道路勘測(cè)設(shè)計(jì)第2章 汽車行駛理論

第2章汽車行駛理論標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)車輛：一種假設(shè)車輛，其尺寸和運(yùn)行性能可用于確定道路、交叉布置和幾何形狀的某些要求。是設(shè)計(jì)所采用的有代表性的車型，其外廓尺寸、載重量和運(yùn)行性能是用于確定道路幾何設(shè)計(jì)、交叉幾何設(shè)計(jì)和路基寬度的主要依據(jù)。2.1概述一、道路設(shè)計(jì)車輛車輛類型項(xiàng)目總長(zhǎng)總寬總高前懸軸距后懸尺寸（m）小客車載重汽車鞍式列車612161.82.52.52440.81.51.23.86.54+8.81.442?城市道路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(CJJ37-1990)?規(guī)定的設(shè)計(jì)車輛外廓尺寸車輛類型項(xiàng)目總長(zhǎng)總寬總高前懸軸距后懸尺寸（m）小客車載重汽車鞍式車51218

1.82.52.5

1.64.04.0

1.01.51.7

2.76.55.8+6.7

1.34.03.8

限制通行車輛：除根本標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)車輛外，有時(shí)還必須對(duì)大于設(shè)計(jì)車輛，甚至超過(guò)法定尺寸限制的某些車輛的運(yùn)行作特殊規(guī)定，這類車輛稱為限制通行車輛。汽車行駛要求：平安、迅速、經(jīng)濟(jì)、舒適。道路設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)汽車行駛時(shí)的受力特點(diǎn)，提供適當(dāng)?shù)母自O(shè)施條件，保證汽車在良好的行駛環(huán)境中運(yùn)行。2.2.汽車行駛要求1．空氣阻力〔N〕空氣阻力＝迎面空氣質(zhì)點(diǎn)的壓力＋車后的真空吸力＋空氣質(zhì)點(diǎn)與車身摩擦力一、汽車的行駛阻力

式中：K——空氣阻力系數(shù)，它與汽車的流線型有關(guān)〔N／m2〕，；F——汽車迎風(fēng)面積〔或稱正投影面積〕〔m2〕；v——汽車與空氣的相對(duì)速度〔km／h〕，可近似地取汽車的行駛速度。

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。V=100km/h時(shí)，一半的功率用來(lái)克服空氣阻力2．道路阻力道路阻力：由彈性輪胎變形和道路的不同路面類型及縱坡度而產(chǎn)生的阻力，主要包括滾動(dòng)阻力和坡度阻力?！?〕滾動(dòng)阻力產(chǎn)生功率消耗原因：①輪胎變形時(shí)，材料內(nèi)部摩擦；②柔性路面變形，產(chǎn)生摩擦；③路面不平整造成震動(dòng)和撞擊。滾動(dòng)阻力與汽車的總重力成正比，假設(shè)坡道傾角為α?xí)r，其值可用下式計(jì)算。Pf＝Gfcosαα值一般較小，認(rèn)為cosα≈1，那么Pf=Gf〔N〕式中：Pf——滾動(dòng)阻力〔N〕；G——車輛總重力〔N〕；f——滾動(dòng)阻力系數(shù)，與路面類型、輪胎結(jié)構(gòu)和行駛速度等有關(guān)，如水泥瀝青路面f＝，土路f＝。〔1〕滾動(dòng)阻力汽車在傾角為α的道路上行駛：車重G產(chǎn)生水平分力Gsinα，上坡時(shí)阻礙汽車行駛；下坡時(shí)助推汽車行駛。計(jì)算式：Pi=Gsinα因α較小，認(rèn)為sinα≈tgα＝i，那么Pi=Gi〔N〕式中：Pi——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(fù)?！?〕坡度阻力PR=G〔f+i〕滾動(dòng)阻力和坡度阻力均與道路狀況有關(guān)，且都與汽車的總重力成正比，將它們統(tǒng)稱為道路阻力，以PR表示。式中：f+i——統(tǒng)稱道路阻力系數(shù)。汽車的質(zhì)量：平移質(zhì)量旋轉(zhuǎn)質(zhì)量克服質(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Pj表示。

3．慣性阻力平移質(zhì)量的慣性力

旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力矩

慣性阻力計(jì)算：式中：δ——慣性力系數(shù)〔或旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)〕。δ＝l＋δ1＋δ2ik2式中：δ1——表示汽車車輪慣性力的影響系數(shù)，δ1=0.03～0.05；δ2——表示發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪慣性力的影響系數(shù)，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：P=Pw十PR十Pj二、汽車的牽引力Pt(N)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速機(jī)械效率行車速度汽車直線上坡行駛的受力示意圖重力下滑力支持力慣性阻力滾動(dòng)阻力α

牽引力空氣阻力2.3.汽車行駛中的受力分析汽車直線下坡行駛的受力示意圖重力下滑力支持力慣性阻力滾動(dòng)阻力α

牽引力空氣阻力汽車在曲線上行駛的橫向受力示意圖-路面橫向無(wú)坡度重力輪胎與地面橫向摩擦力離心力支持力曲線圓心方向道路中線汽車汽車在曲線上行駛的橫向受力示意圖-路面橫向有坡度下滑力與摩擦力的水平合力下滑力支持力輪胎與地面橫向摩擦力α

離心力重力曲線圓心方向α

汽車道路中線2.4牽引平衡與汽車行駛的必要條件1.牽引平衡：

Pt=pf±pi+pw±pj2.汽車行駛的2個(gè)必要條件：A.汽車的牽引力≥汽車的的行駛阻力；B.牽引力≤輪胎與路面間的最大摩擦力〔即附著力〕；1.動(dòng)力性能〔Drivingcharacteristics〕動(dòng)力因素D:〔Pt－Pw〕/Ga＝D＝f+i±δ/g汽車動(dòng)力性能包括:最高車速,加速度或加速時(shí)間,最大爬坡能力。①最高車速〔Vmax〕：是指在良好的水平路段上,汽車所能到達(dá)的最高行駛車速(Km/h)。②加速時(shí)間〔t〕:分為原地起步加速時(shí)間和超車加速時(shí)間。原地起步加速時(shí)間是指汽車由第I檔起步,以最大的加速度逐步換至高檔后到達(dá)某一預(yù)定的距離或車速所需要的時(shí)間。超車加速時(shí)間大多是用高檔或次高檔由30Km/h,或40km/h,全力加速至某一高速度所需的時(shí)間來(lái)表示。③爬坡能力:用汽車滿載時(shí)I檔在良好的路面上的最大爬坡度imax(%)表示。2.5機(jī)動(dòng)車的主要特性在汽車制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)距離由兩局部構(gòu)成，即S=SR+SD=tR×V+V2/2dm(1)式中:SR:對(duì)應(yīng)于響應(yīng)時(shí)間和建立壓力所需時(shí)間的行駛距離〔m〕；SD:對(duì)應(yīng)于充分發(fā)出的平均減速度狀態(tài)下的行駛距離〔m〕；tR:響應(yīng)時(shí)間和建立壓力所需的時(shí)問(wèn)〔S〕，一般取tR=1.0S；V:車速〔m/s〕；dm：充分發(fā)出的平均減速度〔m/s2〕；在汽車制動(dòng)法規(guī)中，對(duì)制動(dòng)距離和充分發(fā)出的平均減速度都分別提出了限值要求。例如，對(duì)于轎車，對(duì)制動(dòng)距離的要求是：S≤0.1×V+V2/150(2)由上述可以推導(dǎo)出，對(duì)充分發(fā)出的平均減速度的要求是:dm≥5.8(m/s2)2.制動(dòng)性能在汽車制動(dòng)力缺乏時(shí)，有何措施可以補(bǔ)救？3.通過(guò)性是指機(jī)動(dòng)車不用其他輔助措施能以足夠高的平均速度通過(guò)各種路面、無(wú)路地段、各種自然障礙的能力。車輛通過(guò)性分為輪廓通過(guò)性和支承通過(guò)性。①通常把機(jī)動(dòng)車的最小離地間隙、接近角和離去角、縱向和橫向通過(guò)半徑、最大橫坡作為車輛的輪廓通過(guò)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。②通常把附著質(zhì)量、附著質(zhì)量系數(shù)、車輪接地比壓〔車輪對(duì)地面的單位壓力〕作為機(jī)動(dòng)車支承通過(guò)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。4.機(jī)動(dòng)性:是指車輛在最小面積內(nèi)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)彎的能力

汽車說(shuō)明書(shū)中給出的轉(zhuǎn)彎直徑是指外轉(zhuǎn)向輪的軌跡圓直徑。即汽車前輪處于最大轉(zhuǎn)角狀態(tài)行駛時(shí)，汽車前軸離轉(zhuǎn)向中心最遠(yuǎn)車輪胎面中心在地面上形成的軌跡圓直徑。對(duì)于一般的轎車來(lái)說(shuō)，它們的轉(zhuǎn)彎直徑大約在10到12米之間。轉(zhuǎn)彎直徑與汽車的軸距、輪距及轉(zhuǎn)向輪的極限轉(zhuǎn)角直接有關(guān)。軸距、輪距越大，轉(zhuǎn)彎直徑也越大；轉(zhuǎn)向輪的極限轉(zhuǎn)角越大，轉(zhuǎn)彎直徑就越小。?公路路線設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?〔JTGD20-2006〕規(guī)定了各級(jí)公路設(shè)計(jì)速度對(duì)應(yīng)的圓曲線最小半徑值。設(shè)計(jì)速度（km/h）1201008060403020圓曲線最小半徑（m）一般值10007004002001006530最小值650400250125603015圓曲線最小半徑

指機(jī)動(dòng)車根據(jù)駕駛員的意愿按照規(guī)定的方向行駛，且不產(chǎn)生傾覆、滑移的能力。5.行駛穩(wěn)定性 (1)縱向倒溜 當(dāng)?shù)缆返钠露容^大，牽引力 缺乏以克服下滑力和摩擦力時(shí)， 將發(fā)生倒溜。牽引力下滑力摩擦力倒溜傾覆重力垂直面支承輪(2)縱向傾覆當(dāng)?shù)缆返钠露雀螅灾掠谲囕v重心超過(guò)支承輪著力點(diǎn)垂直面時(shí)，將發(fā)生傾覆。1).汽車行駛的縱向穩(wěn)定性1)橫向滑移當(dāng)車輛所受的橫向力較大，到達(dá)輪胎摩擦力的極限值時(shí)，將產(chǎn)生橫向滑移。 橫向力重力滑移支持力摩擦力摩擦力支持力汽車如何減小橫向力Y？Y=C.cosα±Ga.sinα設(shè)置道路的橫向坡度i，即超高?！?〞表示內(nèi)坡；“-〞表示外坡；bhg2).汽車行駛的橫向穩(wěn)定性(2)橫向力系數(shù)μ＝Y(jié)/Ga“-〞表示內(nèi)坡；“+〞表示外坡；9.8×3.6×3.6km/hm/s“+〞表示內(nèi)坡；“-〞表示外坡；不橫向滑移的條件！2).汽車行駛的橫向穩(wěn)定性支承輪橫向力重力傾覆支持力摩擦力(3)橫向傾覆當(dāng)車輛所受的橫向力足夠大，以致于繞支承輪產(chǎn)生的力矩大于重力力矩，將發(fā)生橫向傾覆。不傾覆的穩(wěn)定條件！bhg設(shè)汽車行駛速度為v，方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω，經(jīng)過(guò)t秒后，方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為φ=ωt，前輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為Φ，Φ=Kφ=Kωt，(K<1,可調(diào)控)；汽車前后輪的軸距為L(zhǎng)o，那么汽車的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑為： φρφLo2.2.5汽車在彎道上的行駛軌跡即曲線上任一點(diǎn)的半徑與其距起點(diǎn)的距離成反比。此式即為汽車等速行駛，同時(shí)以不變的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤所產(chǎn)生的行駛軌跡-盤旋線。式中v.Lo/(Kω)為常量，用常數(shù)C代替，那么:t秒后，汽車行駛距離為：(1)盤旋線的方程為 RL=A2A為盤旋線參數(shù)〔2〕兩式比較，假設(shè)令〔1〕中C=A2，那么兩式完全相同。因此，汽車等速行駛，同時(shí)以不變的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤所產(chǎn)生的行駛軌跡線為盤旋線。假設(shè)車輛以等速行駛，角速度為零，那么所產(chǎn)生的行駛軌跡為：？----圓曲線或直線由右圖可知: dl=ρdβ dx=dlcosβ微分參數(shù)方程

dy=dlsinβ

yxdlρdββdxdylPβ因ρL=C，故:兩邊積分得: 2.2.6.盤旋線的數(shù)學(xué)解析欲求盤旋線上任意點(diǎn)P的坐標(biāo)〔x,y〕積分得:

代入微分參數(shù)方程得:

將cosβ、sinβ用級(jí)數(shù)展開(kāi)，得：即是P點(diǎn)坐標(biāo)。將級(jí)數(shù)代入積分,并將β=l2/2C、C=ρl代入整理，得：特殊地，在盤旋曲線終點(diǎn)處 那么

即是盤旋曲線終點(diǎn)坐標(biāo)。 2.2.7自行車的交通特性自行車的交通特性：

1、短程性

2、行進(jìn)穩(wěn)定性

3、動(dòng)態(tài)平衡

4、動(dòng)力遞減性

5、爬坡能力

6、制動(dòng)能力

7、機(jī)動(dòng)性道路是汽車交通的根底、支撐物。道路必須符合其效勞對(duì)象:人、貨、車的交通特性,滿足它們的交通需求。道路效勞性能的好壞表達(dá)在量、質(zhì)、形三個(gè)方面,即道路建設(shè)數(shù)量是否充分,道路結(jié)構(gòu)能否保證平安,路網(wǎng)布局、道路線形是否合理。另外,還有附屬設(shè)施、管理水平是否配套等。2.3道路的交通特性小客車：只要座位在九人座以下，總車重不超過(guò)3500kg，就算是小客車。小客車的最小轉(zhuǎn)彎半徑R＝6.0m；小客車的輸出功率與載重之比為3.75kW