第2章汽车行驶理论s.ppt

第二章汽车行驶性能,1学习目的：道路设计是以满足汽车行驶的要求为前提的。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。,第一节概述,一、汽车的行驶性能的主要内容1、动力性能：指汽车所具有的牵引力所决定的汽车加速、爬坡和最大速度的性能。汽车的动力性能越好，就会有较高的车速、较好的爬坡能力和加速能力。通过性（又称越野性）：指汽车在各种道路和无路地带行驶的能力。汽车通过性能越好，汽车使用的范围就越广。2、制动性：指汽车强制停车和降低车速的能力。汽车制动性能的好坏，直接关系到行车安全，制动性能好，汽车才能以较高的车速行驶。3、行驶稳定性：指汽车行驶过程中。受外部因素作用，汽车尚能保持正常行驶状态和方向，不失去控制而产生滑移、倾覆现行的能力。,4、操纵稳定性：指汽车是否按驾驶员的意图控制汽车的性能。它包括汽车的转向特性、高速稳定性和操纵轻便性。5、燃油经济性：指汽车以最少的燃油消耗量完成单位运输工作的能力，使汽车的主要适用性能之一。6、行驶平顺性：指汽车在不平道路上行驶时，汽车免受冲击和震动的能力。汽车行驶平顺性，对汽车平均技术车速、乘车舒适性、运货完整性等有很大影响。7、通过性：指汽车在各种道路和无路地带行驶的能力。汽车性能越好，其适用范围就越广。,二、汽车行驶对路线的要求,1、保证汽车在路上行驶的稳定性即保证安全行车，不发生翻车、倒溜或侧滑。因此需要在研究汽车行驶过程中的力系的平衡条件、分布情况和行车稳定性等的基础上，合理设置纵、横坡度和弯公以及提高车轮与路面间附着力。2、尽可能提高车速。评价运输效率的指标是汽车运输生产率和运输成本，平均技术速度是主要影响因素之一。为了提高车速，就需要充分发挥汽车行驶的动力性能，因此在公路设计时必须严格控制曲线半径、最大纵坡及坡长，合理设置超高和缓和曲线，并尽可能地采取大半径曲线及平缓的纵坡。,3、保证公路上的行车畅通。为保证公路上行车不受阻碍或受尽量小阻碍，公路线形设计需要保证平面上有足够的视距，纵断面上应正确设计竖曲线，横断面上应有足够的通行宽度。此外，还应尽可能地减少平面交叉以及采取增加交通安全和防止公害等措施。4、尽量满足行车舒适。线形设计时，需要正确地组合平面线形和纵面线形，以增进驾驶者和乘客在视觉上和心理上的舒适感，采用符合视觉舒顺要求的曲线半径，注意线形与景观的协调、沿线的植树绿化等。如上所述，公路的线形设计与汽车行驶时各主要性能是密切相关的，因此汽车行驶理论是公路线形设计的理论基础，是制定公路线形几何标准（如平曲线半径、纵坡坡度等）的理论依据。掌握应用汽车行驶理论对于指导公路线形设计、研究和制定公路技术标准有着重要意义。,第二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。在发动机里热能转化成机械能经过传动系变速和传动，将发动机曲轴的扭矩M传给驱动轮，产生驱动轮的扭矩Mk，扭矩Mk驱动汽车驱动轮旋转，轮胎对路面产生向后的水平推力TH，则路面对车辆产生向前的推力T（TH的反力），驱使汽车行驶。,汽车传动系统：,发动机输出的功率N与产生的扭矩M的关系：为角速度（rad/s），=2n/60，则,1发动机曲轴扭矩M,将发动机的功率N、扭矩M以及燃油消耗率ge与发动机的转速n之间的函数关系以曲线表示，则该曲线称为发动机外特性曲线。,发动机转速特性曲线：,东风EQ-140发动机外特性曲线,式中：Nmax发动机的最大功率(kW)；nN发动机的最大功率所对应的转速（rmin）,发动机转速特性经验公式：,式中：Mmax最大扭矩（Nm）；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(rmin)；,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；传动系统的机械效率为TD时：减速行驶,式中：道路阻力系数，,平衡速度：任意的D相应等速行驶的速度，用VP表示。临界速度：每一排档最大动力因数Dmax对应的速度，用Vk表示。,汽车的最高、最小速度,汽车的最高速度：是指节流阀全开、满载（不带挂车）、在表面平整坚实水平路段上作稳定行驶时的速度。某一排档的最高速度Vmax：,汽车的最小稳定速度：是指满载（不带挂车）在路面平整坚实的水平路段上，稳定行驶时的最低速度（即临界速度Vk）。,最大爬坡度：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。cos1，sintgi，DImax=fcos+sin解此三角函数方程式，得最大坡角：,三、汽车的爬坡能力,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。,，a=0，则i=D-f,1加、减速行程计算公式：由ds=vdt，a=dv/dt，得,四、汽车的加、减速行程,设初速V1，终速V2，则,东风EQ-140加、减速行程图,2.加、减速行程图,加、减速行程图用法,加、减速行程图用法有两种：一、已知(f+i)/、V1、V2，求加速最短行程Sa和减速最大行程Sd。二、已知(f+i)/、V1、Sa或Sd，求V2。,第四节汽车的行驶稳定性,汽车的行驶稳定性是指汽车在行驶过程中，在外部因素作用下，汽车尚能保持正常行驶状态和方向，不致失去控制而产生滑移、倾覆等现象的能力。稳定性：纵向稳定性横向稳定性表现：滑移倾覆,纵向稳定性：表现：倾覆滑移（倒溜）,横向稳定性：表现：倾覆滑移（侧滑）,一、汽车行驶的纵向稳定性,临界状态：汽车前轮法向反作用力Z1为零。Z1L-Gl2cos0+Ghgsin0=0Z1L=Gl2cos0-Ghgsin0=0,1纵向倾覆：,对O2点取矩，并令Z2=0，得,结论：当坡道倾角0（或道路纵坡ii0）时，汽车可能产生纵向倾覆。,2纵向滑移,临界状态：下滑力等于驱动轮与路面的附着力GsinGk因为sintg=i，则纵向滑移临界状态条件：,结论：当坡道倾角或道路纵坡度ii时，汽车可能产生纵向滑移。,3纵向稳定性的保证,一般接近于1，而远远小于1，,所以，ii0即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。道路设计只要满足不产生纵向滑移，就可避免汽车的纵向倾覆现象出现。汽车行驶时纵向稳定性的条件为,二、汽车行驶的横向稳定性,汽车在平曲线上行驶时会产生离心力，其作用点在汽车的重心，方向水平背离圆心。,受力分析：横向力X失稳力竖向力Y稳定力,1汽车在平曲线上行驶时力的平衡,离心力,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，,由于路面横向倾角一般很小，则sintg=ih，cos1，其中ih称为横向超高坡度，,采用横向力系数来衡量稳定性程度，其意义为单位车重的横向力，即,横向倾覆：汽车在平曲线上行驶时，由于横向力的作用，使汽车绕外侧车轮触地点产生向外横向倾覆。临界状态：汽车内侧车轮支反力N1为0。倾覆力矩等于或大于稳定力矩。,2.横向倾覆条件分析,倾覆力矩：Xhg,横向倾覆平衡条件分析：,稳定力矩：,稳定、平衡条件：,汽车在平曲线上行驶时，不产生横向倾覆的最小平曲线半径Rmin：,两边分别除以Ghg，得：,3.横向滑移条件分析,横向滑移：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。横向力大于轮胎和路面之间的横向附着力。,极限平衡条件：,横向滑移稳定条件：,4横向稳定性的保证,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小。现代汽车在设计制造时重心较低，一般b2hg，而h0.5,即,汽车在平曲线上行驶时，在发生横向倾覆之前先产生横向滑移现象。在道路设计中只要保证不产生横向滑移现象发生，即可保证横向稳定性。保证横向稳定性的条件：,三、汽车行驶的纵横组合向稳定性,汽车行驶在小半径平曲线上时，较直线上增加了一项弯道阻力。对上坡的汽车耗费的功率增加，使行车速度降低。对下坡的汽车有沿纵横组合的合成坡度方向倾斜、滑移和装载偏重的可能，这对汽车的行驶是危险的。,汽车行驶在纵坡为i(tg)和超高横坡为ih（tg）的下坡路段上，作用在前轴上荷载W1为,离心力F分配在前轴上的荷载W2为,在平直路段上(=0,离心力F=0),于前轴的荷载W为,因为、均很小，前轴总荷载W为:,在有平曲线的坡道上，前轴荷载增量与W的比值为,对载重汽车，一般hg/l21，则,直坡道上ih0则I=i。即汽车沿直坡道下坡时，前轴荷载增量与在平直路段前轴荷载的比率等于该路段的纵坡度。在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,纵坡折减：,上式即汽沿纵横组合方向的稳定条件，也是最大纵坡在平曲线上的折减计算方法。,用V(km/h)表达左式，并整理得：,第五节汽车的制动性,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行驶的能力。一、汽车制动性的评价指标评价汽车制动性的指标：制动效能（制动距离）制动效能的热稳定性制动时汽车的方向稳定性二、汽车制动力：最大值动力P=G，取决于车轮与路面之间的附着力,二、制动距离：,制动距离是汽车从制动生效到汽车完全停住，这段时间内所走的距离。1.制动减速度制动减速时，制动力P与汽车运动方向相反。因减速很快，可略去空气阻力的影响，汽车制动平衡方程式为：-P=RW+RR+RIP+RR+RI=0（忽略空气阻力），即,2.制动距离,用V(km/h)表达上述公式并积分，得制动距离为：,汽车完成运输工作所消耗的燃油量称为燃油消耗量，燃油经济性的评价指标通常用一定运行工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量或一定燃油量能使汽车行驶的里程来衡量。已知发动机的功率V和转速n后，可在发动机台架试验获得的发动机负荷特性图上查出燃油消耗率ge。ge是指发动机每千瓦小时的燃油消耗量。,第六节汽车的燃油经济性,汽车以等速V在道路上行驶时，每百公里所做的功w为：,则百公里消耗量Q为：,复习思考题,1、汽车在弯