《道路勘测设计》汽车行驶理论

,汽车行驶理论,道路勘测设计,2.1 汽车的动力、行驶阻力及汽车的行驶条件2.2 汽车的动力特性2.3 汽车行驶的稳定性2.4 汽车的制动性能2.5 汽车的燃油经济性,道路勘测设计,汽车行驶理论(theory of automobile running)是一门在分析汽车行驶基本规律的基础上，研究汽车行驶原理、使用性能和行驶性能的学科。 通过研究，进一步分析影响汽车使用和行驶性能的各种因素，最大限度地从汽车构造、公路设计以及其它行车条件等方面发挥汽车的使用效益。,1)动力性能(dynamic force)2)通过性（cross-country power） 3)制动性 (braking power)4)行驶稳定性(running stability)5)行驶平顺性(smooth running) 6)操纵稳定性(operating stability), 2.1 汽车的动力、行驶阻力及汽车的行驶条件1.汽车行驶中的受力分析,（1）由汽车轮胎与路面接触而产生的路面摩擦力 。（2）因路面凹凸不平而产生的力。（3）由于路面结构而产生的力。,（1） 直线上行驶, 2.1 汽车的动力、行驶阻力及汽车的行驶条件一、汽车行驶中的受力分析,（2）曲线上行驶, 2.1 汽车的动力、行驶阻力及汽车的行驶条件一、汽车行驶中的受力分析,1、牵引力,有效功率N ：单位时间内具有的做功的能力。(KW)转速n ：发动机曲轴单位时间内的旋转次数(n/min)扭矩M ：发动机产生于曲轴上的转动力矩。(Nm)转动角速度：单位时间内曲轴转动的角度(rad/s),1）汽车发动机的基本指标, 2.1 汽车的动力、行驶阻力及汽车的行驶条件二、汽车的牵引力,2）发动机曲轴扭矩及外特性曲线, 2.1 汽车的动力、行驶阻力及汽车的行驶条件二、汽车的牵引力,发动机有效功率与曲轴扭矩的关系 N=M/1000 (KW) =2n/60(rad/s) N=2Mn/100060=Mn/9549 则：M=9549N/n (Nm)该曲线称发动机的特性曲线外特性曲线节流阀全开，对应的曲线称为发动机的外特性曲线。,由图可见： 当n=nmin，为最小稳定工作转速 当n增大时，N，M都增大。 N=nM时，M=Mmax 当n=nN时，N=Nmax 当nnN时，N下降。,2）发动机曲轴扭矩及外特性曲线, 2.1 汽车的动力、行驶阻力及汽车的行驶条件二、汽车的牵引力,发动机曲轴扭矩e离合器变速器iK传动轴主传动器i0车轮 PtiK=nen1 i0=n1nK, 2.1 汽车的动力、行驶阻力及汽车的行驶条件二、汽车的牵引力, 2.1 汽车的动力、行驶阻力及汽车的行驶条件三、汽车的行驶阻力,2、汽车的行驶阻力,2）坡度阻力,3）空气阻力,4）惯性阻力,1）滚动阻力, 2.1 汽车的动力、行驶阻力及汽车的行驶条件三、汽车的行驶阻力,1）滚动阻力：车轮滚动时轮胎与路面之间的摩擦阻力，是由于轮胎与路面变形引起的。,f 与路面的种类 、行驶车速、轮胎性质有关。,路面种类：,2、汽车的行驶阻力, 2.1 汽车的动力、行驶阻力及汽车的行驶条件三、汽车的行驶阻力,行驶车速：受车速影响较大。 V100时，f增加较快。V=150-200时，f 急剧增大。,. 轮胎性质：胎压，轮胎材料，结构。,2、汽车的行驶阻力, 2.1 汽车的动力、行驶阻力及汽车的行驶条件三、汽车的行驶阻力,由于公路纵坡较小(5) 所以,2）坡度阻力：汽车爬坡时，重力的分力对行车的阻力。,2、汽车的行驶阻力, 2.1 汽车的动力、行驶阻力及汽车的行驶条件三、汽车的行驶阻力, 空气阻力的产生原因 A.汽车在行驶中，由于迎面空气质点的压力。 B.车后的真空吸力 C.空气质点与车身表面的摩擦力。 当行驶速度在100KM/h,以上，有时一半的功率用来克服空气阻力。,3） 空气阻力,2、汽车的行驶阻力, 2.1 汽车的动力、行驶阻力及汽车的行驶条件三、汽车的行驶阻力, 空气阻力的计算,令K=C，取n=2，并将车速v（m/s）化为V（Km/h），得：,2、汽车的行驶阻力,注：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。, 2.1 汽车的动力、行驶阻力及汽车的行驶条件三、汽车的行驶阻力,4）惯性阻力,平移质量的惯性力：旋转质量的惯性力矩,2、汽车的行驶阻力, 2.1 汽车的动力、行驶阻力及汽车的行驶条件三、汽车的行驶阻力,4）惯性阻力,旋转质量组成部分较多，且各部分的转动惯量和角加速度不同，计算比较复杂，为方便计算，一般给平质量惯性力乘以大于1的系数，来代替旋转质量惯性力矩的影响,(N),惯性力系数(或旋转质量换算系数)。主要与飞轮的转动惯量、车轮的转动惯量以及传动系的传动比有关.,2、汽车的行驶阻力, 2.1 汽车的动力、行驶阻力及汽车的行驶条件三、汽车的行驶阻力,汽车的总行驶阻力为：,滚动阻力,坡度阻力,空气阻力,惯性阻力,2、汽车的行驶阻力, 2.1汽车的动力、行驶阻力及汽车的行驶条件四、汽车的行驶条件,（3）提高汽车的运行效率，从三方面入手： 提高汽车牵引力； 提高路面与轮胎间的附着力； 减小行驶阻力。,Ft： Me ：路表粗糙、加强排水、改进轮胎 R：路面平整Rf、降低纵坡Ri、 改进车型Rj,要求道路：纵坡平缓，路面平整、粗糙。, 2.1汽车的动力、行驶阻力及汽车的行驶条件四、汽车的行驶条件, 2.2 汽车的动力特性 一、动力因素和动力特性图,牵引平衡方程可写为：,（1）当汽车作等速行驶： D=f+i= 称为道路阻力系数,（2）动力特性图 (D-V关系图) 用曲线表示D与V的 函数关系的图形。, 2.2 汽车的动力特性 一、动力因素和动力特性图, 2.2 汽车的动力特性 一、动力因素和动力特性图,动力特性图的运用： 1）求得汽车在某一道路条件下等速行驶的最大速度； 2）求算汽车的加速性能； 3）求算汽车的爬坡性能。动力因数D的海拔荷载修正系数：（因为海拔不在海平面；汽车不满载） 海拔系数 G满载时汽车的总重力 实际装载时汽车的总重力, 2.2 汽车的动力特性 二、车速特性,1、临界速度Vk 与每一排挡的最大动力系数Dmax相应的速度。2、汽车的最高速度： 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。3、汽车的最小稳定速度 指满载（不带挂车）在路面平整坚实的水平路段上，以最低档行驶时的临界速度。, 2.2 汽车的动力特性三、汽车的爬坡能力,1、定义：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。2、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。3、汽车的动力上坡：在上坡之前加速，让汽车利用上坡时的减速惯性力来提高爬坡能力，这种用惯性力克服坡度的方法即为动力上坡。,汽车行驶的稳定性：指汽车在行驶过程中，受外部因素作用，而不发生侧滑、倾覆现象的能力。按方向分： 纵向稳定性 横向稳定性丧失稳定的方式分：滑动稳定性 倾覆稳定性,影响因素： 汽车本身的结构参数； 驾驶员的因素； 作用于汽车的外因。, 2.3 汽车行驶的稳定性, 2.3 汽车行驶的稳定性, 2.3 汽车行驶的稳定性 一、汽车行驶的纵向稳定性, 2.3 汽车行驶的稳定性 一、汽车行驶的纵向稳定性, 2.3 汽车行驶的稳定性 一、汽车行驶的纵向稳定性, 2.3 汽车行驶的稳定性 一、汽车行驶的纵向稳定性, 2.3 汽车行驶的稳定性 二、汽车行驶的横向稳定性,（1）汽车在曲线上行驶所产生的横向作用力, 2.3 汽车行驶的稳定性 二、汽车行驶的横向稳定性,汽车在弯道上行驶所受的离心力假定：汽车在圆曲线上作匀速圆运动。离心力：汽车在弯道上，由于惯性产生离心力。作用点：汽车重心 方向：水平背离圆心大小：,离心力的影响：对汽车在平曲线上行驶的稳定性影响很大，可能产生横向滑移或横向倾覆。,超高：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 线上的路面做成外侧高、内侧低呈单向横披的形式，称为横向超高。, 2.3 汽车行驶的稳定性 二、汽车行驶的横向稳定性, 2.3 汽车行驶的稳定性 二、汽车行驶的横向稳定性, 2.3 汽车行驶的稳定性 二、汽车行驶的横向稳定性,1）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 ，即 ，而 所以 。,3） 装载过高时可能发生倾覆现象。,可见，在发生横向倾覆之前先产生横向滑移现象，为此，在道路设计中应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。,2）横向倾覆和滑移的条件分别是：, 2.3 汽车行驶的稳定性 二、汽车行驶的横向稳定性, 2.4 汽车的制动性能 一、汽车的制动过程与制动力,汽车的制动性 -指汽车在行驶中强制降低车速以至停车，或在下坡时保持一定速度行驶的能力。 汽车的制动过程：车轮制动是利用制动器内的摩擦阻力矩来形成与汽车运动方向相反的路面对车轮的切向摩擦阻力，简称为