道路勘测设计第2章汽车行驶理论.pptx

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1、道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社第第2章章 汽车行驶理论汽车行驶理论道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社标准设计车辆：一种假设车辆，其尺寸和运行性能可用于标准设计车辆：一种假设车辆，其尺寸和运行性能可用于确定道路、交叉布置和几何形状的某些要求。是设计所采确定道路、交叉布置和几何形状的某些要求。是设计所采用的有代表性的车型，其外廓尺寸、载重量和运行性能是用的有代表性的车型，其外廓尺寸、载重量和运行性能是用于确定道路几何设计、交叉几何设计和路基宽度的主要用于确定道路几

2、何设计、交叉几何设计和路基宽度的主要依据。依据。2.1概述概述一、道路设计一、道路设计车辆车辆道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社车辆类型项 目总长总宽总高前悬轴距后悬尺 寸（m）小客车载重汽车鞍式列车612161.82.52.52440.81.51.23.86.54+8.81.442公路工程技术标准公路工程技术标准(JTG B01-2003)规定的设计车辆尺寸规定的设计车辆尺寸道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社城市道路设计规范城市道路设计规范(CJJ37-1990

3、)(CJJ37-1990)规定的设计车辆外廓尺寸规定的设计车辆外廓尺寸车辆类型项 目总长总宽总高前悬轴距后悬尺 寸（m）小客车载重汽车鞍式车512181.82.52.51.64.04.01.01.51.72.76.55.8+6.71.34.03.8道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社限制通行车辆限制通行车辆：除基本标准设计车辆外，有时还除基本标准设计车辆外，有时还必须对大于设计车辆，甚至超过法定尺寸限制的必须对大于设计车辆，甚至超过法定尺寸限制的某些车辆的运行作特殊规定，这类车辆称为限制某些车辆的运行作特殊规定，这类车辆称为限制通

4、行车辆。通行车辆。道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社汽车行驶要求：安全、迅速、经济、舒适。汽车行驶要求：安全、迅速、经济、舒适。道路设计应根据汽车行驶时的受力特点，提供适当的道路设计应根据汽车行驶时的受力特点，提供适当的基础设施条件，保证汽车在良好的行驶环境中运行。基础设施条件，保证汽车在良好的行驶环境中运行。2.2.汽车行驶要求汽车行驶要求道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社1 1空气阻力（空气阻力（N N）空空气气阻阻力力迎迎面面空空气气质质点点的的压压力力车车

5、后后的的真真空空吸吸力力空空气气质点与车身质点与车身摩擦力摩擦力 一、汽车的行驶阻力一、汽车的行驶阻力n式中：式中：nK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（Nm2），），；nF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）；）；nv汽车与空气的相对速度（汽车与空气的相对速度（kmh），可近似地取汽车的行驶速度。），可近似地取汽车的行驶速度。道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社n 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阻力为其牵引

6、车的气阻力为其牵引车的20%20%折算。折算。V=100km/h时，一半的功率用来克服空气阻力道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社n 2道路阻力道路阻力n道道路路阻阻力力：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坡度度而产生的阻力，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。n（1 1）滚动阻力）滚动阻力n产生功率消耗原因：产生功率消耗原因：n轮胎变形时，材料内部摩擦；轮胎变形时，材料内部摩擦；n柔性路面变形，产生摩擦；柔性路面变形，产生摩擦；n路面不平整造成震动和撞击

7、。路面不平整造成震动和撞击。道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社n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，其其值值可可用用下下式式计计算。算。n P Pf fGfcosGfcosn 值一般较小，认为值一般较小，认为cos1cos1，则，则n P Pf f=Gf=Gf （N N）n式中：式中：P Pf f滚动阻力（滚动阻力（N N）；）；n GG车辆总重力（车辆总重力（N N）；）；n ff滚滚动动阻阻力力系系数数，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

8、关，如如水水泥泥沥沥青青路路面面f f0.01-0.020.01-0.02，土路土路f f0.07-0.150.07-0.15。n（1）滚动滚动阻力阻力道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社汽汽车车在在倾倾角角为为 的的道道路路上上行行驶驶：车车重重G G产产生生水水平平分分力力GsinGsin，上上坡坡时时阻阻碍碍汽汽车车行行驶驶；下下坡坡时时助助推推汽汽车车行驶。计算式：行驶。计算式：Pi=Gsin因因 较小，认为较小，认为sinsintgtgi i，则，则 P Pi i=Gi=Gi （N N）式中：式中：P Pi i坡度阻力坡

9、度阻力 （N N）；）；GG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。n（2）坡度阻力）坡度阻力道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社PR=G（f+i）n滚滚动动阻阻力力和和坡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的总总重重力力成成正正比比，将将它它们们统统称称为为道道路路阻阻力力，以以P PR R表示。表示。式中：式中：f+if+i统称道路阻力系数。统称道路阻力系数。道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第

10、四版），周亦唐等著，重庆大学出版社汽车的质量：平移质量汽车的质量：平移质量 旋转质量旋转质量克克服服质质量量变变速速运运动动时时产产生生的的惯惯性性力力和和惯惯性性力力矩矩称称为为惯惯性性阻阻力，用力，用P Pj j表示。表示。n3 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旋转质量的惯性力旋转质量的惯性力矩矩道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社惯性阻力计算：惯性阻力计算：n式中：惯性力系数（或旋转质量换算系数）。n l12ik2 n式中：1表示汽车车轮惯性力的影响系数，1=0.030.05；n 2表示发动机飞轮惯性

11、力的影响系数，n 小客车2=0.050.07，载重汽车2=0.040.05；n ik变速箱的速比。n汽车的总行驶阻力汽车的总行驶阻力R为：为：P=Pw十十PR十十Pj道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社二、汽车的牵引力二、汽车的牵引力P Pt t(N)发动机转速机械效率行车速度道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社汽车直线上坡行驶的受力示意图重力下滑力支持力惯性阻力滚动阻力 牵引力空气阻力2.3.2.3.汽车行驶中的受力分析汽车行驶中的受力分析道路勘测设计道路勘测设计（

12、第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社汽车直线下坡行驶的受力示意图重力下滑力支持力惯性阻力滚动阻力 牵引力空气阻力道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社汽车在曲线上行驶的横向受力示意图-路面横向无坡度路面横向无坡度重力轮胎与地面横向摩擦力离心力支持力曲线圆心方向道路中线汽 车道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社汽车在曲线上行驶的横向受力示意图-路面横向有坡度路面横向有坡度下滑力与摩擦力的水平合力下滑力支持力轮胎与地面横向摩擦力 离心力

13、重力曲线圆心方向 汽车道路中线道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社2.4 2.4 牵引平衡与汽车行驶的必要条件牵引平衡与汽车行驶的必要条件 1.牵引平衡：Pt=pfpi+pwpj 2.汽车行驶的2个必要条件：A.A.汽车的牵引力汽车的牵引力汽车的的行驶阻力；汽车的的行驶阻力；B.B.牵引力牵引力轮胎与路面间的最大摩擦力（即附着力）；轮胎与路面间的最大摩擦力（即附着力）；道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社1.1.动力性能（动力性能（Driving characteri

14、sticsDriving characteristics）动力因素D:（PtPw）/GaDf+i/g汽车动力性能包括:最高车速,加速度或加速时间,最大爬坡能力。最高车速（最高车速（VmaxVmax）：）：是指在良好的水平路段上,汽车所能达到的最高行驶车速(Km/h)。加速时间（加速时间（t t）:分为原地起步加速时间和超车加速时间。原地起步加速时间是指汽车由第I档起步,以最大的加速度逐步换至高档后达到某一预定的距离或车速所需要的时间。超车加速时间大多是用高档或次高档由30Km/h,或40km/h,全力加速至某一高速度所需的时间来表示。爬坡能力爬坡能力:用汽车满载时I档在良好的路面上的最大爬坡度

15、imax(%)表示。2.5 2.5 机动车的主要特性机动车的主要特性道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社 公路工程技术标准（JTG B01-2003）及其系列规范，研究纵断面指标的代表车型为CA141和东风140，功率质量比分别为8.9 KW/t和8.3 KW/t；公路工程技术标准（JTG B01-2003）系列通过对现阶段主流货车载质量分布曲线的分析和研究，并考虑到我国汽车工业的现状和发展前景，以载质量8 t的东风重型货车为代表车，功率质量比9.3 KW/t。从最大爬坡能力看，东风汽车可以爬上27%的坡度，但显然这样的坡度是不安

16、全和不经济的。从下坡制动安全性、从下坡制动安全性、交通事故率看，纵坡不宜超过交通事故率看，纵坡不宜超过8%8%，否则，会发生制动失效、雨天滑翻等现象。道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社在汽车制动时，制动距离由两部分构成，即S=SR+SD=tRV+V2/2dm (1)式中:SR:对应于响应时间和建立压力所需时间的行驶距离（m）；SD:对应于充分发出的平均减速度状态下的行驶距离（m）；tR:响应时间和建立压力所需的时问（S），一般取tR=1.0 S；V:车速（m/s）；dm：充分发出的平均减速度（m/s2）；在汽车制动法规中，对制动

17、距离和充分发出的平均减速度都分别提出了限值要求。例如，对于轿车，对制动距离的要求是：S0.1V+V2/150 (2)由上述可以推导出，对充分发出的平均减速度的要求是:dm5.8(m/s2)2.2.制动性能制动性能道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社在汽车制动力不足时，有何措施可以补救？在汽车制动力不足时，有何措施可以补救？道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社3.3.通过性通过性 是指机动车不用其他辅助措施能以足够高的平均速度通过是指机动车不用其他辅助措施能以足够高的平

18、均速度通过各种路面、无路地段、各种自然障碍的能力。各种路面、无路地段、各种自然障碍的能力。车辆通过性分为车辆通过性分为轮廓通过性和支承通过性轮廓通过性和支承通过性。通常把机动车的最小离地间隙、接近角和离去角、纵向和横通常把机动车的最小离地间隙、接近角和离去角、纵向和横向通过半径、最大横坡作为车辆的轮廓通过性的评价指标。向通过半径、最大横坡作为车辆的轮廓通过性的评价指标。通常把附着质量、附着质量系数、车轮接地比压（车轮对地通常把附着质量、附着质量系数、车轮接地比压（车轮对地面的单位压力）作为机动车支承通过性的评价指标。面的单位压力）作为机动车支承通过性的评价指标。道路勘测设计道路勘测设计（第四版

19、），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社4.机动性机动性:是指车辆在最小面积内转向和转弯的能力是指车辆在最小面积内转向和转弯的能力 汽车说明书中给出的转弯直径是指外转向轮的轨迹圆直径。即汽车前轮处于最大转角状态行驶时，汽车前轴离转向中心最远车轮胎面中心在地面上形成的轨迹圆直径。对于一般的轿车来说，它们的转弯直径大约在10到12米之间。转弯直径与汽车的轴距、轮距及转向轮的极限转角直接有关。轴距、轮距越大，转弯直径也越大；转向轮的极限转角越大，转弯直径就越小。道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社 公路路线设

20、计规范（JTG D20-2006）规定了各级公路设计速度对应的圆曲线最小半径值。设计速度（km/h）1201008060403020圆曲线最小半径（m）一般值10007004002001006530最小值650400250125603015圆曲线最小半径圆曲线最小半径道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社 指机动车根据驾驶员的意愿按照规定的方向行驶，且不产生倾覆、滑移的能力。5.行驶稳定性行驶稳定性道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社(1)纵向倒溜当道路的坡度较大，牵引

21、力不足以克服下滑力和摩擦力时，将发生倒溜。牵引力下滑力摩擦力倒溜倾覆重力垂直面支承轮(2)纵向倾覆 当道路的坡度更大，以致于车辆重心超过支承轮着力点垂直面时，将发生倾覆。1).汽车行驶的纵向稳定性汽车行驶的纵向稳定性道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社1)横向滑移 当车辆所受的横向力较大，达到轮胎摩擦力的极限值时，将产生横向滑移。横向力重力滑移支持力摩擦力摩擦力支持力汽车如何减小横向力Y？Y=C.cosGa.sin设置道路的横向坡度i，即超高。“+”表示内坡；“-”表示外坡；bhg2).汽车行驶的横向稳定性汽车行驶的横向稳定性道路

22、勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社(2)横向力系数Y/Ga“-”表示内坡；“+”表示外坡；9.83.63.6km/hm/s“+”表示内坡；“-”表示外坡；道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社不横向滑移的条件！不横向滑移的条件！道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社2).2).汽车行驶的横向稳定性汽车行驶的横向稳定性支承轮横向力重力倾覆支持力摩擦力(3)横向倾覆 当车辆所受的横向力足够大，以致于绕支承轮产生的力

23、矩大于重力力矩，将发生横向倾覆。不倾覆的稳定条件！不倾覆的稳定条件！bhg道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社 设汽车行驶速度为v，方向盘转动的角速度为，经过t秒后，方向盘转动的角度为=t，前轮转动的角度为，=K=Kt，(K1,可调控)；汽车前后轮的轴距为Lo，则汽车的转动半径为：Lo2.2.5 2.2.5 汽车在弯道上的行驶轨迹汽车在弯道上的行驶轨迹道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等

24、著，重庆大学出版社 即曲线上任一点的半径与其距起点的距离成反比。此式即为汽车等速行驶，同时以不变的角速度转动方向盘所产生的行驶轨迹-回旋线回旋线。式中v.Lo/(/(K)为常量，用常数C代替，则:t 秒后，汽车行驶距离为：(1)道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社 回旋线的方程为R L=A2 A为回旋线参数 （2）两式比较，若令（1）中 C=A2，则两式完全相同。因此，汽车等速行驶，同时以不变的角速度转动方向盘所产生的行驶轨迹线为回旋线。道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学

25、出版社 若车辆以等速行驶，若车辆以等速行驶，角速度为零角速度为零，则所产生的，则所产生的行驶轨迹为：？行驶轨迹为：？-圆曲线或直线圆曲线或直线道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社由右图可知:dl=ddx=dl cos 微分参数方程dy=dl sin yxdlddxdylP因 L=C，故:两边积分得:2.2.6.回旋线的数学解析 欲求回旋线上任意点P的坐标（x,y）道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社积分得:代入微分参数方程得:将cos 、sin 用级数展开，得：道路勘

26、测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社即是P点坐标。将级数代入积分,并将=l2/2C、C=l 代入整理，得：道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社特殊地，在回旋曲线终点处则 即是回旋曲线终点坐标。道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社2.2.7 自行车的交通特性自行车的交通特性自行车的交通特性：自行车的交通特性：1、短程性、短程性 2、行进稳定性、行进稳定性 3、动态平衡、动态平衡 4、动力递减性、动力递减性 5、爬

27、坡能力、爬坡能力 6、制动能力、制动能力 7、机动性、机动性道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社 道路是汽车交通的基础、支撑物。道路是汽车交通的基础、支撑物。道路必须符道路必须符合其服务对象合其服务对象:人、货、车的交通特性人、货、车的交通特性,满足它们的交满足它们的交通需求。通需求。道路服务性能的好坏体现在道路服务性能的好坏体现在量、质、形量、质、形三三个方面个方面,即道路建设数量是否充分即道路建设数量是否充分,道路结构能否保证道路结构能否保证安全安全,路网布局、道路线形是否合理。另外路网布局、道路线形是否合理。另外,还有附属还

28、有附属设施、管理水平是否配套等。设施、管理水平是否配套等。2.3 2.3 道路的交通特性道路的交通特性道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社小客车：小客车：只要座位在九人座以下，总车重不超过3500 kg，就算是小客车。小客车的最小转弯半径R6.0 m；小客车的输出功率与载重之比为3.75 kW/kN，在设计时，由于其功率与载重之比值较大，不作为控制因素。道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社载重汽车：载重汽车：包括普通载重汽车、载重车牵引车与半拖挂的组合车。一般载重汽车

29、的最小转弯半径R12.0 m；载重汽车的输出功率与载重之比为0.75 kW/kN，半挂车为的输出功率与载重之比为0.525 kW/kN，半挂车的输出功率与载重之比值较低，为避免工程浪费，也不作为控制因素，但在受半挂车影响较大的特殊公路，在计算纵坡长度和设置爬坡车道时，则要考虑半挂车；在一般公路上，决定路线纵坡和坡段长度时以输出功率在一般公路上，决定路线纵坡和坡段长度时以输出功率与载重之比为与载重之比为0.75 kW/kN的载重汽车作为主要控制的载重汽车作为主要控制。道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社汽汽车车列列车车：有牵引汽车和

30、全挂车或与搭载在牵引汽车上的半挂车组成，也可有货运汽车和全挂车组成。使用鞍式牵引车的汽车列车称为鞍式列车，公路用汽车列车总重限制500吨。半挂车是车轴置于车辆重心（当车辆均匀受载时）后面，并且装有可将水平或垂直力传递到牵引车的联结装置的挂车。即：挂车的总重量一部分由牵引车承受的。挂车的总重量由它自身承受的称为全挂车，通常全挂车也简称挂车。限制通行车辆：除基本标准设计车辆外，有时还必须对大于设计车辆，甚至超过法定尺寸限制的某些车辆的运行作特殊规定，这类车辆称为限制通行车辆。道路勘测设计道路勘测设计（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社（第四版），周亦唐等著，重庆大学出版社右图为一超宽车辆，车厢宽度大约为3.8米（0.1+21.8米+0.1），已经超过了外侧车道的宽度（3.5米）；上图为一超长车辆：总长为33米，轮距宽2.8米；