道路勘測第二章 汽車行駛性能

第二章汽車行駛特性

1．學習目的：道路設計是以滿足汽車行駛的要求為前提的。汽車運動基本規(guī)律及對公路的要求，指導公路設計；保證公路的使用品質、服務等級。汽車行駛理論是公路線形設計的理論基礎。

2．研究內容：研究汽車的驅動力和行駛阻力；分析汽車運動的基本規(guī)律；研究汽車主要動力性能分析影響汽車主要使用性能的因素。第一節(jié)概述一、汽車行駛性能的主要內容1.動力性能

是指汽車在良好路面上直線行駛時由汽車受到的縱向力決定、所能達到的平均行駛速度，即指決定汽車加速、爬坡和獲得最大速度的性能。動力性能決定道路的最大縱坡、坡長限制及長陡坡上陡坡與緩坡的組合。2.制動性

指汽車行駛中能在短距離內停車且維持行駛方向穩(wěn)定性和在下長坡時能維持一定車速的能力。制動性能與道路的行車視距直接相關。3.行駛穩(wěn)定性指汽車在行駛過程中，受外部因素作用，汽車尚能保持正常行駛狀態(tài)和方向，不致失去控制而產生滑移、傾覆等現象的能力。汽車行駛穩(wěn)定性決定道路圓曲線極限最小半徑和合成坡度的取值，也影響道路縱坡度的設置。4.操縱穩(wěn)定性指汽車是否按照駕駛員的意圖控制汽車的性能，它包括汽車的轉向特性、高速穩(wěn)定性和操縱輕便性。汽車的轉向特性影響著汽車在彎道上的行駛軌跡。

5．燃油經濟性是指汽車以最少的燃油消耗量完成單位運輸工作的能力，汽車燃油經濟性越好，單位行程的燃油消耗量越小。6.行駛平順性指汽車在不平道路上行駛時，汽車免受沖擊和震動的能力。汽車行駛平順性，對汽車平均技術車速、駕駛員和乘客的舒適性、運貨的完整性等有很大影響。7.通過性是指汽車在各種道路和無路地帶行駛的能力。汽車通過性能越好，汽車使用的范圍就越廣。二、汽車行駛對路線的要求1.保證汽車在道路上行駛的穩(wěn)定性。即避免發(fā)生翻車、倒溜、側滑等，在道路線形設計時，需要合理地選用圓曲線的半徑和設置縱、橫坡度，并提高車輪與路面問的附著力。2.盡可能地提高車速。車速提高，運輸生產力高，運輸成本低。在公路設計時必須嚴格控制曲線半徑、最大縱坡及其坡長，合理地設置緩和坡段，并盡可能地采取大半徑曲線及平緩的縱坡。3.保證道路上的行車連續(xù)。

為保證道路上行車的均勻連續(xù)，公路線形設計需要保證有足夠的視距和安全凈空，合理地設置平、豎曲線，并盡可能地減少平面交叉等。4.盡量滿足行車舒適。在視覺上：線形美觀，賞心悅目，線形與景觀相協調。在生理上：平穩(wěn)、不顛簸。在心理上：輕松，有安全感，心情愉快。第二節(jié)汽車的驅動力及行駛阻力一、汽車的驅動力汽車的動力來源：汽車行駛的驅動力來自它的內燃發(fā)動機。在發(fā)動機里熱能轉化成機械能經過傳動系變速和傳動，將曲軸的扭矩傳給驅動輪，產生Mk的扭矩驅動汽車驅動輪旋轉，輪胎對路面產生向后的水平推力，則路面對車輛產生向前的推力，驅使汽車行駛。

汽車傳動系統：發(fā)動機輸出的功率P與產生的扭矩M的關系：1．發(fā)動機曲軸扭矩M及發(fā)動機轉速特性曲線TrMP-n曲線、M-n曲線、耗油量ge-n曲線發(fā)動機轉速特性曲線：東風EQ-140發(fā)動機外特性曲線式中： Pmax——發(fā)動機的最大功率(kW)；nN——發(fā)動機的最大功率所對應的轉速（r／min）發(fā)動機轉速特性經驗公式：式中：Mmax——最大扭矩（N·m）；

MN——最大功率所對應的扭矩，

nN——最大功率所對應的轉速（r/min）；

nM——最大扭矩所對應的轉速(r／min)；發(fā)動機曲軸上的扭矩M經過變速箱（速比ik）和主傳動器（速比i0）兩次變速兩次變速的總變速比為：γ=i0·ik；傳動系統的機械效率為ηT<1.0；傳到驅動輪上的扭矩Mk為：Mk=MγηT驅動輪上的轉速nk為：2．驅動輪扭矩Mk

車速V與發(fā)電機轉速關系：3．汽車的驅動力

1．空氣阻力汽車在行駛中，由于迎面空氣質點的壓力，車后的真空吸力及空氣質點與車身表面的摩擦力阻礙汽車前進，總稱為空氣阻力。二、汽車的行駛阻力

式中：K——空氣阻力系數，它與汽車的流線型有關；

ρ——空氣密度，一般ρ=1.2258（N·s2／m4）；

A——汽車迎風面積（或稱正投影面積）（m2）；

v——汽車與空氣的相對速度（m／s），可近似地取汽車的行駛速度。將車速v（m／s）化為V（km／h）并化簡，得1．空氣阻力對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。

2．道路阻力道路阻力是由彈性輪胎變形和道路的不同路面類型及縱坡度而產生的阻力，主要包括滾動阻力和坡度阻力。（1）滾動阻力彈性輪胎反復變形時，其材料內部發(fā)生摩擦要消耗一部分功率。在柔性路面上汽車行駛時汽車的不僅輪胎變形，而且路面也會變形，其接觸面之間產生摩擦要消耗部分功率（路面支反力前移，與車輪重力形成反向力矩）。另外，由于路面的不平整而造成輪胎震動和撞擊引起部分功率的消耗。

（1）滾動阻力

滾動阻力與汽車的總重力成正比，若坡道傾角為α時，其值可用下式計算。

Rf＝Gfcosα

由于坡道傾角α一般較小，認為cosα≈1，則

Rf=Gf

（N）式中：Rf——滾動阻力（N）；

G——車輛總重力（N）；

f——滾動阻力系數，它與路面類型、輪胎結構和行駛速度等有關，一般應由試驗確定，在一定類型的輪胎和一定車速范圍內，可視為只和路面狀況有關的常數，見教材表2-4。汽車在坡道傾角為α的道路上行駛時，車重G在平行于路面方向的分力為Gsinα，上坡時它與汽車前進方向相反，阻礙汽車行駛；而下坡時與前進方向相同，助推汽車行駛。坡度阻力可用下式計算Ri=Gsinα因坡道傾角一般較小，認為sinα≈tgα＝i，則Ri=Gi（N）式中：Ri——坡度阻力（N）；G——車輛總重力（N）；i——道路縱坡度，上坡為正；下坡為負。（2）坡度阻力

RR=G（f+i）式中：f+i——統稱道路阻力系數。滾動阻力和坡度阻力均與道路狀況有關，且都與汽車的總重力成正比，將它們統稱為道路阻力，以RR表示汽車變速行駛時，需要克服其質量變速運動時產生的慣性力和慣性力矩稱為慣性阻力，用RI表示。汽車的質量：平移質量旋轉質量3．慣性阻力平移質量的慣性力

旋轉質量的慣性力矩

慣性阻力計算：式中：δ——慣性力系數（或旋轉質量換算系數）。

δ＝l＋δ1＋δ2ik2

式中：δ1——表示汽車車輪慣性力的影響系數，一般δ1=0.03～0.05；

δ2——表示發(fā)動機飛輪慣性力的影響系數，一般小客車δ2=0.05～0.07，載重汽車δ2=0.04～0.05；

ik——變速箱的速比。汽車的總行駛阻力R為：

R=Rw十RR十RI1．汽車的運動方程式汽車在道路上行駛時，必須有足夠的驅動力來克服各種行駛阻力。當驅動力與各種行駛阻力之代數和相等的時候，稱為驅動平衡。其驅動平衡方程式（也稱汽車的運動方程式）為T=R=Rw+RR+RI代入表達式，汽車的運動方程式為：三、汽車的運動方程式與行駛條件2．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。即汽車行駛的必要條件（即驅動條件）：T≥R驅動力小于或等于輪胎與路面之間的附著力，即T≤

Gk式中：

——附著系數，主要取決于路面的粗糙程度和潮濕泥濘程度，軋?zhí)サ幕y和氣壓，以及車速和荷載等，計算時可按教材表2-5選用；Gk——驅動輪荷載，一般情況下，小汽車為總重的0.5～0.65倍，載重車為總重的0.65～0.80倍。汽車行駛的充分條件：第三節(jié)汽車的動力特性及加、減速行程

動力特性：是反映汽車動力性能的指標。汽車的動力性能：指汽車所具有的加速、上坡、最大速度等的性能。汽車的動力性愈好，速度就愈高，所能克服的行駛阻力也愈大。一、汽車的動力因數汽車的運動方程式：T=Rw+RR+RI改變形式，T-Rw=RR+RI上式等號左端T-Rw稱為汽車的后備驅動力，T、RW之值均與汽車的構造和行駛速度有關。代入表達式，

令上式左端為D，即

為使不同類型汽車的動力性進行比較，且有相同的評價尺度，將上式兩端分別除以車輛總重G，得

D稱為動力因數，它表征某型汽車在海平面高程上，滿載情況下，每單位車重克服道路阻力和慣性阻力的性能。

當道路所在地不在海平面上，汽車也不是滿載，由于海拔增高，氣壓降低，使發(fā)動機輸出功率、汽車的驅動力及空氣阻力都隨之降低，所以，應對動力因數D進行修正。方法是給D乘以一個修正系數λ，海拔荷載修正系數λ:λ稱為動力因數D的海拔荷載修正系數，其值為式中：ξ——海拔系數，見圖2-5

或ξ=（1-2.26×10-5H）5.3其中，H為海拔高度（m）；G——滿載時汽車的總重力（N）；G’——實際裝載時汽車的總重力（N）。式中：ξ——海拔系數，見圖2-5當汽車的動力因數為D，道路阻力為ψ，汽車的行駛狀態(tài)有以下三種情況：當ψ＜D時：加速行駛二、汽車的行駛狀態(tài)由得

當ψ=D時:a＝0等速行駛

當ψ>D時：減速行駛式中：ψ——道路阻力系數，平衡速度：任意的D＝ψ相應等速行駛的速度，用VP表示。臨界速度：每一排檔最大動力因數Dmax對應的速度，用Vk表示。汽車的行駛狀態(tài)汽車的最高、最小速度汽車的最高速度：是指節(jié)流閥全開、滿載（不帶掛車）、在表面平整堅實水平路段上作穩(wěn)定行駛時的速度。某一排檔的最高速度Vmax：汽車的最小穩(wěn)定速度：是指滿載（不帶掛車）在路面平整堅實的水平路段上，穩(wěn)定行駛時的最低速度（即臨界速度Vk）。最大爬坡度：指汽車在堅硬路面上用最低檔作等速行駛時所能克服的最大坡度。

cosα＜1，sinα≠tgα＝i，

λDImax=fcosα+sinα解此三角函數方程式，得最大坡角：三、汽車的爬坡能力汽車的爬坡能力是指汽車在良好路面上等速行駛時克服了其它行駛阻力后所能爬上的縱坡度。，a=0，則i=λD-f

1．計算加、減速行程由ds=vdt，a=dv/dt，得

四、汽車的加、減速行程設初速V1，終速V2，則東風EQ-140加、減速行程圖2.加、減速行程圖0

加、減速行程圖用法

第四節(jié)汽車的行駛穩(wěn)定性汽車的行駛穩(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，不致失去控制而產生滑移、傾覆等現象的能力。穩(wěn)定性：縱向橫向表現：滑移傾覆縱向