《汽车行驶特性》PPT课件.ppt

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1、道路勘测设计道路勘测设计（第二章汽车行驶特性2-1、2）周长红D U T第二章第二章 汽车行驶特性汽车行驶特性 1 1学习目的：学习目的：道路设计是以满足汽车行驶的要求为前提的。道路设计是以满足汽车行驶的要求为前提的。需需要要研研究究汽汽车车运运动动基基本本规规律律及及对对公公路路的的要要求求，指指导导公公路路设设计；保证公路的使用品质、服务等级。计；保证公路的使用品质、服务等级。汽车行驶理论是公路线形设计的理论基础。汽车行驶理论是公路线形设计的理论基础。2 2研究内容：研究内容：研究汽车的驱动力和行驶阻力；研究汽车的驱动力和行驶阻力；分析汽车运动的基本规律；分析汽车运动的基本规律；研究汽车主

2、要动力性能研究汽车主要动力性能 分析影响汽车主要使用性能的因素。分析影响汽车主要使用性能的因素。D U T3 3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：保证汽车的行驶稳定性，避免发生翻车、倒溜、侧保证汽车的行驶稳定性，避免发生翻车、倒溜、侧滑等；滑等；迅速：迅速：提高车速速度，提高运输效率，降低运输成本。提高车速速度，提高运输效率，降低运输成本。畅通：畅通：足够的视距和路面宽度，合理的路线。足够的视距和路面宽度，合理的路线。D U T第一节第一节 汽车的驱动力及行驶阻力汽车的驱动力及行驶阻力 一、汽车的驱动力一、汽车的驱动力 汽车的动力来源：汽车的动力来源：汽车行驶的驱

3、动力来自它的内燃发动机。燃料燃料热能热能活塞活塞机械能机械能产生有效功率产生有效功率N 曲轴曲轴产生每分钟产生每分钟n的转速旋转的转速旋转 产生发动机曲轴扭矩产生发动机曲轴扭矩M 离合器离合器变速器变速器传动轴传动轴主传动器主传动器差速器等差速器等驱动轮驱动轮 产生驱动轮扭矩产生驱动轮扭矩MK D U T功率、牵引力和速度的关系：功率功率(N)(N)(牵引力牵引力)扭矩扭矩(M)(M)角速度角速度()2 2扭矩扭矩(Nm)Nm)转速转速(rpm)/60rpm)/60(牵引力牵引力)力力(T)(T)车速车速(u)(u)1.1.发动机曲轴扭矩发动机曲轴扭矩M Mk kD U T发发动动机机曲曲轴轴

4、上上的的扭扭矩矩M M经经过过变变速速箱箱（速速比比i ik k）和和主主传传动动器器（速比速比i i0 0）两次变速）两次变速两次变速的总变速比为：两次变速的总变速比为：=i=i0 0iik k；2.2.扭矩的传递扭矩的传递D U Tv传动系统的机械效率为传动系统的机械效率为1.01.0；v传到驱动轮上的扭矩传到驱动轮上的扭矩M Mk k为：为：v驱动轮上的转速驱动轮上的转速n nk k为：为：3.3.驱动轮扭矩驱动轮扭矩M Mk kn 车速车速V V与发电机转速关系：与发电机转速关系：D U T4.4.驱动轮驱动力驱动轮驱动力D U Tv汽汽车车在在行行驶驶中中，由由于于迎迎面面空空气气质

5、质点点的的压压力力，车车后后的的真真空空吸吸力力及及空空气气质质点点与与车车身身表表面面的的摩摩擦擦力力阻阻碍碍汽汽车车前前进进，总总称称为为空气阻力。空气阻力。二、汽车的行驶阻力二、汽车的行驶阻力n式中：式中：K空气阻力系数，它与汽车的流线型有关；空气阻力系数，它与汽车的流线型有关；n 空气密度，一般空气密度，一般=1.2258（Ns2m4）；）；n A 汽车迎风面积（或称正投影面积）（汽车迎风面积（或称正投影面积）（m2）；）；n v 汽车与空气的相对速度（汽车与空气的相对速度（ms），可近似地取），可近似地取汽车的行驶速度。汽车的行驶速度。1 1空气阻力空气阻力D U Tv将车速将车速v

6、 v（m ms s）化为）化为V V（kmkmh h）并化简，得）并化简，得 对对汽汽车车列列车车的的空空气气阻阻力力，一一般般可可按按每每节节挂挂车车的的空空气气阻阻力力为其牵引车的为其牵引车的 20%20%折算。折算。D U T 2 2道路阻力道路阻力 道道路路阻阻力力是是由由弹弹性性轮轮胎胎变变形形和和道道路路的的不不同同路路面面类类型型及及纵纵坡度坡度而产生的阻力，主要包括而产生的阻力，主要包括滚动阻力滚动阻力和和坡度阻力。坡度阻力。（1 1）滚动阻力）滚动阻力u弹性轮胎反复变形时，其材料内部发生摩擦要消耗一部分功率。弹性轮胎反复变形时，其材料内部发生摩擦要消耗一部分功率。u在在柔柔性

7、性路路面面上上汽汽车车行行驶驶时时汽汽车车不不仅仅轮轮胎胎变变形形，而而且且路路面面也也会会变变形形，其其接接触触面面之之间间产产生生摩摩擦擦要要消消耗耗部部分分功功率率（路路面面支支反反力力前前移移，与与车车轮轮重力形成反向力矩）。重力形成反向力矩）。u另另外外，由由于于路路面面的的不不平平整整而而造造成成轮轮胎胎震震动动和和撞撞击击引引起起部部分分功功率率的的消消耗。耗。D U T滚滚动动阻阻力力与与汽汽车车的的总总重重力力成成正正比比，若若坡坡道道倾倾角角为为时时，其其值值可用下式计算。可用下式计算。RfGfcos由于坡道倾角由于坡道倾角一般较小，认为一般较小，认为cos1cos1，则，

8、则 Rf=Gf （N）式中：式中：R Rf f滚动阻力（滚动阻力（N N）；）；G G 车辆总重力（车辆总重力（N N）；）；f f 滚滚动动阻阻力力系系数数，它它与与路路面面类类型型、轮轮胎胎结结构构和和行行驶驶速速度度等等有有关关，一一般般应应由由试试验验确确定定，在在一一定定类类型型的的轮轮胎胎和和一一定定车车速范围内，可视为只和路面状况有关的常数。速范围内，可视为只和路面状况有关的常数。D U TD U T 汽车在坡道倾角为汽车在坡道倾角为的的道路上行驶时，车重道路上行驶时，车重G G在平行在平行于路面方向的分力为于路面方向的分力为GsinGsin，上上坡坡时时它它与与汽汽车车前前进进

9、方方向向相相反反，阻阻碍碍汽汽车车行行驶驶；而而下下坡坡时时与与前前进进方向相同，助推汽车行驶。坡度阻力可用下式计算方向相同，助推汽车行驶。坡度阻力可用下式计算Ri=Gsin坡道倾角一般较小（坡道倾角一般较小（10 10），认为），认为sintgsintgi i，则，则Ri=Gi（N）式中：式中：R Ri i 坡度阻力坡度阻力 （N N）；）；G G 车辆总重力（车辆总重力（N N）；）；i i 道路纵坡度，上坡为正；下坡为负。道路纵坡度，上坡为正；下坡为负。（2 2）坡度阻力）坡度阻力D U T RR=G（f+i）式中：式中：f+i 统统称道路阻力系数。称道路阻力系数。滚滚动动阻阻力力和和坡

10、坡度度阻阻力力均均与与道道路路状状况况有有关关，且且都都与与汽汽车车的总重力成正比，将它们统称为道路阻力，以的总重力成正比，将它们统称为道路阻力，以R RR R表示：表示：D U T汽汽车车变变速速行行驶驶时时，需需要要克克服服其其质质量量变变通通运运动动时时产产生的惯性力和惯性力矩称为生的惯性力和惯性力矩称为惯性阻力惯性阻力，用，用R RI I表示。表示。汽车的质量：汽车的质量：平移质量平移质量 旋转质量旋转质量3 3惯性阻力惯性阻力n平移质量的惯性力：平移质量的惯性力：n旋转质量的惯性力矩：旋转质量的惯性力矩：D U T惯性阻力计算：惯性阻力计算：式中：式中：惯惯性力系数（或旋性力系数（或

11、旋转质转质量量换换算系数）。算系数）。l12ik2 1 1表示汽车车轮惯性力的影响系数，一般表示汽车车轮惯性力的影响系数，一般1 1=0.03=0.030.050.05；2 2表表示示发发动动机机飞飞轮轮惯惯性性力力的的影影响响系系数数，一一般般小小客客车车2 2=0.05=0.050.070.07，载重汽车载重汽车2 2=0.04=0.040.050.05；i ik k变速箱的速比。变速箱的速比。汽汽车车的的总总行行驶驶阻力阻力R为为：R=Rw十十RR十十RjD U T问题：问题：当一辆轿车在水平的高速公路上行驶时当速度打到多当一辆轿车在水平的高速公路上行驶时当速度打到多少时，空气阻力达到行

12、驶总阻力的一半？少时，空气阻力达到行驶总阻力的一半？设：一辆轿车的质量为1650kg,空气阻力系数是0.30，汽车的迎风面积为1.55平方米，空气的密度为1.2258kg/m3，高速公路的滚动阻力系数为0.015。滚动阻力：空气阻力：D U T当车速大概在105km/h时空气阻力占行驶阻力的一半！当车速为130km/h时空阻力占行驶阻力的60%当车速接近200km/h时空气阻力占行驶阻力的80%D U T1 1汽车的运动方程式汽车的运动方程式 汽汽车车在在道道路路上上行行驶驶时时，必必须须有有足足够够的的驱驱动动力力来来克克服服各各种种行行驶驶阻阻力力。当当驱驱动动力力与与各各种种行行驶驶阻阻

13、力力之之代代数数和和相相等等的的时时候候，称称为为驱驱动动平平衡衡。其其驱驱动动平平衡衡方方程程式式（也也称称汽汽车车的的运运动动方方程程式式）为：为：T=R=Rw+RR+RI代入表达式，汽车的运动方程式为代入表达式，汽车的运动方程式为：三、汽车的运动方程式及行驶条件三、汽车的运动方程式及行驶条件其中其中:U=80%90%,修正系数（修正系数（负负荷率）荷率）D U T2 2汽车的行驶条件汽车的行驶条件 汽汽车车在在道道路路上上行行驶驶，当当驱驱动动力力等等于于各各种种行行驶驶阻阻力力之之和和时时，汽汽车车就就等等速速行行驶驶；当当驱驱动动力力大大于于各各种种行行驶驶阻阻力力之之和和时时，汽汽

14、车车就就加加速速行行驶驶；当当驱驱动动力力小小于于各各种种行行驶驶阻阻力力之之和和时时，汽汽车车就就减减速速行行驶驶，直直至至停停车车。所所以以，要要使使汽汽车车行行驶驶，必必须须具具有有足足够够的的驱动力来克服各种行驶阻力。即驱动力来克服各种行驶阻力。即汽车行驶的汽车行驶的必要条件必要条件（即（即驱动条件驱动条件）：T R D U T驱动力小于或等于轮胎与路面之间的附着力，即驱动力小于或等于轮胎与路面之间的附着力，即T Gk式式中中：附附着着系系数数，主主要要取取决决于于路路面面的的粗粗糙糙程程度度和和潮潮湿湿泥泥泞泞程程度度，轧胎的花纹和气压，以及车速和荷载等；轧胎的花纹和气压，以及车速和

15、荷载等；G Gk k驱驱动动轮轮荷荷载载，一一般般情情况况下下，小小汽汽车车为为总总重重的的0.50.50.650.65倍，载重车为总重的倍，载重车为总重的0.650.650.800.80倍。倍。汽车行驶的汽车行驶的充分条件充分条件：路面类型路面类型路面状况路面状况干燥潮湿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0.50.30.20.1D U T第三节第三节 汽车的动力特性及加、减速行程汽车的动力特性及加、减速行程 汽汽车车的的动动力力性性能能：汽汽车车行行驶驶时时具具有有的的爬爬坡坡能能力力、行行驶驶速速度、以及加减速性能。度、以及加减速性能。一、汽车

16、的动力因数一、汽车的动力因数汽车的运动方程式：汽车的运动方程式：T=Rw+RR+RI改变形式改变形式 T-Rw=RR+RI 上上式式等等号号左左端端T-Rw称称为为汽汽车车的的后后备备驱驱动动力力，T T、R RW W之之值值均均与汽车的构造和行驶速度有关。与汽车的构造和行驶速度有关。代入表达式代入表达式 D U T 令上式左端为令上式左端为D，即，即 为为使使不不同同类类型型汽汽车车的的动动力力性性进进行行比比较较，且且有有相相同同的的评评价价尺尺度度，将上式两端分别除以车辆总重将上式两端分别除以车辆总重G，得，得 u D称为称为动力因数动力因数，它表征某型汽车在，它表征某型汽车在海平面高程

17、海平面高程上，上，满载满载情况情况下，每下，每单位车重单位车重克服道路阻力和惯性阻力的性能。克服道路阻力和惯性阻力的性能。道路阻力系数道路阻力系数D U TD U Tv 当当道道路路所所在在地地不不在在海海平平面面上上，汽汽车车也也不不是是满满载载，由由于于海海拔拔增增高高，气气压压降降低低，使使发发动动机机输输出出功功率率、汽汽车车的的驱驱动动力力及及空空气气阻阻力力都都随随之之降降低低，所所以以，应应对对动动力力因因数数D进进行行修修正正。方方法法是给是给D乘以一个修正系数乘以一个修正系数，海拔荷载修正系数海拔荷载修正系数:n称为动力因数称为动力因数D D的海拔荷载修正系数，其值为的海拔荷

18、载修正系数，其值为D U Tn式中：式中：海拔系数，见图海拔系数，见图2-52-5D U T或或 =（1-2.26101-2.2610-5-5H H）5.35.3 其中，其中，H H 为海拔高度（为海拔高度（m m）；）；G G 满载时汽车的总重力（满载时汽车的总重力（N N）；）；G G实际装载时汽车的总重力（实际装载时汽车的总重力（N N）。）。D U T 当当汽汽车车的的动动力力因因数数为为D D，道道路路阻阻力力为为，汽汽车车的的行行驶驶状状态态有有以以下三种情况：下三种情况：n 当当DDD时：时：减速行驶减速行驶式中：式中：道路阻力系数，道路阻力系数，D U T若汽车在道路阻力为若汽

19、车在道路阻力为1 1的坡道上行驶：的坡道上行驶：平衡速度：平衡速度：任意的任意的D D相应等速行驶的速度，用相应等速行驶的速度，用V V1 1表示。表示。临界速度：临界速度：每一排档最大动力因数每一排档最大动力因数D Dmaxmax对应的速度，用对应的速度，用V Vk k表示。表示。汽车的行驶状态汽车的行驶状态平衡速度平衡速度临界速度临界速度D U T汽车的最高、最小速度汽车的最高、最小速度v汽汽车车的的最最高高速速度度：是是指指节节流流阀阀全全开开、满满载载（不不带带挂挂车车）、在表面平整坚实水平路段上作稳定行驶时的速度。在表面平整坚实水平路段上作稳定行驶时的速度。v某一排档的最高速度某一排档的最高速度Vmax：n汽汽车车的的最最小小稳稳定定速速度度：是是指指满满载载（不不带带挂挂车车）在在路路面面平平整整坚坚实实的的水水平平路路段段上上，稳稳定定行行驶驶时时的的最最低低速速度度（即即临临界界速速度度V Vk k）。）。