diǎn)發(fā)生傾覆現(xiàn)象，對(duì)O2點(diǎn)取矩并讓Z1=0，得Gl2cosα0-Ghgsinα0=0（2-30）式中：α0——Z1為零時(shí)極限坡道傾角；

i0——Z1為零時(shí)道路的縱坡度。當(dāng)坡道傾角α≥α0（或道路縱坡i≥i0）時(shí)，汽車(chē)可能發(fā)生縱向傾覆。由式（2-30）可知，縱向傾覆的穩(wěn)定性主要與汽車(chē)重心至后軸的距離l2和重心高度hg有關(guān)。l2愈大，hg愈低，縱向穩(wěn)定性愈好。

2．縱向滑移對(duì)后輪驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)，根據(jù)附著條件，驅(qū)動(dòng)輪不產(chǎn)生滑移的臨界狀態(tài)是Gsinαj＝j(luò)Gk（2-31）因?yàn)閟inαj≈

tgαj≈ij，則ij=tgαj=Gk/G?j式中：αj——產(chǎn)生縱向滑移臨界狀態(tài)時(shí)坡道傾角；ij——產(chǎn)生縱向滑移臨界狀態(tài)時(shí)道路縱坡度，其它符號(hào)意義同前。j——附著系數(shù)當(dāng)坡道傾角α≥αj（或道路縱坡度i≥ij）時(shí)，汽車(chē)可能產(chǎn)生縱向滑移。

3．縱向穩(wěn)定性的保證對(duì)于公路設(shè)計(jì)的角度來(lái)說(shuō)，不僅要保證坡道上行駛的汽車(chē)不會(huì)縱向傾覆，還應(yīng)保證不產(chǎn)生倒溜現(xiàn)象。這就要求公路縱坡滿足：而一般載重車(chē)滿載時(shí)附著系數(shù)?，泥濘時(shí)可為0.2冰滑時(shí)為0.1，代入公式2-26，則這就是確定最大縱坡imax=9%（四級(jí)公路山嶺重丘區(qū)）、規(guī)定最大超高橫坡、合成坡度等指標(biāo)的依據(jù)之一。但在運(yùn)輸中裝載過(guò)高時(shí)，由于重心高度hg的增大而破壞縱向穩(wěn)定性條件，所以，應(yīng)對(duì)汽車(chē)裝載高度有所限制?！?.3汽車(chē)在道路上行駛的穩(wěn)定性

2.汽車(chē)行駛的橫向穩(wěn)定（1）汽車(chē)在曲線上行駛所產(chǎn)生的橫向作用力

汽車(chē)行駛時(shí)，常受側(cè)向力的作用及影響，如重力、慣性力等的側(cè)向分力。汽車(chē)在側(cè)向力的作用下，當(dāng)車(chē)輪的側(cè)向反作用力達(dá)到附著力時(shí)，汽車(chē)將沿著側(cè)向力的作用方向滑移；側(cè)向力同時(shí)將引起左右車(chē)輪法向反作用力的改變，當(dāng)一側(cè)車(chē)輪上的法向反作用力變?yōu)榱銜r(shí)，汽車(chē)將發(fā)生側(cè)向翻車(chē)。因而，汽車(chē)行駛時(shí)，在側(cè)向力作用下有可能產(chǎn)生橫向滑移或橫向傾覆。為保證行車(chē)的安全穩(wěn)定，必須分析研究行駛的橫向穩(wěn)定性§2.3汽車(chē)在道路上行駛的穩(wěn)定性

2.汽車(chē)行駛的橫向穩(wěn)定§2.3汽車(chē)在道路上行駛的穩(wěn)定性

2.汽車(chē)行駛的橫向穩(wěn)定§2.3汽車(chē)在道路上行駛的穩(wěn)定性

2.汽車(chē)行駛的橫向穩(wěn)定1）汽車(chē)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)值的大小?，F(xiàn)代汽車(chē)在設(shè)計(jì)制造時(shí)重心較低，一般，即，而所以。3）

裝載過(guò)高時(shí)可能發(fā)生傾覆現(xiàn)象。

可見(jiàn)，在發(fā)生橫向傾覆之前先產(chǎn)生橫向滑移現(xiàn)象，為此，在道路設(shè)計(jì)中應(yīng)保證汽車(chē)不產(chǎn)生橫向滑移，同時(shí)也就保證了橫向傾覆的穩(wěn)定性。2）橫向傾覆和滑移的條件分別是：§2.3汽車(chē)在道路上行駛的穩(wěn)定性

2.汽車(chē)行駛的橫向穩(wěn)定§2.4汽車(chē)的制動(dòng)性能

1.汽車(chē)的制動(dòng)過(guò)程分析汽車(chē)的制動(dòng)性

-----指汽車(chē)在行駛中強(qiáng)制降低車(chē)速以至停車(chē)，或在下坡時(shí)保持一定速度行駛的能力。汽車(chē)的制動(dòng)過(guò)程車(chē)輪制動(dòng)是利用制動(dòng)器內(nèi)的摩擦阻力矩來(lái)形成與汽車(chē)運(yùn)動(dòng)方向相反的路面對(duì)車(chē)輪的切向摩擦阻力，簡(jiǎn)稱(chēng)為車(chē)輪制動(dòng)力。汽車(chē)在制動(dòng)過(guò)程中，隨車(chē)輪制動(dòng)力的不斷增長(zhǎng)，輪胎的滾動(dòng)也不斷增加滑移量。開(kāi)始出現(xiàn)輪胎花紋印痕（通常稱(chēng)為“壓印”），從輪胎局部滑移到全滑移輪胎花紋的黑印長(zhǎng)度逐漸增加形成“拖印”這時(shí)，車(chē)輪已被制動(dòng)器抱死。當(dāng)車(chē)輪被抱死時(shí)，汽車(chē)原有的能量均消耗于輪胎與路面之間的，摩擦而轉(zhuǎn)化為熱能，使輪胎劇烈發(fā)熱而降低了胎面的強(qiáng)度，造成附著系數(shù)的降低和胎面的劇烈磨損。除此之外，車(chē)輪抱死滑移時(shí)還將失去承受側(cè)向力的能力，使汽車(chē)行駛的穩(wěn)定性遭到破壞。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，經(jīng)驗(yàn)豐富的駕駛員在滑路上往往是采用連續(xù)點(diǎn)式制動(dòng)的方法獲得最大的制動(dòng)效果，而不致使汽車(chē)滑溜以確保制動(dòng)的安全。這也是現(xiàn)代汽車(chē)采用制動(dòng)器防抱死系統(tǒng)的原理。汽