道路規(guī)劃與幾何設(shè)計(jì)一

道路規(guī)劃與幾何設(shè)計(jì)

同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院

第二章汽車行駛理論本章主要內(nèi)容（共3次）：一、車輛類型、尺寸、重量和構(gòu)造（1）二、汽車的驅(qū)動(dòng)力（1）及行駛阻力（2）三、汽車的動(dòng)力特性及加、減速性能（2）四、汽車的安全穩(wěn)定性及制動(dòng)性能（3）五、車輛運(yùn)行費(fèi)（3）道路運(yùn)輸?shù)妮d運(yùn)工具主要為利用燃油（汽油、柴油）、電或其它能源作動(dòng)力，通過輪胎在各種道路上行駛的車輛，如汽車（客車和貨車等）、無軌電車、各種裝卸載運(yùn)車輛、摩托車等。道路運(yùn)輸工程設(shè)施的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，要考慮并滿足這些設(shè)施的使用對象——載運(yùn)工具的運(yùn)行特性要求。例如，工程設(shè)施的幾何設(shè)計(jì)要能容納車輛在體積尺寸和通行能力方面的使用要求，而工程設(shè)施的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則要能經(jīng)受住車輛質(zhì)量的重復(fù)作用等。因此，道路工程的規(guī)劃和設(shè)計(jì)人員，雖然不需要了解和掌握運(yùn)載工具的設(shè)計(jì)、制造和使用知識，但必須了解它們的運(yùn)行特性，以便規(guī)劃和設(shè)計(jì)出能滿足其使用要求的各項(xiàng)工程設(shè)施。本章首先介紹車輛（主要是汽車）的類型、尺寸和質(zhì)量方面的知識，而后進(jìn)一步介紹同工程設(shè)施規(guī)劃和設(shè)計(jì)有關(guān)的一些運(yùn)行特性，如行駛阻力、功率、加速和減速性能以及車輛運(yùn)行費(fèi)。一、車輛類型、尺寸、重量和構(gòu)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(jìn)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。（1）小客車

小客車為二軸-四輪車輛，可坐2～6人，主要作為個(gè)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(dòng)于6.8～18kN范圍內(nèi)；車身長度在3.5~5.6m之間，前后軸的中心距變動(dòng)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(gè)座位，供短途運(yùn)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(gè)座位。把半掛車固定地聯(lián)結(jié)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(nèi)約可容納100人以上。（4）卡車

卡車系指載貨區(qū)和動(dòng)力設(shè)備裝在共同的車架上不能分開的貨車（圖2-1(a)）?？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(nèi)，而三軸和四軸卡車的總重量可高達(dá)260～300kN。（5）組合式貨車

組合式貨車由牽引車或卡車同一個(gè)或多個(gè)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(lián)結(jié)時(shí)，彼此可相對轉(zhuǎn)動(dòng)，因而也可稱為鉸接車。組合式貨車的總重量一般可達(dá)到400～500kN，通常用于長途運(yùn)輸。掛車有兩種：后端有一個(gè)軸或多個(gè)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(gè)軸或多個(gè)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(zhuǎn)給前面。2車輛尺寸及設(shè)計(jì)車輛前面已講過。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(jié)構(gòu)物。汽車前軸的軸型都為單軸，后軸的軸型可采用單軸、雙聯(lián)軸或三聯(lián)軸。前軸兩側(cè)的車輪都由單輪胎組成，而后軸兩側(cè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)承載能力的要求越高，同時(shí)，在使用過程中對道路和橋梁的損壞越嚴(yán)重，因而，所建工程的造價(jià)（投資）和工程的運(yùn)營（維護(hù)）費(fèi)用便越高。為了兼顧道路建設(shè)和運(yùn)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(jìn)行定量限制。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(dòng)于80~130kN；雙聯(lián)軸最大允許軸重變動(dòng)于140~210kN；三聯(lián)軸最大允許軸重變動(dòng)于180~270kN?？ㄜ嚨淖畲笤试S總重變動(dòng)于240~400kN；半掛式和全掛式貨車的最大允許總重變動(dòng)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(cè)單輪胎）或100kN（每側(cè)雙輪胎），雙聯(lián)軸最大允許軸重為100kN（每側(cè)單輪胎）或180kN（每側(cè)雙輪胎），三聯(lián)軸最大允許軸重為120kN（每側(cè)單輪胎）或220kN（每側(cè)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載為雙輪組單軸100KN。具體內(nèi)容應(yīng)在路基路面課程中講述。4汽車的構(gòu)造

/web/jiaoxue/傳動(dòng)系、行駛系、轉(zhuǎn)向系、制動(dòng)系

發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速箱、萬向傳動(dòng)軸、差速器、車輛、驅(qū)動(dòng)輪、制動(dòng)器等。機(jī)械式傳動(dòng)系一般組成及布置示意圖傳動(dòng)系1-離合器2-變速器3-萬向節(jié)4-驅(qū)動(dòng)橋5-差速器6-半軸7-主減速器8-傳動(dòng)軸圖為傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)縱向安裝在汽車前部，后橋驅(qū)動(dòng)的4×2汽車布置示意圖。發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的動(dòng)力經(jīng)離合器、變速器、萬向傳動(dòng)裝置傳到驅(qū)動(dòng)橋。在驅(qū)動(dòng)橋處，動(dòng)力經(jīng)過主減速器、差速器和半軸傳給驅(qū)動(dòng)車輪。1-發(fā)動(dòng)機(jī)2-離合器3-變速器4-變速器輸入軸5-變速器輸出軸6-差速器7-車速表驅(qū)動(dòng)齒輪8-主減速器從動(dòng)齒輪發(fā)動(dòng)機(jī)前置、縱置，前橋驅(qū)動(dòng)，使得變速器和主減速器連在一起，省掉了它們之間的萬向傳動(dòng)裝置。

傳動(dòng)系：發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線燃料→熱能→活塞、曲軸→機(jī)械能→作功傳動(dòng)系：離合器：作用：（1）保證起步時(shí)工作平穩(wěn)。（2）行進(jìn)中換擋。（3）傳動(dòng)系不至于過載。1-飛輪2-從動(dòng)盤3-壓盤4-膜片彈簧傳動(dòng)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(gè)前進(jìn)檔和一個(gè)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(jī)構(gòu)等幾部分組成。傳動(dòng)系：萬向傳動(dòng)：作用：柔和接觸、傳動(dòng)1-萬向節(jié)2-傳動(dòng)軸3-前傳動(dòng)軸4-中間支承傳動(dòng)系：主傳動(dòng)器、減速器：作用：①減速、增扭，②動(dòng)力轉(zhuǎn)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(dòng)齒輪；8-右外殼；9-十字軸；10-螺栓二、汽車的驅(qū)動(dòng)力及行駛阻力1、汽車的驅(qū)動(dòng)力燃料→熱能→活塞→機(jī)械能→[產(chǎn)生有效功率N]→曲軸→[產(chǎn)生每分鐘n的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)]→[產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸扭矩M]→離合器→變速器→傳動(dòng)軸→主傳動(dòng)器→差速器等→驅(qū)動(dòng)輪→[產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)輪扭矩MK]功率(N)，發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)每小時(shí)產(chǎn)生每千瓦功率消耗的燃油量，單位（克/千瓦/小時(shí)）轉(zhuǎn)速(n)，單位轉(zhuǎn)/分鐘有一個(gè)簡單的公式可以表明功率、牽引力和速度的關(guān)系：

功率（N)＝(牽引力)扭矩(M)×速度(V)上述四種關(guān)系曲線，構(gòu)成了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性曲線（發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性曲線），油門全開時(shí)稱發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線，否則稱發(fā)動(dòng)機(jī)部分負(fù)荷特性曲線。（1）發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線功率曲線扭矩曲線最小轉(zhuǎn)速最大轉(zhuǎn)速汽油發(fā)動(dòng)機(jī)外特性（2）驅(qū)動(dòng)輪扭矩（3）汽車的牽引力（T）功率（N)＝(牽引力)扭矩(M)×速度(V)Mk用力偶T和Ta表示，Ta平衡路面反作用力F，T平衡汽車阻力R有關(guān)計(jì)遭算的匯但總：(1)M和N的關(guān)系棵（公式2-律1）(2刺)r和V的關(guān)系匠（公式2-中5）(3)T和V的關(guān)系跟（公式2-懂6,拍2-吐7）汽車驅(qū)余動(dòng)力圖2、汽車脆的行駛禾阻力汽車兇在道泄路上欠行駛克時(shí)須劍克服度各種乖阻力輸，如照滾動(dòng)料阻力冠、空著氣阻旨力、紛坡度女阻力釣、彎云道阻消力和殘慣性切阻力五等。伶這些羞阻力稈一方槍面與嫂道路叢的特螞性有娘關(guān)，機(jī)如路造面平固整程乖度、旦坡度濃、彎崗道曲扒率半萍徑等吼，另債一方珍面則乓隨車醋輛的鎮(zhèn)運(yùn)行股特性如而變傳，如施車輛截總重已、行小駛速愈度、年速度隸變化截速率像、車茫身迎代風(fēng)面竄積和努外廓巖線形屢等。（1）空氣年阻力(Rw)汽車行嘩駛時(shí)的踏空氣阻止力包括銅車輛迎迅風(fēng)面處布的空氣壤直接作羞用、空危氣越過漿車輛表兄面（包娛括車底至）的摩赤阻力以茂及車后躁的局部劫真空。（3）坡度虎阻力(Ri)汽車槽在坡憤道上看行駛來時(shí)，囑車輛撇受到遵其重蹈量平滑行于板坡面銜的分?jǐn)嚵Φ恼伦饔闷?。?）滾動(dòng)缺阻力(Rf)汽車在磚道路上辱行駛時(shí)竿的滾動(dòng)朗阻力來眾源于輪末胎表面割于路面命之間的柏摩阻滑傍移，輪牢胎橡膠升在接觸菠表面處踏的彎曲芬變形，肥車輪滾敘過路表多面突出痕的石子霧或不平超整的破林碎路面羽，車輛碑從道路無的低洼爽處爬出遵，推動(dòng)肆車輪通貝過砂、哄雪或泥擦地，在劫輪、軸拍和組合訓(xùn)器軸承翅處以及熔變速齒贈(zèng)輪中的棒內(nèi)部摩腫阻等。以上憤均與病道路敬狀況費(fèi)有關(guān)嬸，且哭與總怪重力饒成正知比，棋表示郊為道漲路阻遼力：（5）慣帆性阻楚力(RI)汽車險(xiǎn)行駛諷速度常變化距（加踐速或晶減速扮）時(shí)拆，車晃輛受賀到運(yùn)餅動(dòng)慣麗性阻蟲力的帶作用消。此愛慣性榴阻力融是車警輛重樂量及跪加速摟或減誦速速勁率的介函數(shù)柿。式中濾，Rm為車請輛總袍行駛躬阻力即，kg。在車跟輛下完坡或結(jié)減速返行駛齡時(shí)，史式中乞的坡早度阻識力或犯慣性科阻力載為負(fù)簡值。由上遮述各淡項(xiàng)阻梳力的互關(guān)系兔式可脊以看易出，各除空懼氣阻刷力外樂，其不它各檢項(xiàng)阻倡力均貌與車薪輛的調(diào)總質(zhì)揮量成跨正比目；而親除了糾坡度鋒阻力窗和慣期性阻戶力外驢，其差它各知項(xiàng)阻耳力還腔與車鞏輛的久行駛恐速度炸或速科度平議方成新正比服。因噸此，懸車輛寒總質(zhì)櫻量和脈行駛機(jī)速度際是影泊響行唱駛阻隱力大妻小的矛兩項(xiàng)布最主出要的扛因素滿。綜合輩上述葵各項(xiàng)喘阻力填，車孟輛在孤路上鋪的總運(yùn)行駛變阻力姨為：T=R陶,勻速伍；T>爽R,加速；T<宴R,減速,考慮到緞部分開院啟，使舟用負(fù)荷提率U修正堡，并追帶入蹄有：3、汽車訊的平衡單方程式由和行駛最條件（1）平衡方程掠式驅(qū)動(dòng)遮輪荷貫載；蹈附斥著力閥系數(shù)（2）行駛條夜件條件一尚：驅(qū)動(dòng)飽力大于題等于總帖阻力條件二術(shù)：驅(qū)動(dòng)紡力小于孤等于附運(yùn)著力三、蛛汽車動(dòng)車力性能緩及加、求減速行債駛汽車的爛動(dòng)力性指能系指心汽車所載具有的軍加速、鏟上坡、落最大速務(wù)度等的蟲性能，縫動(dòng)力性調(diào)能越好似，速度形就越高擺，所能隆克服的戶阻力就加大。這穴里為縱怕斷面設(shè)明計(jì)提供洪依據(jù)。1、汽貼車的篇?jiǎng)恿ρ缣匦圆菆D2、汽車那的行駛貸狀態(tài)汽車隔的動(dòng)泊力因族數(shù)D，它表示泉某型汽瘡車在海驕平面上暖，滿載騙情況下鬼，沒單熔位車重泊克服道贊路阻力啞和慣性恨阻力的期性能。穩(wěn)定行陶駛狀態(tài)不穩(wěn)唱定行提駛狀咽態(tài)某檔號動(dòng)力井特性依圖3、汽錘車的各爬坡件能力4、汽晝車的磁加減辟速行籮程四、某汽車雹的行吩駛穩(wěn)奴定性牛和制賽動(dòng)性應(yīng)能1、汽車異的縱向暗穩(wěn)定性條件孝：勻治速、苗慣性繩阻力舊為0，低速舒，忽略捧空氣阻款力和滾剩動(dòng)阻力傾覆限：滑移：穩(wěn)定性春保證：發(fā)生縱稱向傾覆爛前，先奮發(fā)生滑咳移。原互因是：附著曲系數(shù)縱坡2、汽車名的橫向汪穩(wěn)定性竭（曲線跪上）原因：嫩離心力猴的原因味，部分猜靠超高公產(chǎn)生的參重力分怖量抵消滔，其余頁靠橫向慮摩擦力是抵消。傾覆煎：滑移扶：橫向忽力系拌數(shù)：超高的劉概念（玻橫向坡弓度）穩(wěn)定梅性保掛證：發(fā)生橫煉向傾覆嶄前，先鳴發(fā)生滑負(fù)移。原寄因：橫向偏力系貌數(shù)附著貸系數(shù)橫向附糖著系數(shù)3、汽爸車的呢縱橫價(jià)組合腎穩(wěn)定鮮性上坡速度雀降低墳，耗南費(fèi)增且加，罵而下纏坡存填在合彩成坡預(yù)度，遞比較灑危險(xiǎn)層。4、制動(dòng)燈性能制動(dòng)涌性能遵使用巨制動(dòng)伙距離躺來評忍價(jià)：路面與爐輪胎之父間的附秋著系數(shù),道路頓阻力性系數(shù)f+權(quán)i要制殼動(dòng)就懲施加披制動(dòng)該力P：方向塑與前軌進(jìn)方段向相靈反，謠略去熔風(fēng)阻橡力。制動(dòng)到巡壽停止：制動(dòng)距瓦離：五