汽車行駛特性道路勘測(cè)設(shè)計(jì)

汽車行駛特性道路勘測(cè)設(shè)計(jì)3．汽車行駛對(duì)道路的基本要求：保證汽車的行駛穩(wěn)定性，避免發(fā)生翻車、倒溜、側(cè)滑等；迅速：行駛速度——平均技術(shù)速度。運(yùn)輸成本：低運(yùn)輸生產(chǎn)率：高

評(píng)價(jià)汽車運(yùn)輸工作效率的指標(biāo)有：

汽車運(yùn)輸生產(chǎn)率——運(yùn)輸成本——油料及輪胎消耗，保養(yǎng)周期視覺(jué)上：線形美觀、賞心悅目、自然環(huán)境與景觀設(shè)計(jì)相協(xié)調(diào)。生理上：平穩(wěn)、不顛簸、離心力小心理上：輕松、有安全感、心情愉快。2.1

汽車的動(dòng)力、行駛阻力及汽車的行駛條件2.1.1汽車的牽引力汽車的動(dòng)力來(lái)源：汽車行駛的驅(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)械能經(jīng)過(guò)傳動(dòng)系變速和傳動(dòng)，將曲軸的扭矩傳給驅(qū)動(dòng)輪，產(chǎn)生Mk的扭矩驅(qū)動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)，輪胎對(duì)路面產(chǎn)生向后的水平推力，則路面對(duì)車輛產(chǎn)生向前的推力，驅(qū)使汽車行駛。

發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率N與產(chǎn)生的扭矩M的關(guān)系：1．汽車發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線N-n曲線M-n曲線耗油量ge-n曲線發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性曲線：東風(fēng)EQ-140發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線汽車傳動(dòng)系統(tǒng)：2．牽引力與曲軸扭矩的關(guān)系（1）發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的傳遞：傳到傳動(dòng)軸上的扭矩為：Mn=Meikηk

經(jīng)主傳動(dòng)器的半軸而傳到汽車驅(qū)動(dòng)輪上的扭矩值為

Mk=Mni0η0=Mei0η0ikηk令ηm=η0ηk，ηm稱為傳動(dòng)系的機(jī)械效率

Mk=Mei0ikηm

（2）牽引力Ft與曲軸扭矩Me的關(guān)系：

rk——車輪工作半徑，即計(jì)入輪胎彈性變形后的車輪半徑（m）。它與內(nèi)胎氣壓，外胎構(gòu)造、路面的剛性與平衡性以及車輪上的荷載有關(guān)。其值一般為0.93r0～0.96r0，r0為未變形前輪胎的自由半徑。

驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)速為：

車速V與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速關(guān)系：

驅(qū)動(dòng)力Ft與行車速度之間的關(guān)系式：

驅(qū)動(dòng)力Ft與功率Ne之間的關(guān)系式：

V車速與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速關(guān)系：式：

汽車行駛阻力包括：滾動(dòng)阻力Ff

坡度阻力Fi

空氣阻力Fw

慣性阻力Fj2.1.2汽車的行駛阻力

1.

滾動(dòng)阻力汽車的輪胎具有彈性，所以當(dāng)車輪滾動(dòng)時(shí)，輪胎會(huì)連續(xù)反復(fù)地發(fā)生變形。

如果以Z表示法向單位壓力之合力（即車輪法向反作用力）。則力Z就與車輪負(fù)荷Gk大小相等，方向相反。但法向反作用力Z的作用點(diǎn)較車輪法線前移了一個(gè)距離a，因而產(chǎn)生一個(gè)滾動(dòng)阻力距Mf，其值為Mf=Gk·a

1.

滾動(dòng)阻力欲使車輪在路上作等速滾動(dòng)，必須在車輪中心加一推力T1，它與地面切向反作用力構(gòu)成一力偶矩來(lái)克服滾動(dòng)阻力矩。由平衡條件得：Mf=T1·rk

T1=Mf/rk=Gk·a/rk令f=a/rk

，則T1=Ga·f

或f=T1/Ga

f稱為滾動(dòng)阻力系數(shù)。由上述可知，滾動(dòng)阻力系數(shù)是車輪在一定條件下滾動(dòng)時(shí)，所需推與車輪負(fù)荷之比，即單位車重所需的推力。對(duì)整個(gè)車輛，為克服滾動(dòng)阻力矩所必須的推力為

T=∑T1=∑Gk·f=Ga·f

滾動(dòng)阻力Ff為：Ff

=Ga·f

當(dāng)汽車在坡度角α的公路上行駛時(shí)，其車輪負(fù)荷變?yōu)镚a·cosα，則其滾動(dòng)阻力為Ff=Ga·cosα·f

汽車在坡道傾角為α的道路上行駛時(shí)，車重G在平行于路面方向的分力為Gsinα，上坡時(shí)它與汽車前進(jìn)方向相反，阻礙汽車行駛；而下坡時(shí)與前進(jìn)方向相同，助推汽車行駛。坡度阻力可用下式計(jì)算

Ri=±Gasinα

因坡道傾角一般較小，認(rèn)為sinα≈tgα＝i，則

Fi=±Gatanα=±Gai

（N）式中：Ri——坡度阻力（N）；

Ga——車輛總重力（N）；

i——道路縱坡度，上坡為正；下坡為負(fù)。2.坡度阻力汽車在行駛中，由于迎面空氣質(zhì)點(diǎn)的壓力，車后的真空吸力及空氣質(zhì)點(diǎn)與車身表面的摩擦力阻礙汽車前進(jìn)，總稱為空氣阻力?？諝庾枇Ψ譃閴毫ψ枇湍Σ磷枇Γ鴫毫ψ枇τ址譃閴翰钭枇?、干擾阻力、冷卻系阻力和誘導(dǎo)阻力。

為了簡(jiǎn)化計(jì)算，采用集中作用的空氣阻力FW來(lái)代替分布在整個(gè)汽車各部位上的阻力?？諝庾枇W可用下式計(jì)算：3.空氣阻力式中：C——流線型系數(shù)；

ρ——空氣密度，kg/m3，一般ρ=1.2258N·s2/m4；

A——汽車迎風(fēng)面面積，m2；

vH——汽車與空氣相對(duì)速度，m/s；

n——隨車速變化的指數(shù)，當(dāng)vH＜1m/s，n=1；1＜vH＜330m/s，n=2；vH＞330m/s，n=3。在汽車行駛中，一般n取2，在地面空氣密度變化甚小，可視為常數(shù)，將上式的C與ρ的乘積以系數(shù)K

取代之，在計(jì)算中又近似地取相對(duì)速度vH

等于車速v（m/s），則

FW=KAv2=KAV2/13式中：K——空氣阻力系數(shù)，kg/m3。其值可由道路試驗(yàn)，風(fēng)洞試驗(yàn)等方法測(cè)得；

V——車速，km/h。

對(duì)汽車列車的空氣阻力，一般可按每節(jié)掛車的空氣阻力為其牽引車的20%折算。則對(duì)n節(jié)掛車的汽車列車，其空氣阻力為

FW=（1+0.2n）KAV2/13

汽車的迎風(fēng)面積，即汽車在縱軸的垂直面上的投影面積，可用投影法測(cè)得，也可用下列公式計(jì)算載重汽車和公共汽車

A=BH

小客車

A=0.78B1H

乘積KA稱為汽車流線性因數(shù)

汽車變速行駛時(shí)，需要克服其質(zhì)量變速運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力和慣性力矩稱為慣性阻力，用Rj表示。汽車的質(zhì)量：平移質(zhì)量旋轉(zhuǎn)質(zhì)量4．慣性阻力汽車平移質(zhì)量的慣性阻力Rj1為：

旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性阻力Rj2汽車上各回轉(zhuǎn)部件（如飛輪、離合器、變速器、齒輪、傳動(dòng)軸、主傳動(dòng)器、車輪等）的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，以發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪及汽車車輪的數(shù)值為最大，通常忽略其它部件的影響而不計(jì)。

飛輪的慣性力矩Mje為：Mje=Je·dωe/dt

車輪的慣性力矩Mjk

為：Mjk=∑Jk·dωk/dt

回轉(zhuǎn)部件的慣性阻力Rj2為：慣性阻力計(jì)算：Rj2與Rj1之和即汽車的慣性阻力Rj（N）。為簡(jiǎn)化計(jì)算引入一個(gè)系數(shù)δ，得式中δ稱為汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)。δ主要與飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及傳動(dòng)系的傳動(dòng)比有關(guān)，其值可用下式計(jì)算：式中δ1與δ2為分別考慮汽車車輪和發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪的慣性影響而引用的兩個(gè)系數(shù)。對(duì)一般汽車而言其數(shù)值變化不大；δ1在0.03～0.05之間；δ2對(duì)于小客車在0.05～0.07之間，對(duì)于載重汽車在0.04～0.05之間。1．汽車行駛的必要條件為使汽車運(yùn)動(dòng)，汽車的牽引力必須與汽車運(yùn)動(dòng)時(shí)所遇到各項(xiàng)阻力之和平衡，即

Ft

=Rf

±Ri+RW

±Rj代入表達(dá)式，汽車的運(yùn)動(dòng)方程式為：2.1.3汽車的行駛條件式中Ri前的“+”表示上坡，“-”表示下坡；Rj前的“+”表示加速，“-”表示減速，Rf與RW恒為正值。上式又稱為牽引平衡方程。即汽車的牽引力Ft必須等于各行駛阻力之和才能保證車輛正常行駛，即汽車行駛的必要條件（亦稱驅(qū)動(dòng)條件）：Ft

=R=Rf

±Ri+RW

±Rj

汽車的牽引力與路面對(duì)車輪的水平反力大小、方向均相同，而路面對(duì)車輪的水平反力受輪胎與路面間附著條件的制約。驅(qū)動(dòng)力小于或等于輪胎與路面之間的附著力，即

Ft≤

Gφ

（）式中：G——驅(qū)動(dòng)輪荷重（N），對(duì)于全輪驅(qū)動(dòng)的汽車，為汽車總重；對(duì)于后輪驅(qū)動(dòng)的汽車，一般取小汽車；G=0.5Ga

～0.65Ga，載重汽車：G=0.65Ga

～0.8Ga；

φ——輪胎與路面間的摩擦系數(shù)。式即為汽車行駛的充分條件，亦稱附著條件。把式結(jié)合起來(lái)，便是汽車行駛的充分必要條件，亦稱為汽車運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)與附著條件，即

Ft=Rf±Ri+Rw±Rj≤Gφ

2.汽車行駛的充分條件：摩擦系數(shù)φ與路面的粗糙程度、潮濕泥濘程度、輪胎花紋和氣壓、車速、荷載重量等因素有關(guān)。各類路面φ的平均值如表2.1.63.道路摩擦系數(shù)2.2汽車的動(dòng)力特性及加、減速行程

動(dòng)力特性：能反映汽車動(dòng)力性能的指標(biāo)。汽車的動(dòng)力性能：指汽車所具有的加速、上坡、最大速度等的性能。汽車的動(dòng)力性愈好，速度就愈高，所能克服的行駛阻力也愈大。2.2.1動(dòng)力因數(shù)和動(dòng)力特性圖1.動(dòng)力因數(shù):汽車的運(yùn)動(dòng)方程式：Ft=Rf±Ri+RW±Rj改變形式，F(xiàn)t-RW=Rf±Ri±RjFt-FW稱為汽車的后備牽引力。Ft

、RW之值均與汽車的構(gòu)造和行駛速度有關(guān)。代入表達(dá)式

令上式左端為D，即

為使不同類型汽車的動(dòng)力特性進(jìn)行比較，且有相同的評(píng)價(jià)尺度，將上式兩端分別除以車輛總重Ga，得

D稱為動(dòng)力因數(shù)。其含義是：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）。

當(dāng)汽車作等速行駛時(shí)，dv/dt=0

則D=f±i=ψ

式中：ψ——道路阻力系數(shù)，ψ=f±i，僅與道路狀況和坡度有關(guān)。

2.動(dòng)力特性圖:動(dòng)力因數(shù)D與車速V間的關(guān)系曲線，稱為動(dòng)力特性圖

當(dāng)?shù)缆匪诘夭辉诤Ｆ矫嫔?，汽車也不是滿載，由于海拔增高，氣壓降低，使發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率、汽車的驅(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，3.海拔荷載修正系數(shù)λ:λ稱為動(dòng)力因數(shù)D的海拔荷載修正系數(shù)，其值為式中：Ga——滿載時(shí)汽車重力，N；

GT

——實(shí)際裝載時(shí)汽車重力，N；

ξ——海拔系數(shù)。圖2.2.2海拔系數(shù)圖當(dāng)汽車的動(dòng)力因數(shù)為D，道路阻力為ψ，汽車的行駛狀態(tài)有以下三種情況：2.2.2車速特性

得

當(dāng)ψ>D時(shí)：減速行駛由

當(dāng)ψ＜D時(shí)：加速行駛

當(dāng)ψ=D時(shí):a＝0等速行駛最高車速就是指在良好的路面條件情況下，穩(wěn)定行駛的汽車所能夠達(dá)到的最大行駛速度。dv/dt=0，則D=ψ直線與D=f（V）曲線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的速度Vc，即為在道路阻力為ψ時(shí)，汽車可能的最大行駛速度。2.臨界速度

1.道路條件一定時(shí)的最高車速圖2.2.3某排擋的動(dòng)力特性圖最高車速就是指在良好的路面條件情況下