道路勘探与设计汽车行驶特性精选文档.ppt

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1、道路勘探与设计汽车行驶特性本讲稿第一页，共三十八页 2.1 2.1 概概 述述 2.2 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 2.3 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性汽车在道路上行驶的稳定性 2.4 2.4 汽车的制动性能汽车的制动性能 2.5 2.5 汽车在道路上的行驶轨迹汽车在道路上的行驶轨迹 道路勘测设计 重庆交通大学本讲稿第二页，共三十八页1 1学习目的：学习目的：汽车行驶理论是道路线形设计的汽车行驶理论是道路线形设计的理论理论基础。基础。介绍汽车的动力性能和介绍汽车的动力性能和行驶特性，为道路线形设计作准备行驶特性，为道路线形设计作准备.2 2研究内容：研究内容：研究

2、汽车的研究汽车的驱动力驱动力和和行驶阻力行驶阻力；分析汽车分析汽车运动运动的基本的基本规律规律；研究汽车主要研究汽车主要动力性能动力性能 分析分析影响影响汽车主要汽车主要使用性能使用性能的的因素因素。第二章第二章 汽车行驶特性汽车行驶特性本讲稿第三页，共三十八页3汽车的行驶性能：汽车的行驶性能：（1）动力性能：）动力性能：良好路面直线行驶良好路面直线行驶 平均速度平均速度 指汽车指汽车加速、爬坡加速、爬坡和和最大速度最大速度的性能的性能决定道路的：最大纵坡、坡长限制和坡度组合决定道路的：最大纵坡、坡长限制和坡度组合（2）制动性）制动性短距离停车并短距离停车并维持行驶方向维持行驶方向和和长下坡维

3、持车速长下坡维持车速的能力的能力决定道路的行车视距决定道路的行车视距（3）行驶稳定性）行驶稳定性外界因素作用下汽车保持外界因素作用下汽车保持正常行驶正常行驶的能力，即不产生侧滑、倾覆现象的能力，即不产生侧滑、倾覆现象决定决定极限最小半径极限最小半径、组合坡度和纵坡的设置、组合坡度和纵坡的设置纵坡限制百公里加速时间本讲稿第四页，共三十八页（4）操控稳定性）操控稳定性按驾驶员的按驾驶员的意图意图控制车辆控制车辆转向特性转向特性、高速稳定性和操纵、高速稳定性和操纵轻便轻便性性决定决定缓和曲线缓和曲线的指标的指标（5）燃油经济性）燃油经济性最小的燃油消耗完成单位运输工作的能力最小的燃油消耗完成单位运输

4、工作的能力决定道路决定道路纵坡纵坡的控制的控制（6）行驶的平顺性）行驶的平顺性在不平道路上行驶，免受冲击、震动的能力影响乘坐舒适性在不平道路上行驶，免受冲击、震动的能力影响乘坐舒适性决定决定凸曲线的间距凸曲线的间距、路面的、路面的平整度平整度（7）通过性能）通过性能在各种在各种道路道路和和无道路无道路地带的行驶能力地带的行驶能力决定车道决定车道宽度宽度汽车设计与汽车设计与道路设计共道路设计共同影响同影响本讲稿第五页，共三十八页 4 4汽车行驶对道路的基本要求：汽车行驶对道路的基本要求：安全：安全：保证行驶稳定性，避免发生翻车、倒溜、侧滑等；保证行驶稳定性，避免发生翻车、倒溜、侧滑等；迅速：迅速

5、：行驶速度行驶速度平均技术速度。平均技术速度。经济：经济：运输成本：低运输成本：低 运输生产率：高运输生产率：高 评价汽车运输工作效率的指标有：评价汽车运输工作效率的指标有：汽车运输生产率汽车运输生产率周转率周转率 运输成本运输成本油料及轮胎消耗，保养周期油料及轮胎消耗，保养周期 舒适：舒适：视觉上：线形美观，自然环境与景观设计视觉上：线形美观，自然环境与景观设计 生理上：平稳、不颠簸，离心力小生理上：平稳、不颠簸，离心力小 心理上：轻松，有安全感，心情愉快。心理上：轻松，有安全感，心情愉快。本讲稿第六页，共三十八页第一节汽车的驱动力及行驶阻力n一、汽车的驱动力n汽车的动力来源：汽车的动力来源

6、：n汽车行驶的驱动力来自它的汽车行驶的驱动力来自它的内燃发动机内燃发动机。n汽油燃烧热能机械能汽油燃烧热能机械能P曲轴扭矩曲轴扭矩M驱动轮驱动轮Mk驱动车轮驱动车轮 汽车传动系统：汽车传动系统：本讲稿第七页，共三十八页由图可见：当n=nmin，为最小稳定工作转速 当n增大时，N，M都增大。N=nM时，M=Mmax 当n=nN时，N=Nmax 当nnN时，N下降。发动机曲轴扭矩及外特性曲线发动机曲轴扭矩及外特性曲线本讲稿第八页，共三十八页n1发动机功率曲轴扭矩及发动机转速发动机功率曲轴扭矩及发动机转速n的关系的关系本讲稿第九页，共三十八页东风东风EQ-140发发动机外特性曲线动机外特性曲线厂家给

7、出厂家给出本讲稿第十页，共三十八页n发动机转速特性经验公式：发动机转速特性经验公式：（已知（已知Nemax和和nN）式中：式中：Mmax最大扭矩（最大扭矩（Nm）；）；n MN最大功率所对应的扭矩，最大功率所对应的扭矩，n nN最大功率所对应的转速（最大功率所对应的转速（r/min）；）；n nM最大扭矩所对应的转速最大扭矩所对应的转速(rmin)；本讲稿第十一页，共三十八页发动机曲轴上的扭矩经过变速箱（速比发动机曲轴上的扭矩经过变速箱（速比ik）和主传动器（速比）和主传动器（速比i0）两次变速）两次变速总变速比为：总变速比为：=i0ik；传动效率为：传动效率为：m1.0；传到驱动轮上的扭矩传

8、到驱动轮上的扭矩Mk为：为：驱动轮上的转速驱动轮上的转速n nk k为：为：2驱动轮扭矩驱动轮扭矩Mkn 车速车速V V与发动机转速关系：与发动机转速关系：变速的目的：增加扭矩本讲稿第十二页，共三十八页3汽车的驱动力汽车的驱动力 大驱动力与高速不可兼得本讲稿第十三页，共三十八页可见：可见：V,TV,T。因此，速度和牵引力不可得兼。故汽车采用几各排档。因此，速度和牵引力不可得兼。故汽车采用几各排档。低档时，低档时，i ik k较大，较大，T T较大，较大，V V较小较小 高档时，高档时，i ik k较小，较小，T T较小，较小，V V较大较大 同一排档下，同一排档下，V/VV/Vmaxmax=N

9、/Ne=N/Nemaxmax。本讲稿第十四页，共三十八页二汽车的行驶阻力二汽车的行驶阻力1滚动阻力：车轮滚动时轮胎与路面之间的摩擦阻力，是由于轮胎与路面变形引起的。f 与路面的种类、行驶车速、轮胎性质有关。行驶车速：受车速影响较大。V100时，f增加较快。V=150-200时，f急剧增大。滚动阻力坡度阻力空气阻力惯性阻力干燥平整的土路潮湿不平整的土路路面类型碎石路面值0.010.020.020.0250.030.050.040.050.070.15表面平整的黑色碎石路面水泥及沥青混凝土路面路面种类：.轮胎性质：胎压，轮胎材料，结构。滚动阻力本讲稿第十五页，共三十八页二汽车的行驶阻力1滚动阻力：

10、车轮滚动时轮胎与路面之间的摩擦阻力，是由于轮胎与路面变形引起的。f 与路面的种类、行驶车速、轮胎性质有关。行驶车速：受车速影响较大。V100时，f增加较快。V=150-200时，f急剧增大。滚动阻力坡度阻力空气阻力惯性阻力干燥平整的土路潮湿不平整的土路路面类型碎石路面值0.010.020.020.0250.030.050.040.050.070.15表面平整的黑色碎石路面水泥及沥青混凝土路面路面种类：.轮胎性质：胎压，轮胎材料，结构。滚动阻力本讲稿第十六页，共三十八页空气阻力惯性阻力二汽车的行驶阻力滚动阻力坡度阻力空气阻力惯性阻力2坡度阻力：汽车爬坡时，重力的分力对行车的阻力。由于公路纵坡较小

11、(5)所以本讲稿第十七页，共三十八页惯性阻力二汽车的行驶阻力滚动阻力坡度阻力空气阻力惯性阻力3空气阻力空气阻力的产生原因汽车在行驶中，由于迎面空气质点的压力。车后的真空吸力空气质点与车身表面的摩擦力。当行驶速度在100KM/h,以上，有时一半的功率用来克服空气阻力。空气阻力的计算将车速v（m/s）化为V（Km/h）并化简，得并化简，得K空气阻力系数，它与汽车的流线型有关，可参考表23选用或查阅有关资料本讲稿第十八页，共三十八页滚动阻力坡度阻力空气阻力惯性阻力二汽车的行驶阻力4惯性阻力平移质量的惯性力旋转质量的惯性力矩 I-旋转部分的转动惯量；旋转部分转动的角加速度。旋转质量组成部分较多，且各部

12、分的转动惯量和角加速度不同，计算比较复杂，为方便计算，一般给平质量惯性力乘以大于1的系数，来代替旋转质量惯性力矩的影响。(N)惯性力系数(或旋转质量换算系数)。惯性力系数主要与飞轮的转动惯量、车轮的转动惯量以及传动系的传动比有关.滚动阻力坡度阻力空气阻力惯性阻力汽车的总行驶阻力为本讲稿第十九页，共三十八页1汽车的运动方程汽车在道路上行驶时，必须有足够的驱动力来克服各种行驶阻力。当驱动力与各种行驶阻力之代数和相等的时候，称为驱动平衡。其驱动平衡方程式(也称汽车的运动方程式)为2.汽车的行驶条件三汽车的运动方程与行驶条件必要条件（即驱动条件）：充分条件（附着条件）：附着系数路面类型路面状况干燥潮湿

13、泥泞冰滑水泥混凝土路面0.70.5/沥青混凝土路面0.60.4/过渡式及低级路面0.50.30.20.1各类路面上附着系数的平均值本讲稿第二十页，共三十八页第二节汽车的动力特性一汽车的动力因数动力因数：单位车重的有效牵引力。它表征某型汽车在海平面高程上，满载情况下，每单位车重克服道路阻力和惯性阻力的性能。有效驱动力，其值与汽车构造和行驶速度有关汽车在道路上行驶时的道路阻力和惯性阻力之和，其值主要与道路状况和汽车的行驶方式有关本讲稿第二十一页，共三十八页将有关公式代入得：为使用方便，也可用曲线表示D与V的函数关系，称为动力特性图。二动力因数的修正方法是给乘以一个修正系数，即 称为动力因数的海拔荷

14、载修正系数，为 海拔系数 本讲稿第二十二页，共三十八页三汽车的行驶状况.当采用V1Vk的速度行驶时，若道路阻力额外增加，汽车可在原来排档上降低车速，以获得最大D值来克服额外阻力，待阻力消失后可立即提高到原V1的速度行驶。这种行驶状态成为稳定行驶.当汽车采用V2Vk的速度行驶时，若道路阻力额外增加，汽车减速行驶而D值随之减小，如果此时不换档或开大节流阀，汽车将因发动机熄火而停驶。这种行驶状态呈不稳定行驶。.临界速度Vk是汽车稳定性时的极限速度。一般情况下汽车都采用大于某一排档的临界速度Vk作为行驶速度，以便克服额外阻力而连续行驶。如图2-7 由动力特性曲线可见.每一排档都存在各自的最大因数Dma

15、x，与之对应的速度称作临界速度，用Vk表示.若汽车以某一排档作等速行驶(D2)时，汽车可采用V1或V2的任一速度行驶本讲稿第二十三页，共三十八页四爬坡能力汽车的爬坡能力是指汽车在良好路面上等速行驶时克服了其它行驶阻力后所能爬上的纵坡度。因0，则最大爬坡度系指汽车在坚硬路面上用最低档作等速行驶时所能克服的最大坡度。由于最低档爬坡能力大，坡道倾角也大，此时，应该用下式计算 解此三角函数方程式，得本讲稿第二十四页，共三十八页第三节 汽车的行驶稳定性本讲稿第二十五页，共三十八页 第三节 汽车的行驶稳定性一、汽车行驶的纵向稳定性产生纵向倾覆的临界状态是汽车前轮法向反作用力为零。此时，汽车可能绕点发生倾覆

16、现象。对点取矩并让，得(2-30)汽车的行驶稳定性纵向稳定性横向稳定性纵向滑移纵向倾覆横向滑移横向倾覆纵坡、重心、先后横坡、速度、弯道半径、先后1.纵向倾覆纵向倾覆的稳定性主要与汽车重心至后轴的距离和重心高度有关。愈大，愈低，纵向稳定性愈好。式中：为零时（倾覆）极限坡道倾角；为零时（倾覆）道路的坡度。当坡道倾角（或道路纵坡）时，汽车可能发生纵向倾覆。本讲稿第二十六页，共三十八页一、汽车行驶的纵向稳定性汽车的行驶稳定性纵向稳定性横向稳定性纵向滑移纵向倾覆横向滑移横向倾覆纵坡、重心、先后横坡、速度、弯道半径、先后2.纵向滑移对后轮驱动的汽车，根据附着条件，驱动轮不产生滑移的临界状态是：因为，则当道

17、路纵坡度时，汽车可能产生纵向滑移。第三节 汽车的行驶稳定性本讲稿第二十七页，共三十八页一、汽车行驶的纵向稳定性汽车的行驶稳定性纵向稳定性横向稳定性纵向滑移纵向倾覆横向滑移横向倾覆纵坡、重心、先后横坡、速度、弯道半径、先后3.纵向稳定性的保证因为保证纵向倾覆和滑移的条件分别是：比较以上两式，发现因此发生倾覆之前先发生滑移。第三节 汽车的行驶稳定性本讲稿第二十八页，共三十八页结论：汽车在坡道上行驶时，在发生纵向倾覆之前，首先发生纵向滑移现象。为保证汽车行驶的纵向稳定性，道路设计应满足不产生纵向滑移为条件，这样，也就避免了汽车的纵向倾覆现象出现。所以，汽车行驶时纵向稳定性的条件为：由于重心高度的增大

18、而破坏纵向稳定性条件，所以，应对汽车装载高度有所限制。本讲稿第二十九页，共三十八页二、汽车行驶的横向稳定性1.汽车在平曲线上受力分析汽车在平曲线上受力分析汽车在平曲线上行驶时产生的离心力为：由于路面横向倾角一般很小，则，其中称为横向超高坡度(简称超高率)，所以将离心力与汽车重力分解为平行于路面的横向力和垂直于路面的竖向力，即本讲稿第三十页，共三十八页横向力是汽车行驶的不稳定因素，竖向力是稳定因素。将车速（m/s）化成（km/h），则采用横向力系数来衡量稳定性程度，其意义单位车重的横向力，即本讲稿第三十一页，共三十八页本讲稿第三十二页，共三十八页2.横向倾覆条件分析汽车在具有超高的平曲线上行驶时

19、，由于横向力的作用，可能使汽车绕外侧车轮触地点产生向外横向倾覆的危险。为使汽车不产生倾覆，必须使倾覆力矩小于或等于稳定力矩。即因比小得多，可略去不计，则将此式代入式(233)并整理，得本讲稿第三十三页，共三十八页3.横向滑移条件分析汽车在平曲线上行驶时，因横向力的存在，可能使汽车沿横向力的方向产生横向滑移。为使汽车不产生横向滑移，必须使横向力小于或等于轮胎和路面之间的横向附着力，即式中：横向附着系数，一般=（0.60.7）利用此式可计算出汽车在平曲线上行驶时，不产生横向滑移的最小平曲线半径或最大允许行驶速度。本讲稿第三十四页，共三十八页汽车在平曲线上行驶时的横向稳定性主要取决于横向力系数值的大

20、小。现代汽车在设计制造时重心较低，一般，即，而所以。装载过高时可能发生倾覆现象。4.横向稳定性的保证可见，在发生横向倾覆之前先产生横向滑移现象，为此，在道路设计中应保证汽车不产生横向滑移，同时也就保证了横向倾覆的稳定性。横向倾覆和滑移的条件分别是：本讲稿第三十五页，共三十八页第四节第四节 汽车的制动性汽车的制动性 n 汽车的制动性：汽车的制动性：n指指汽汽车车强强制制降降低低车车速速以以至至停停车车，或或在在下下坡坡时时能能保保持持一一定定速速度度行行驶驶的的能力。能力。n一、汽车制动性的评价指标一、汽车制动性的评价指标 n评价汽车制动性的指标：评价汽车制动性的指标：制动效能制动效能（制动距离

21、）（制动距离）n 制动效能的恒定性制动效能的恒定性n 制动时汽车的方向稳定性制动时汽车的方向稳定性 n二、制动距离二、制动距离：n制动距离：制动距离：n 是汽车从是汽车从制动生效制动生效到汽车到汽车完全停住完全停住时所走的距离。时所走的距离。本讲稿第三十六页，共三十八页制动力制动力 值的极限值为：值的极限值为：汽车在部分汽车在部分滑动部分滚动滑动部分滚动的情况下附着力最大。的情况下附着力最大。制动平衡方程式为制动平衡方程式为 ：（忽略空气阻力）（忽略空气阻力）n1.1.制动平衡方程式制动平衡方程式本讲稿第三十七页，共三十八页2.制动距离制动距离制动距离：制动距离：停车时停车时V2=0：本讲稿第三十八页，共三十八页