道路勘测设计汽车行驶特性

道路勘测设计汽车行驶特性

道路是为汽车行驶服务的，要满足汽车在道路上行驶安全、迅速、经济、舒适、低公害的要求，就必须从驾驶者、汽车、道路、和交通管理等方面来保证。在上述因素中，道路的线形设计与汽车行驶特性最为密切。因此，在道路线形设计时，需要研究汽车在道路上的行驶特性及其对道路设计的具体要求，这是道路线形设计的理论基础。

第2页,共118页，2024年2月25日，星期天道路线形设计要保证：

1保证汽车行驶的稳定性，即保证安全行车，不翻车、不倒溜、不侧滑，这就需要合理设置纵横坡度、弯道，以及保证车轮与地面的附着力等。

2尽可能提高车速。

3保证道路行车畅通，即保证汽车不受阻或少受阻。这就需要有足够的视距和路面宽度、合理地设置平竖曲线，以及减少道路交叉等。

第3页,共118页，2024年2月25日，星期天4尽量满足行车舒适，即采用符合视觉舒适要求的曲线半径，注意线形与景观的协调、沿线的植树绿化等。

本章主要介绍汽车的驱动力和行车阻力，汽车的动力特性，汽车的行驶稳定性、制动性和燃油经济性。在表2－1中列出了几种有代表性的国产汽车的主要技术性能。第4页,共118页，2024年2月25日，星期天

第一节汽车的驱动力及行驶阻力

Thedrivingmotiveforceanddrivingresistance

一﹑汽车的驱动力

汽车在道路上行驶时，必须有足够的驱力来克服各种行驶阻力。

车行驶的驱动力来自它的内燃发动机，其传力过程如下：第5页,共118页，2024年2月25日，星期天

在发动机里热能转化为机械能→有效功率N→曲轴旋转（转速为n），产生扭矩M→经变速和传动，将M传给驱动轮，产生扭矩MK→驱动汽车行驶。第6页,共118页，2024年2月25日，星期天1.发动机曲轴扭矩M

如将发动机的功率N、扭矩M与曲轴转速n之间的函数关系以曲

线表示，则该曲线称为发动机特性曲线。如果发动机节流阀全开，即

高压油泵在最大供油量位置，则此特性曲线称为发动机外特性曲线；

如果节流阀部分开启，即部分供油，则称此特性曲线为发动机部分负荷特性曲线。第7页,共118页，2024年2月25日，星期天

在进行汽车驱动性能分析时，只需研究外特性曲线（参见图2-1），nmin为发动机的最小稳定工作转速。随着曲轴转速的增加，发动机发出的功率和扭矩都在增加。最扭矩MMAX时的曲轴转速为nM，若转速再增加时，扭矩M有所降低，但功率N继续增加，一直到最大功率NMAX，此时曲轴转速为nN。当转速继续增大时，功率N下降，直到允许的发动机最高转速为nMAX。对于不同类型的发动机，其输出的功率不同，故产生的扭矩也不同。它们之间的关系如下：第8页,共118页，2024年2月25日，星期天把扭矩M与转速n之间的函数关系M=M(n)称为扭矩曲线，而把功率N与转速n之间的函数关系

N=N(n)称为功率曲线，并通过上式可以使它们相互转换。通常情况下，上述两条曲线已由厂家绘于发动机的技术说明书中，图2－2为东风EQ－104型汽车发动机的外特性曲线有时未给定发动机特性曲线，只给出最大功率NMAX

及其对应的曲轴转速nN

，则可通过下面的经验公式近似地计算发动机的功率线N=N(n)，即：第9页,共118页，2024年2月25日，星期天第10页,共118页，2024年2月25日，星期天式中：Nmax――发动机的最大功（KW）；

nN―――发动机的最大功率所对应的转速(r/min);

α1、α2、α3―――与发动机类型有关的系数，对汽油发动机可近似地取α1＝α2＝α3＝1。

然后，按前面的公式换算成扭矩曲线M=M(n)。第11页,共118页，2024年2月25日，星期天如果同时给定最大功率NMAX及其对应的曲轴转速nN，以及最大

扭矩MMAX及其对应的曲轴转速nM，则可用下式直接计算扭矩曲线

M=M(n)，即：

第12页,共118页，2024年2月25日，星期天MN―――最大功率所对应的扭矩

nN―――最大功率所对应的转速(r/min);

nM―――最大扭矩所对应的转速(r/min);

n―――转速(r/min)。

2.驱动轮扭矩MK

汽车车轮分为驱动轮和从动轮。驱动轮上有发动机传来的扭矩MK，在MK

的作用下驱使车轮滚动向前。而从动轮上无扭矩作用，它的滚动是驱动轮上的力经车架传至从动轮的轮轴上而产生运动。第13页,共118页，2024年2月25日，星期天一般汽车均系前轮为从动轮，后轮为驱动轮。只有某些特殊用途的汽车前后轮均为驱动轮。

汽车发动机曲轴传至驱动轮上的扭矩按下式计算，即：第14页,共118页，2024年2月25日，星期天式中：MK―――驱动轮扭矩(N.m);

M―――发动机曲轴扭矩(N.m);

γ―――总变速比，γ＝i0ik

；

i0―――传动器变速比，见表2－1；

iK―――变速箱变速比，见表2－1；

ηT―――传动系统的机械效率，一般载重汽车取0.80~0.85,小客

车取0.85~0.95。第15页,共118页，2024年2月25日，星期天

此时，驱动轮上的转速nK=n/γ,相应的车速V为

式中：V―――汽车行驶速度(km/h);

n―――发动机曲轴转速(r/min);

r―――车轮工作半径(m)，即变形直径，它与内胎气压、外胎构造、路面刚性与平整性、以及荷载有关，一般取r=(0.93~0.96)r0；

r0―――未变形直径。

第16页,共118页，2024年2月25日，星期天3汽车的驱动力

如图2－3所示，汽车行驶时，共有以下几个力：

第17页,共118页，2024年2月25日，星期天作用于驱动力上的扭矩MK，在驱动

轮上的汽车重力G以及与之相平衡的反

力G/,行驶正面阻力和路面水平反力。

把驱动轮上的扭矩MK用一对力偶Ta

和T代替，Ta作用在轮缘上与路面水平

反力F相抗衡，T作用在轮轴上推动汽

车前进，称为驱动力（或牵引力），

与汽车行驶阻力R相抗衡。驱动力可按

下式计算，即：第18页,共118页，2024年2月25日，星期天

由上式可以看出，如要获得较大的驱动力T，必须要有较大的总变速比γ。担γ增大，车速V就降低。因此，对同一汽车发动机而言，要同得到较大的驱动力和较高的车速是不可能的，二者不可能兼得。为此，对汽车设置了几个排挡，每一排挡都具有固定不变的总变速比，以及该排挡下的最大车速和最小车速。当使用低排挡

时，变速比γ值较大，驱动力T也大，但车速V较小；而使用高排挡时，变速比γ值较小，驱动力T也较小，但车速较大。第19页,共118页，2024年2月25日，星期天

上式为驱动力T与扭矩M之间的函数关系式。同样，根据式（2－1）

可推导出驱动力T与功率N之间的关系式为：第20页,共118页，2024年2月25日，星期天二﹑汽车的行驶阻力

汽车在行驶过程中需要不断克服各种阻力，这些阻力有的来自空气的阻力，有的来自道路摩擦力，有的来自汽车上坡行驶时产生的阻力，有的来自汽车变速行驶时克服惯性的阻力，这些阻力可以分为空

气阻力、道路阻力和惯性阻力，下面分述之。第21页,共118页，2024年2月25日，星期天空气阻力

汽车在行驶过程中所受的空气阻力主要包括：

（1）迎面空气质点的压力；

（2）车后真空吸力；

（3）空气质点与车身表面的摩擦力。

现代汽车行驶速度高，空气阻力对汽车行驶的动力性和燃油经济性影响较大，当行驶速度在100km/h以上时，有时一

半功率用来克服空气阻力。

第22页,共118页，2024年2月25日，星期天

由空气动力学的研究与试验结果可知，空气阻力RW可以

用下式计算：

式中：K―空气阻力系数，

ρ―空气密度，一般ρ＝1.2258(N.s2/m4);

A―汽车迎风面积，即正投影面积（m2）；

V―汽车与空气的相对速度(m/s)，可近似地取汽车行驶速度。第23页,共118页，2024年2月25日，星期天汽车的空气阻力系数与迎风面积表2-3

车型迎风面积A（m2）空气阻力系数K

小客车1.4~1.90.32~0.50

载重车3.0~7.00.60~1.00

大客车4.0~7.00.50~0.80

将车速V(m/s)化为V(km/h)，并化简得：

对于汽车挂车的空气阻力，一般可按每节挂车的空气阻力为其牵引

车空气阻力的20％计算。

第24页,共118页，2024年2月25日，星期天道路阻力

由道路给行驶的汽车产生的行驶阻力，主要包括滚动阻力和坡度阻力。

（1）滚动阻力

车轮在路面上滚动所产生的阻力，称为滚动阻力。它是由路面和轮胎变形引起的，与路面种类、状态、车速、轮胎结构及充气压力等有关。一般情况下，滚动阻力与汽车的总重力成正比，若坡道倾角为α时，其值可按下式计算：

由于坡道倾角一般较小，认为,则第25页,共118页，2024年2月25日，星期天式中：Rf―――滚动阻力(N)；

G―――车辆总重力(N)；

f―――滚动阻力系数，见表2－4。

各类路面滚动阻力系数f值表2-4

第26页,共118页，2024年2月25日，星期天路面类型水泥及沥青表面平整黑碎石路面干燥平整潮湿不平

混凝土路面色碎石路面的土路整的土路

f值0.01~0.020.02~0.0250.03~0.050.04~0.050.07~0.15

第27页,共118页，2024年2月25日，星期天（2）

坡度阻力

汽车在坡道倾角为α的道路上行驶时，车重G在平行路面方向的分力为，上坡时它与汽车前进方向相反，阻碍汽车的行驶；而下坡时与前进方向相同，助推汽车行驶。坡度阻力可用下式计算：

因坡道倾角一般较小，认为，则第28页,共118页，2024年2月25日，星期天式中：Ri―――坡度阻力(N)；

G―――车辆总重力(N)；

i―――道路纵坡度，上坡为正，下坡为负。

道路阻力为滚动阻力与坡度阻力之和，可按下式计算第29页,共118页，2024年2月25日，星期天式中：RR―――道路阻力(N)；

f+i―――统称道路阻力系数。

（3）惯性阻力

汽车变速行驶时，需要克服其质量变速运动时产生的惯性力和惯性力矩，统称为惯性阻力。

汽车的质量分为平移质量和旋转质量（如飞轮、齿轮、传动轴和车轮等）两部分。在汽车变速运动时，平移质量产生惯性力，旋转质量产生惯性力矩。第30页,共118页，2024年2月25日，星期天平移质量的惯性力

旋转质量的惯性力矩

式中：I―――旋转部分的转动惯量；

―――旋转部分转动时的角加速度。第31页,共118页，2024年2月25日，星期天

汽车旋转部分较多，且各部分的转动惯量和角加速度各不相同，计算相当复杂。为简化计算，一般给平移质量惯性力乘以大于1的系数δ，来近似代替旋转质量惯性力矩的影响，即：

式中：RI―――惯性阻力(N)；

G―――车辆总重力(N)；

g―――重力加速度(m/s2)；

a―――汽车的加速度（正值）或减速度（负值）(m/s2)；

δ―――惯性力系数，其值可用下式计算第32页,共118页，2024年2月25日，星期天δ1――汽车车轮惯性力影响系数，一般δ1＝0.03~0.05;

δ2―――发动机飞轮惯性力的影响系数，一般小客车δ2＝0.05~0.07,载重汽车δ2=0.04~0.05;

ik――变速箱的速比，查表2－1。

这样，汽车的总行驶阻力R为第33页,共118页，2024年2月25日，星期天

在上述几种阻力中，空气阻力和滚动阻力永为正值，亦即在汽车行驶的任何情况下都存在；坡度阻力当上坡时为正值，平坡为零，下坡为负值；而惯性阻力则是：加速为正值，等速为零，减速为负值。第34页,共118页，2024年2月25日，星期天三﹑汽车的运动方程式与行驶条件

1.汽车的运动方程式

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。

当驱动力与汽车总行驶阻力相等的时候，称为驱动平衡。其驱动平衡方

程式（即汽车运动方程式）为：第35页,共118页，2024年2月25日，星期天

驱动力可按式（2－6）计算，该式为节流阀全开的情况。如果节流阀部分开启，要对驱动力T进行修正。修正系数用U表示，称为负荷率。即：

式中：U―――负荷率，取U＝80～90％。

将有关公式代入式（2－12），则汽车的运动方程为：第36页,共118页，2024年2月25日，星期天2.汽车的行驶条件

汽车在道路上行驶，当驱动力等于总行驶阻力时，汽车就等速行驶；当驱动力大于总行驶阻力时，汽车就加速行驶；当驱动力小于总行驶阻力时，汽车就减速行驶，直至停车。所以，要使汽车行驶，必

须具有足够的驱动力来克服各种行驶阻力。即：第37页,共118页，2024年2月25日，星期天

上式是汽车行驶的必要条件，即驱动条件。

只有足够的驱动力还不能保证汽车的正常行驶。若驱动轮与路面之间的附着力不够大，车轮将在路面上打滑，不能行进。第38页,共118页，2024年2月25日，星期天第二节汽车的动力特性及加、减速行程

car’spowercharacteristicandaccelerateordeceleratejourney第39页,共118页，2024年2月25日，星期天

汽车的动力性能系指汽车所具有的加速、上坡、最大速度等性能。汽车的动力性越好，速度就越高，所能克服的行驶阻力也就越大。本节主要介绍汽车的最高速度、最小稳定速度以及汽车的加、减速行程，为道路的纵断面设计提供依据。第40页,共118页，2024年2月25日，星期天一、汽车的动力因数

car’spowerfactor

为便于分析，将式（2－12）作如下改变

上式等号左端（即驱动力与空气阻力之差）称为汽车力后备驱动力，其值与汽车的构造和行驶速度有关；等号右端为道路阻力RR与惯性阻力RI之和，其值主要与动力状况和汽车的行驶方式有关，将右端行驶阻力表达式代入，得：

第41页,共118页，2024年2月25日，星期天将上式两端同时除以车辆总重G，得：

(2-16)

令上式右端为D，即

(2-17)

D称为动力因数，它表征某种类型的汽车在海平面高程上，满载的情况下，每单位车重克服道路阻力和惯性阻力的性能。将有关公式代入式（2－17），得

第42页,共118页，2024年2月25日，星期天显然，D可以表示为车速V的二次函数，即

式中第43页,共118页，2024年2月25日，星期天

为使用方便，可用曲线表示D与V的函数关系，称为动力特性图。表2－4为东风EQ－104载重汽车原始数据，图2－4为东风EQ－104载重汽车的动力特性图。利用该图可以查出各排挡下不同车速

对应的动力因数值。第44页,共118页，2024年2月25日，星期天第45页,共118页，2024年2月25日，星期天

动力因数和动力特性是按海平面及汽车满载情况下的标准值绘制的。若道路所在地不在海平面上，汽车也不是满载，由于海拔增高，气压降低，使发动机的输出功率、汽车的驱动力及空气阻力都随之降低。所以，应对动力因数进行修正，方法是给D乘上一个修正系数λ，即第46页,共118页，2024年2月25日，星期天式中：ξ―――海拔系数，见图2－5；

G―――满载时汽车的总重力(N)；

G’―――实际装载时汽车的总重力(N)。则：第47页,共118页，2024年2月25日，星期天第48页,共118页，2024年2月25日，星期天二、汽车的行驶状态

Car’srunningstate

1道路阻力系数

由式（2－19）可得

式中：ψ―――道路阻力系数，。

第49页,共118页，2024年2月25日，星期天汽车的行驶状态有以下三种情况：

当ψ<D时a>0加速行驶

当ψ＝D时a＝0等速行驶

当ψ>D时a<0减速行驶

2、平衡速度

汽车等速行驶的速度称为平衡速度，用VP表示，可用下述方法求得：第50页,共118页，2024年2月25日，星期天则

解此方程，得

(2-21)

平衡速度有如下物理意义：如图2－6所示，若汽车在道路阻力系数为的坡道上行驶时，与对应的平衡速度为V1。当汽车的行驶速度V>V1时，汽车将减速行驶，直到V1为止；当V<V1时，汽车将加速行驶，直到V1为止。第51页,共118页，2024年2月25日，星期天临界速度（最小稳定速度）

每一排挡都存在各自的最大动力因数Dmax，与之对应的速度称为临界速度（最小稳定速度），用VK

表示。某一排挡的临界速度可从动力特性图上查得，也可用下式计算：

由dD/dV=0，得

(2-22)

如图2－7所示，当时，汽车可采用V1或V2的任意速度行驶。第52页,共118页，2024年2月25日，星期天第53页,共118页，2024年2月25日，星期天

临界速度的物理意义如下：当采用V1>VK的速度行驶时，若道路阻力额外增加（如道路局部坡度增大，路面出现坑凹或松软等），汽车可以自动在原来排挡上降低车速，以获得较大的道路因数D值来克服额外阻力，待阻力消失后，汽车可自动速到V1的行驶速度，这种状态称为稳定行驶。当汽车采用V2<VK的速度行驶时，若道路阻力额外增加，汽车将减速行驶，而D值随之减小，如果此时不换挡或开大节流阀，汽车将因发动机熄火而停驶。这种状态称为不稳定状态。第54页,共118页，2024年2月25日，星期天来克服额外阻力，待阻力消失后，汽车可自动速到V1的行驶速度，这种状态称为稳定行驶。当汽车采用V2<VK的速度行驶时，若道路阻力额外增加，汽车将减速行驶，而D值随之减小，如果此时不换挡或开大节流阀，汽车将因发动机熄火而停驶。这种状态称为不稳定状态。

4最高速度

第55页,共118页，2024年2月25日，星期天

汽车的最高速度是指节流阀全开、满载的情况下，在表面平整坚实的水平路面上作稳定行驶时的最大速度。每一排挡都有各自的最高速度，可按下式计算：

(2-23)

式中：nmax―――汽车发动机的最大转数(r/min)。

在每一排挡下，汽车都有最高速度和最小稳定速度，二者差值越大，表示汽车对道路阻力的适应性越强。第56页,共118页，2024年2月25日，星期天三、汽车的爬坡能力

car’sclimbingcapability

1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最大纵坡度。因a=0，由式（2－19）可得

(2-24)

在每一排挡下，汽车的爬坡能力都不相同。一般来说，排挡越低，爬坡能力越强。第57页,共118页，2024年2月25日，星期天最大爬坡能力

汽车的最大爬坡能力是用最大爬坡坡度来衡量的。最大爬坡坡度是指汽车在坚硬路面上用最低挡作等速行驶时所能克服的最大坡度。由于最低挡爬坡能力大，坡道倾角α也大，此时，

应该用下式计算，即

解此三角函数方程式，得第58页,共118页，2024年2月25日，星期天式中：――最低挡所能克服的最大坡道倾角；

f―――滚动阻力系数；

――最低挡的最大动力因数。

则，最大爬坡坡度为

第59页,共118页，2024年2月25日，星期天四、汽车的加、减速行程

Car’saccelerateordeceleratejourney

1.加、减速行程计算公式

由ds=vdt及加、减速度a=dv/dt(m/s2)，得第60页,共118页，2024年2月25日，星期天(2-26)

将

代入得

第61页,共118页，2024年2月25日，星期天令,则方程（2－26）的解分为下述几种情况：（1）B>0时（即）时

(2-27)

当时，为加速行程；

当时，为减速行程第62页,共118页，2024年2月25日，星期天（2）B＝0（即）时

(2-28)

因，只能减速行驶，

且。第63页,共118页，2024年2月25日，星期天（3）B>0（即）时

(2-29)

式中arctg以弧长即。

当时，为减速行程。第64页,共118页，2024年2月25日，星期天2加、减速行程图

为使用方便，根据已知数据将加、减速行程绘成图，以备查用。图2－8为东风EQ－140型载重汽车加、减速行程图。图中左下到右上的曲线为加速行程，左上到右下的曲线为减速行程。本图采用直角第65页,共118页，2024年2月25日，星期天第66页,共118页，2024年2月25日，星期天第67页,共118页，2024年2月25日，星期天

坐标绘制，横坐标为距离行程λS，单位为m；纵坐标为车速，单位为km/h。曲线上数字代表道路阻力系数(%)。

3加、减速行程图的用法

图2－9为任意两条加、减速行程曲线，其主要用法有两种：第68页,共118页，2024年2月25日，星期天第69页,共118页，2024年2月25日，星期天（1）已知道路阻力系数(%)、初速度V1和终速度V2，求加速最短行程Sa和减速最大行程Sd。即

（2）已知道路阻力系数(%)、初速度V1、加速最短行程λSa或减速最大行程λSd，求终速度V2。在行程图上可直接查得。第70页,共118页，2024年2月25日，星期天第三节汽车的行驶稳定性

Stabilityofgoingoftheautomobile第71页,共118页，2024年2月25日，星期天

汽车的行驶稳定性是指汽车在行驶过程中，在外界不利因素的影响下，尚能保性两种；从丧失稳定性持正常行驶状态和方向，不致失去控制而产生滑移或倾覆等的能力。

汽车行驶的稳定性从不同方向来看，可有纵向稳定性和横向稳定的方式来看可有滑动稳定性和倾覆稳定性两种。分析和确保汽车行驶的稳定性对于合理设计汽车的结构尺寸、正确设计公路、保证行车安全、提高运输生产率、减轻驾驶员的疲劳强度，有着十分重要的意义。第72页,共118页，2024年2月25日，星期天影响汽车行驶稳定性主要有以下三方面的因素：

1.汽车本身的结构参数。

2.驾驶员的因素。如驾驶员开车时的思想集中状况、反映快慢、技术熟练程度、动作灵活程度等因素对驾驶员能否作出准确判断、及时采取措施使汽车趋与稳定有直接关系。

3.道路与环境等外部因素。第73页,共118页，2024年2月25日，星期天汽车行驶的纵向稳定性

Verticalstabilitythattheautomobilegoes

图2－10为汽车等速上坡时的受力图:惯性阻力为零，因上坡时车速低可,

忽略空气阻力和滚动阻力图中G汽车总重力,α为坡道倾角，hg为重心高度,Z1和Z2为作用在前、后轮上的法向反作用力,X1和X2为作前后轮上的切向反作用力,L为汽车轴距,l1和l2为汽车重心至前后轴的距离,O点为汽车重心,O1和O2为前、汽车行驶的纵向稳定性后轮与路面接触点。

第74页,共118页，2024年2月25日，星期天第75页,共118页，2024年2月25日，星期天1.纵向倾覆(Topplevertically)

产生纵向倾覆的临界状态是汽车前轮法向反作用力Z1为零，此时汽车可能绕O2点发生倾覆现象。对O2点取矩并让Z1＝0，得

(2-30)

式中：a。―――Z1为零时的极限倾角；

i。―――Z1为零时道路的纵坡度。

第76页,共118页，2024年2月25日，星期天2.纵向滑移（Slipandmovevertically）对于后轮驱动的汽车，根据附着条件，驱动力不产生滑移的临界状态是:式中：―――产生纵向滑移临界状态时坡道的倾角；则则

(2-31)―――产生纵向滑移临界状态时;第77页,共118页，2024年2月25日，星期天

当坡道倾角（或道路纵坡度时），汽车可能发生纵向滑移。iφ的大小主要取决于驱动轮荷载GK与汽车总重力G的比值，以及附着系数φ值，因此，要防止汽车滑移一方面要增加汽车重量，另一方面要增加车轮与路面的附着力。

3.纵向稳定性保证（Verticalstabilityguaranteeing）

第78页,共118页，2024年2月25日，星期天

分析式（2－30）和（2－31），一般

接近于1,而

远远小于1，所以

或

也就是说，汽车在坡道上行驶时，在发生纵向倾覆前先,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。所以，汽车行驶的纵向稳定条件为

第79页,共118页，2024年2月25日，星期天(2-32)

只要设计的道路纵坡度满足上式条件，当汽车满载时一般都能保证纵向行驶的稳定性。但在运输中装载过高时，由于重心高度hg的增大，有可能破坏纵向稳定性条件，所以，应对汽车装载高度有所限制。

第80页,共118页，2024年2月25日，星期天二.汽车行驶的横向稳定性

Horizontalstabilitythattheautomobilegoes

汽车行驶时，常受到横向力的影响，例如重力、惯性力等的横向分力。因而，汽车行驶时，在横向力作用下有可能产生横向滑移或横向倾覆。为保证行车安全，必须分析和研究汽车行驶的横向稳定性。

第81页,共118页，2024年2月25日，星期天汽车在平曲线上行驶时力的平衡

Balanceofstrengthwhilegoingontheflatcurveofautomobile

汽车在平曲线上行驶时会产生离心力，其作用点在汽车重心,其方向水平背离圆心。汽车离心力的大小与行驶速度的平方成正比,而与平曲线半径成反比，计算公式为

第82页,共118页，2024年2月25日，星期天式中：F―――离心力（N）；

R―――平曲线半径（m）

v―――汽车行驶速度（m/s）。

第83页,共118页，2024年2月25日，星期天

在平曲线上行驶的汽车，离心力对其稳定性的影响很大，它可使汽车向外侧滑移或倾覆。为了减少离心力的作用，保证汽车在平曲线上稳定行驶，必须使平曲线上路面做成外侧高、内侧低，呈单向横坡形式，称为横向超高。如图2－11所示，汽车行驶在具有超高的平曲线上时，其车重的水平分力可以抵消一部分离心力的作用，其余部分由汽车轮胎与路面之间的横向摩擦力与之平衡。

第84页,共118页，2024年2月25日，星期天第85页,共118页，2024年2月25日，星期天

将离心力F与汽车重力G分解为平行于路面的横向力X和垂直于路面的竖向力Y，即

由于路面横向倾角α一般较小，则

其中

称为横向超高坡度（简称超高率），所以

第86页,共118页，2024年2月25日，星期天

横向力X是汽车行驶的不稳定因素，竖向力是稳定因素。就横向力而言，只从其值的大小是无法反映不同重量汽车的稳定程度。例如，5KN的横向力若作用在小汽车上，可能使其横向倾覆或滑移，而作用在重型载重汽车上可能是安全的。于是采用横向力系数来衡量稳定性程度，其定义为单位车重的横向力，即

将车速v(m/s)化为V(km/h)，则

第87页,共118页，2024年2月25日，星期天式中：R―――平曲线半径（m）；

μ―――横向力系数；

V―――行车速度（km/h）；

ih―――横向超高坡度。

上式表达了横向力系数与车速、平曲线半径及超高之间的关系。车速V越大、平曲线半径R越小、横向超高坡度ih越小，则横向力系数μ越大，汽车的横向稳定性就越差。此式对确定平曲线半径、超高率及评价汽车在平曲线上行驶时的安全性和舒适性有十分重要的意义。

第88页,共118页，2024年2月25日，星期天2.横向倾覆条件分析

Toppleconditionanalysishorizontally

汽车在平曲线上行驶时，由于横向力的作用，可能汽车绕外使侧车轮接触点产生向外倾覆的危险。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

第89页,共118页，2024年2月25日，星期天一般情况下，比G小得多，可忽略不计，则

(2-34)

式中：b―――汽车轮距（m）

hg―――汽车重心高度（m）。

将式（2－34）代入式（2－23）并整理，得

(2-35)

第90页,共118页，2024年2月25日，星期天利用上式可以确定：

（1）汽车在平曲线上行驶时，若已知汽车运行速度V，则可计算汽车不产生横向倾覆的最小平曲线半径R；

（2）若已知平曲线半径R和横向超高坡度ih，则可计算汽

车不产生横向倾覆的最大允许行驶速度。

3.横向滑移条件分析

Moveconditionanalysishorizontallyandslipperily

第91页,共118页，2024年2月25日，星期天

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与路面之间的横向附着即

(2-36)

第92页,共118页，2024年2月25日，星期天式中：―――横向附着系数，一般：，φ见表2－5。

(2-37)

同样,利用上式可以计算出汽车在平曲线上行驶同时，不产生横向滑移的最小平曲线半径R或最大允许行驶速度V。

第93页,共118页，2024年2月25日，星期天4.横向稳定性的保证

Assuranceofthehorizontalstability

由式（2－34）和式（2－36）可知，汽车在平曲线

上行驶时的横向稳定性主要取决于μ值的大小。现代汽车

在设计制造时，一般重心较低，

，即

而

所以

也就是汽车在平曲线上行驶时，在发生横

第94页,共118页，2024年2月25日，星期天横向倾覆之前，先产生横向滑移现象。为此,在道路设计时应首先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。只要设计时采用的μ值满载式（2－36）的条件，一般在满载的情况下都能保证行车的横向稳定性。但在装载过高时，可能发生横向倾覆,应严格控制超高。三.汽车行驶的纵横组合向稳定性

Theautomobilegoestomakeituptothestability

第95页,共118页，2024年2月25日，星期天

汽车行驶在具有一定坡度的小半径平曲线上时，较直线上增加了一项弯道阻力。对上坡的汽车来说，耗费的率增加，行车速度降低。对下坡的汽车来说，有沿纵、横组合坡度方向倾斜、滑移和装载偏重的可能，这对汽车的行驶是相当危险的。因此，对坡度、曲线半径和行车速度等都要严格控制。

第96页,共118页，2024年2月25日，星期天

如图2－12所示，汽车行驶在纵坡度为i(tgα)和横向超高坡度为ih(tgβ)的下坡路段上，作用在前轴上的荷载W1为

离心力F分配在前轴上的荷载W2为

则，前轴总荷载为

第97页,共118页，2024年2月25日，星期天

因倾角α和β都很小，上式可以简化为

在有平曲线的坡道上，前轴荷载增加量与W/的比值为

在平直路段上，作用于前轴的荷载W/为

对载重汽车，一般

第98页,共118页，2024年2月25日，星期天

则

在直坡道上

则I=I。

即汽车沿直坡道下坡时,

前轴荷载增加量与在

直路段前轴荷载的比率

等于该路段的纵坡度。

第99页,共118页，2024年2月25日，星期天

曲线上如果也以直线上相同大小的最大纵坡imax作为控制，则有下式成立，即

将v(m/s)化成V(km/h)并整理，得

式中：imax―――汽车允许最大纵坡度；

R―――平曲线半径（m）

V―――行车速度（km/h）；

ih―――横向超高坡度。

第100页,共118页，2024年2月25日，星期天上式即为汽车沿纵、横组合方向的稳定条件，利用该式可以确定：

（2）若已知平曲线半径R和纵坡度i，则可计算汽车稳

定行驶的最大允许行驶速度V；

（3）若已知汽车运行速度V和纵坡度i，则可计算汽车

稳定行驶的最小平曲线半径R。

第101页,共118页，2024年2月25日，星期天第102页,共118页，2024年2月25日，星期天

第四节汽车的制动性

MotorVehicleBrakingPerforman第103页,共118页，2024年2月25日，星期天

汽车的制动性是指汽车行驶中强制降低车速以至停车，或在下坡时能保持一定速度稳定行驶的能力。

汽车的制动性直接关系到汽车的行驶安全，一些重大交通事故往往与制动距离太长有关。所以，具有良好的制动性能，是汽车安全行驶的重要保障。影响汽车制动性的因素主要有汽车的制动机构、人体技能以及路面状况等。第104页,共118页，2024年2月25日，星期天一、汽车制动性的评价指标

1制动效能

（1）制动减速度

（2）制动时间

（3）制动距离

其中制动距离是最基本的评价指标，是汽车从降低车速开始到停车的最小距离。

2制动效能的热稳定性

3制动时汽车的方向稳定性

后两个指标与道路设计无关，主要应用于汽车的设计与制造。第105页,共118页，2024年2月25日，星期天制动距离

1制动平衡方程式

汽车制动时，给车轮施加以制动力P以阻止车轮前进。在急刹车时P值最大，而最大的P值取决于轮与路面之间的附着力。在附着系数较小的路面上，若制动力大于附着力，车轮将在路面上滑移，易使制动方向失去控制，这是绝对不允许的。所以，制动力P的极限值为

P＝Gφ第106页,共118页，2024年2月25日，星期天

式中：G―――分配到制动轮上的重力。现代汽车全部车轮均为制动轮，G值变为汽车的总重力；

φ―――路面与轮胎之间的附着系数，见表2-5。

制动力P的方向与汽车的运动方向相反。另外，因汽车制动时速度减少很快，可忽略空气阻力。所以，制动平衡方程式为

即GΦ+GΨ+δGa/g=0(2-40)

a=-g(Φ+Ψ)/δ(2-41)第107页,共118页，2024年2月25日，星期天式中：a―制动减速度(m/s2)；

Ψ―道路阻力系数，Ψ=f+i

2制动距离

因，则

将v(m/s)化为V(km/h)并积分，得

(2-42)第108页,共118页，2024年