汽车行驶特性2-1、2.ppt

道路勘测设计,（第二章 汽车行驶特性2-1、2）,周长红 ,第二章 汽车行驶特性,1学习目的： 道路设计是以满足汽车行驶的要求为前提的。 需要研究汽车运动基本规律及对公路的要求，指导公路设计；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。 2研究内容： 研究汽车的驱动力和行驶阻力； 分析汽车运动的基本规律； 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。,3汽车行驶对道路的基本要求：,安全：保证汽车的行驶稳定性，避免发生翻车、倒溜、侧滑等； 迅速：提高车速速度，提高运输效率，降低运输成本。 畅通：足够的视距和路面宽度，合理的路线。,第一节 汽车的驱动力及行驶阻力,一、汽车的驱动力 汽车的动力来源：汽车行驶的驱动力来自它的内燃发动机。,燃料热能活塞机械能产生有效功率N 曲轴 产生每分钟n的转速旋转 产生发动机曲轴扭矩M 离合器变速器传动轴主传动器差速器等驱动轮 产生驱动轮扭矩MK,功率、牵引力和速度的关系： 功率(N) (牵引力)扭矩(M)角速度() 2扭矩(Nm) 转速(rpm)/60 (牵引力)力(T)车速(u),1.发动机曲轴扭矩Mk,发动机曲轴上的扭矩M经过变速箱（速比ik）和主传动器（速比i0）两次变速 两次变速的总变速比为：=i0ik；,2.扭矩的传递,传动系统的机械效率为1.0； 传到驱动轮上的扭矩Mk为： 驱动轮上的转速nk为：,3.驱动轮扭矩Mk,车速V与发电机转速关系：,4.驱动轮驱动力,汽车在行驶中，由于迎面空气质点的压力，车后的真空吸力及空气质点与车身表面的摩擦力阻碍汽车前进，总称为空气阻力。,二、汽车的行驶阻力,式中：K空气阻力系数，它与汽车的流线型有关； 空气密度，一般=1.2258（Ns2m4）； A 汽车迎风面积（或称正投影面积）（m2）； v 汽车与空气的相对速度（ms），可近似地取汽车的行驶速度。,1空气阻力,将车速v（ms）化为V（kmh）并化简，得,对汽车列车的空气阻力，一般可按每节挂车的空气阻力为其牵引车的 20% 折算。,2道路阻力,道路阻力是由弹性轮胎变形和道路的不同路面类型及纵坡度而产生的阻力，主要包括滚动阻力和坡度阻力。 （1）滚动阻力 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。 在柔性路面上汽车行驶时汽车不仅轮胎变形，而且路面也会变形，其接触面之间产生摩擦要消耗部分功率（路面支反力前移，与车轮重力形成反向力矩）。 另外，由于路面的不平整而造成轮胎震动和撞击引起部分功率的消耗。,滚动阻力与汽车的总重力成正比，若坡道倾角为时，其值可用下式计算。 RfGfcos 由于坡道倾角一般较小，认为cos1，则 Rf=Gf （N） 式中：Rf滚动阻力（N）； G 车辆总重力（N）； f 滚动阻力系数，它与路面类型、轮胎结构和行驶速度等有关，一般应由试验确定，在一定类型的轮胎和一定车速范围内，可视为只和路面状况有关的常数。,汽车在坡道倾角为的 道路上行驶时，车重G在平行 于路面方向的分力为Gsin， 上坡时它与汽车前进方向相反，阻碍汽车行驶；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 Ri = Gsin 坡道倾角一般较小（ 10 ），认为sintgi，则 Ri = Gi （N） 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。,（2）坡度阻力,RR = G（f+i） 式中：f+i 统称道路阻力系数。,滚动阻力和坡度阻力均与道路状况有关，且都与汽车的总重力成正比，将它们统称为道路阻力，以RR表示：,汽车变速行驶时，需要克服其质量变通运动时产生的惯性力和惯性力矩称为惯性阻力，用RI表示。 汽车的质量：平移质量 旋转质量,3惯性阻力,平移质量的惯性力：,旋转质量的惯性力矩：,惯性阻力计算：,式中：惯性力系数（或旋转质量换算系数）。 l12ik2 1表示汽车车轮惯性力的影响系数，一般1=0.030.05； 2表示发动机飞轮惯性力的影响系数，一般小客车2=0.050.07，载重汽车2=0.040.05； ik变速箱的速比。,汽车的总行驶阻力R为： R = Rw十RR十Rj,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：,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%,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： T = R = Rw+RR+RI 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,其中: U=80%90%, 修正系数（负荷率）,2汽车的行驶条件,汽车在道路上行驶，当驱动力等于各种行驶阻力之和时，汽车就等速行驶；当驱动力大于各种行驶阻力之和时，汽车就加速行驶；当驱动力小于各种行驶阻力之和时，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 汽车行驶的必要条件（即驱动条件） ： T R,驱动力小于或等于轮胎与路面之间的附着力，即 T Gk 式中：附着系数，主要取决于路面的粗糙程度和潮湿泥泞程度，轧胎的花纹和气压，以及车速和荷载等； Gk驱动轮荷载，一般情况下，小汽车为总重的0.50.65倍，载重车为总重的0.650.80倍。,汽车行驶的充分条件：,第三节 汽车的动力特性及加、减速行程,汽车的动力性能：汽车行驶时具有的爬坡能力、行驶速度、以及加减速性能。 一、汽车的动力因数 汽车的运动方程式：T = Rw+RR+RI 改变形式 T - Rw= RR+RI 上式等号左端T-Rw称为汽车的后备驱动力，T、RW之值均与汽车的构造和行驶速度有关。 代入表达式,令上式左端为D，即,为使不同类型汽车的动力性进行比较，且有相同的评价尺度，将上式两端分别除以车辆总重G，得,D称为动力因数，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。,道路阻力系数,当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D进行修正。方法是给D乘以一个修正系数，,海拔荷载修正系数:,称为动力因数D的海拔荷载修正系数，其值为,式中：海拔系数，见图2-5,或 =（1-2.2610-5H）5.3 其中，H 为海拔高度（m）； G 满载时汽车的总重力（N）； G实际装载时汽车的总重力（N）。,当汽车的动力因数为D，道路阻力为，汽车的行驶状态有以下三种情况： 当D时： 加速行驶,二、汽车的行驶状态,由,得,当=D时: a0 等速行驶,当D时： 减速行驶,式中：道路阻力系数，,若汽车在道路阻力为1的坡道上行驶： 平衡速度：任意的D相应等速行驶的速度，用V1表示。 临界速度：每一排档最大动力因数Dmax对应的速度，