道路勘测第二章 汽车行驶性能

1、 1学习目的：学习目的： 道路设计是以满足汽车行驶的要求为前提的。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。车行驶理论是公路线形设计的理论基础。 2研究内容：研究内容： 研究汽车的驱动力和行驶阻力；研究汽车的驱动力和行驶阻力； 分析汽车运动的基本规律；分析汽车运动的基本规律； 研究汽车主要动力性能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。分析影响汽车主要使用性能的因素。 一、一、汽车行驶性

2、能的主要内容汽车行驶性能的主要内容 1.动力性能动力性能 是指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到是指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到 的纵向力决定、所能达到的平均行驶速度，即的纵向力决定、所能达到的平均行驶速度，即 指决定汽车加速、爬坡和获得最大速度的性能。指决定汽车加速、爬坡和获得最大速度的性能。 动力性能决定道路的最大纵坡、坡长限制及长动力性能决定道路的最大纵坡、坡长限制及长 陡坡上陡坡与缓坡的组合。陡坡上陡坡与缓坡的组合。 2.制动性制动性 指汽车行驶中能在短距离内停车且维持行驶方指汽车行驶中能在短距离内停车且维持行驶方 向稳定性和在下长坡时能维持一定车速的向稳定性和在下长坡时能维

3、持一定车速的能力。能力。 制动性能与道路的行车视距直接相关。制动性能与道路的行车视距直接相关。 3.行驶稳定性行驶稳定性 指汽车在行驶过程中，受外部因素作用，汽指汽车在行驶过程中，受外部因素作用，汽 车尚能保持正常行驶状态和方向，不致失去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。汽车控制而产生滑移、倾覆等现象的能力。汽车 行驶稳定性决定道路圆曲线极限最小半径和行驶稳定性决定道路圆曲线极限最小半径和 合成坡度的取值，也影响道路纵坡度的设置。合成坡度的取值，也影响道路纵坡度的设置。 4.操纵稳定性操纵稳定性 指汽车是否按照驾驶员的意图控制汽车的性指汽车是否按照驾驶员

4、的意图控制汽车的性 能，它包括汽车的转向特性、高速稳定性和能，它包括汽车的转向特性、高速稳定性和 操纵轻便性。汽车的转向特性影响着汽车在操纵轻便性。汽车的转向特性影响着汽车在 弯道上的行驶轨迹。弯道上的行驶轨迹。 5燃油经济性燃油经济性 是指汽车以最少的燃油消耗量完成单位运输工作的是指汽车以最少的燃油消耗量完成单位运输工作的 能力，汽车燃油经济性越好，单位行程的燃油消耗能力，汽车燃油经济性越好，单位行程的燃油消耗 量越小。量越小。 6.行驶平顺性行驶平顺性 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、的能

5、力。汽车行驶平顺性，对汽车平均技术车速、 驾驶员和乘客的舒适性、运货的完整性等有很大影驾驶员和乘客的舒适性、运货的完整性等有很大影 响。响。 7.通过性通过性 是指汽车在各种道路和无路地带行驶的能力。汽车是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。通过性能越好，汽车使用的范围就越广。 1.保证汽车在道路上行驶的稳定性。保证汽车在道路上行驶的稳定性。即即避免发生翻车、避免发生翻车、 倒溜、侧滑等倒溜、侧滑等，在，在道路线形设计时，需要合理地选用道路线形设计时，需要合理地选用 圆曲线的半径和设置纵、横坡度，并提高车轮与路面圆曲线的半径和设置纵、横坡度，并提高车

6、轮与路面 问的附着力。问的附着力。 2.尽可能地提高车速。尽可能地提高车速。车速提高，运输生产力高，运车速提高，运输生产力高，运 输成本低。在公路设计时必须严格控制曲线半径、最输成本低。在公路设计时必须严格控制曲线半径、最 大纵坡及其坡长，合理地设置缓和坡段，并尽可能地大纵坡及其坡长，合理地设置缓和坡段，并尽可能地 采取大半径曲线及平缓的纵坡。采取大半径曲线及平缓的纵坡。 3.保证道路上的行车连续。保证道路上的行车连续。 为保证道路上行车的均匀为保证道路上行车的均匀 连续，公路线形设计需要保证有足够的视距和安全净连续，公路线形设计需要保证有足够的视距和安全净 空，合理地设置平、竖曲线，并尽可能

7、地减少平面交空，合理地设置平、竖曲线，并尽可能地减少平面交 叉等。叉等。 4.尽量满足行车舒适。尽量满足行车舒适。在在视觉上视觉上：线形美观，赏心悦线形美观，赏心悦 目，目，线形线形与景观与景观相协调。在相协调。在生理上生理上：平稳、不颠簸平稳、不颠簸。 在在心理上心理上：轻松，有安全感，心情愉快。轻松，有安全感，心情愉快。 第二节 汽车的驱动力及行驶阻力 n一、汽车的驱动力 n汽车的动力来源：汽车的动力来源： n汽车行驶的驱动力来自它的内燃发动机。汽车行驶的驱动力来自它的内燃发动机。 n在发动机里热能转化成机械能经过传动系变速和在发动机里热能转化成机械能经过传动系变速和 传动，将曲轴的扭矩传

8、给驱动轮，产生传动，将曲轴的扭矩传给驱动轮，产生Mk的扭矩的扭矩 驱动汽车驱动轮旋转，轮胎对路面产生向后的水平驱动汽车驱动轮旋转，轮胎对路面产生向后的水平 推力，则路面对车辆产生向前的推力，驱使汽车行推力，则路面对车辆产生向前的推力，驱使汽车行 驶。驶。 汽车传动系统：汽车传动系统： 发动机输出的功率发动机输出的功率P与产生的扭矩与产生的扭矩M的关系的关系： n1发动机曲轴扭矩发动机曲轴扭矩M及发动机转速特性曲线及发动机转速特性曲线 T r M P-n曲线、曲线、M-n曲线、耗油量曲线、耗油量ge-n曲线曲线 n发动机转速特性曲线：发动机转速特性曲线： 东风东风EQ-140发发 动机外特性曲线

9、动机外特性曲线 式中：式中：Pmax发动机的最大功率发动机的最大功率(kW)； nN发动机的最大功率所对应的转速（发动机的最大功率所对应的转速（rmin） n发动机转速特性经验公式：发动机转速特性经验公式： )()( )( 2 2 max max mNnn nn MM MM M MN N 扭距 式中：式中：Mmax最大扭矩（最大扭矩（Nm）；）； n MN最大功率所对应的扭矩，最大功率所对应的扭矩， n nN最大功率所对应的转速（最大功率所对应的转速（r/min）；）； n nM最大扭矩所对应的转速最大扭矩所对应的转速(rmin)； N max N n N 9549M 发动机曲轴上的扭矩发动机

10、曲轴上的扭矩M经过变速箱（速比经过变速箱（速比ik）和主）和主 传动器（速比传动器（速比i0）两次变速）两次变速 两次变速的总变速比为：两次变速的总变速比为：=i0ik； 传动系统的机械效率为传动系统的机械效率为TD时：时： 减速行驶减速行驶 0)( D g a 0)D( g a if 式中：式中：道路阻力系数，道路阻力系数， 平衡速度：任意的平衡速度：任意的D相应等速行驶的速度，用相应等速行驶的速度，用 VP表示。表示。 临界速度：临界速度：每一排档每一排档最大动力因数最大动力因数Dmax对应的速度，对应的速度， 用用Vk表示。表示。 汽车的行驶状态汽车的行驶状态 汽车的最高速度：汽车的最高

11、速度：是指节流阀全开、满载（不带挂是指节流阀全开、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车）、在表面平整坚实水平路段上作稳定行驶时的 速度。速度。 某一排档的最高速度某一排档的最高速度Vmax ： max max nr377. 0 V n汽车的最小稳定速度汽车的最小稳定速度：是指满载（不带挂车）在路：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（即临界速度Vk）。）。 最大爬坡度：最大爬坡度：指汽车在坚硬路面上用最低档作等速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。行驶时所

12、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：解此三角函数方程式，得最大坡角： 三、汽车的爬坡能力三、汽车的爬坡能力 2 22 Im 2 Im Im 1 1cos arcsin f fDfD axax ax a g ) if (D n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。克服了其它行驶阻力后所能爬上的纵坡度。 ， a=0，则，则 i=D-f 1计算加、减速行程计算加、减速行程 由由ds=vdt，a=dv/dt，得，得 四、汽车的加、减速行程四、

13、汽车的加、减速行程 n设初速设初速V V1 1，终速，终速V V2 2，则，则 )0(vdv a 1 dsa 2 1 2 1 V V V V VdV a 1 12.96 1 vdv a 1 S 东风东风EQ-140加、减速行程图加、减速行程图 2. 加、减速行程图加、减速行程图 1 if 2 if 0 if 0 加、减速行程图用法加、减速行程图用法 第四节 汽车的行驶稳定性 n汽车的行驶稳定性是指汽车在行驶过程中，在外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，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

14、。不致失去控制而产生滑移、倾覆等现象的能力。 n 稳定性：纵向稳定性：纵向 n 横向横向 n 表现：滑移表现：滑移 n 倾覆倾覆 n纵向稳定性：纵向稳定性： 表现：倾覆倾覆 n 滑移（倒溜）滑移（倒溜） n横向稳定性：横向稳定性： 表现：倾覆倾覆 n 滑移（侧滑）滑移（侧滑） 一、汽车行驶的纵向稳定性一、汽车行驶的纵向稳定性 n临界状态：汽车前轮法向反作用力临界状态：汽车前轮法向反作用力Z1为零为零 。 n Z1L - - Gl2cos0 + + Ghgsin0=0 n结论：结论：当坡道倾角当坡道倾角0 0 (或道路纵坡或道路纵坡i ii i0 0)时，时， 汽车可能发生纵向倾覆汽车可能发生纵

15、向倾覆. g 2 0 h l tg 1纵向倾覆纵向倾覆 ： g 2 0 h l i 2 2纵向滑移（驱动轮滑转）纵向滑移（驱动轮滑转） n临界状态：下滑力等于驱动轮与路面的附着力临界状态：下滑力等于驱动轮与路面的附着力 n GsinGsin G Gk k n因为因为sinsin tgtg = = i i ，则，则纵向滑移临界状态纵向滑移临界状态 条件：条件： G G tgi k n纵向滑移的极限状态纵向滑移的极限状态倒溜倒溜发生条件：发生条件： n GsinGsin G G n i = tg = n结论：结论：当坡道倾角当坡道倾角 或道路纵坡度或道路纵坡度ii 时，时， 汽车可能产生纵向滑移。

16、汽车可能产生纵向滑移。 3 3纵向稳定性的保证纵向稳定性的保证 n 一般一般 接近于接近于1 1，而，而 远远小于远远小于1 1， g 2 0 h l i G G i k n 所以，所以， i i i i0 0 n 即汽车在坡道上行驶时，在发生纵向倾覆之前，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。首先发生纵向滑移现象。 n 道路设计只要满足不产生纵向滑移，就可避免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。汽车的纵向倾覆现象出现。 n汽车行驶时纵向稳定性的条件为汽车行驶时纵向稳定性的条件为 G G ii k 二、汽车行驶的横向稳定性二、汽车行驶的

17、横向稳定性 n 汽车在平曲线上行驶时会产生离心力，其作用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。点在汽车的重心，方向水平背离圆心。 gR Gv F 2 n受力分析：受力分析： n 横向力横向力X失稳失稳 n 竖向力竖向力Y稳定稳定 1 1汽车在平曲线上行驶时力的平衡汽车在平曲线上行驶时力的平衡 n 离心力离心力 n将离心力将离心力F与汽车重力与汽车重力G分解为平行于路面的横分解为平行于路面的横 向力向力X和垂直于路面的竖向力和垂直于路面的竖向力Y， GcosFsinY GsinFcosX 由 于 路 面 横 向 倾 角由 于 路 面 横 向 倾 角 一 般

18、很 小 ， 则一 般 很 小 ， 则 sintg=isintg=ih h，cos1cos1，其中，其中i ih h称为横向超高称为横向超高 坡度，坡度， n将离心力将离心力F与汽车重力与汽车重力G分解为平行于路面的横分解为平行于路面的横 向力向力X和垂直于路面的竖向力和垂直于路面的竖向力Y， 采用横向力系数来衡量稳定性程度，其意义为单位车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，即重的横向力，即 GcosFsinY GsinFcosX )i gR v (GGi gR Gv GiFX h 2 h 2 h h 2 i gR v G X h 2 i R127 V 横向倾覆：汽车在平

19、曲线上行驶时，由于横向力的横向倾覆：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。作用，使汽车绕外侧车轮触地点产生向外横向倾覆。 汽车内侧车轮支反力汽车内侧车轮支反力N N1 1为为0 0。 倾覆力矩等于或大于稳定力矩。倾覆力矩等于或大于稳定力矩。 2.2.横向倾覆条件分析横向倾覆条件分析 倾覆力矩：倾覆力矩：XhXhg g 横向倾覆平衡条件分析：横向倾覆平衡条件分析： 2 b G 2 b G)(Fi 2 b Y h n 稳定力矩：稳定力矩： 倾覆力矩：倾覆力矩：XhXhg g 横向倾覆平衡条件分析：横向倾覆平衡条件分析： 2 b GXhg g h2 b G

20、 X 2 b G 2 b G)(Fi 2 b Y h n 稳定力矩：稳定力矩： n 稳定、平衡条件：稳定、平衡条件： )i 2h b 127( V R h g 2 min h 2 i R127 V n 汽车在平曲线上行驶时，不产生横向倾覆的最小平汽车在平曲线上行驶时，不产生横向倾覆的最小平 曲线半径曲线半径R min： 3.3.横向滑移条件分析横向滑移条件分析 n 横向滑移：汽车在平曲线上行驶时，因横向力的存横向滑移：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。在，可能使汽车沿横向力的方向产生横向滑移。 n 横向力大于轮胎和路面之间的横向附着力。横向力大于轮胎

21、和路面之间的横向附着力。 n 极限平衡条件：极限平衡条件： hh GYX 横向滑移稳定条件：横向滑移稳定条件： h )i127( V R hh 2 或 4 4横向稳定性的保证横向稳定性的保证 n 汽车在平曲线上行驶时的横向稳定性主要取决于汽车在平曲线上行驶时的横向稳定性主要取决于 横向力系数横向力系数值的大小。值的大小。 n 现代汽车在设计制造时重心较低，一般现代汽车在设计制造时重心较低，一般b2hb2hg g， 而而 h h0.5,0.5,即即 n 汽车在平曲线上行驶时，在发生横向倾覆之前先产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。生横向滑移现象。 n 在道路设计中只要

22、保证不产生横向滑移现象发生，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。即可保证横向稳定性。 n保证横向稳定性的条件：保证横向稳定性的条件： h )i127( V R hh 2 或 g h h2 b 三、汽车行驶的纵横组合向稳定性三、汽车行驶的纵横组合向稳定性 n 汽车行驶在小半径平曲线上时，较直线上增加了一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。项弯道阻力。 n 对上坡的汽车耗费的功率增加，使行车速度降低。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

23、偏重的可能，这对汽车的行驶是危险的。移和装载偏重的可能，这对汽车的行驶是危险的。 n汽车行驶在纵坡为汽车行驶在纵坡为i(tgi(tg) )和超高横坡为和超高横坡为i ih h（tgtg）的）的 下坡路段上，作用在前轴上荷载下坡路段上，作用在前轴上荷载W W1 1为为 cos L )sinhcosl (G W g2 1 n离心力离心力F F分配在前轴上的荷载分配在前轴上的荷载W W2 2为为 sin gRL lGv W 2 2 2 在平直路段上，作用于前轴的荷载在平直路段上，作用于前轴的荷载W W为为 n 前轴总荷载前轴总荷载W为为 : )i gRL vl L ihl (GWWW h 2 2 g

24、2 21 G L l W 2 n 在有平曲线的坡道上，前轴荷载增量与在有平曲线的坡道上，前轴荷载增量与W W 的比值为的比值为 h 2 2 g i gR v i l h W WW I n 对载重汽车，一般对载重汽车，一般hg/l21，则，则 h 2 i gR v iI 直坡道上直坡道上i ih h00则则I=iI=i。即汽车沿直坡道下坡时，前轴。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纵坡度。在曲线上如果也以直线上相同大小的最大纵 坡坡i imax max作为控制，则

25、有下式成立 作为控制，则有下式成立 纵坡折减：纵坡折减： n 最大纵坡在平曲线上的折减计算方法：最大纵坡在平曲线上的折减计算方法： maxh 2 ii gR v i h 2 max i R127 V ii 第五节第五节 汽车的制动性汽车的制动性 n 汽车的制动性是指汽车行驶中强制降低车速以至停汽车的制动性是指汽车行驶中强制降低车速以至停 车且能维持行驶方向和在下坡时能保持一定速度行驶车且能维持行驶方向和在下坡时能保持一定速度行驶 的能力。的能力。 n一、汽车制动性的评价指标一、汽车制动性的评价指标 n评价汽车制动性的指标：制动效能（制动距离）评价汽车制动性的指标：制动效能（制动距离） n 制动效能的恒定性制动效能的恒定性 n 制动时汽车的方向稳定性制动时汽车的方向稳定性 n二、制动距离二、制动距离 n制动距离是汽车从制动生效到汽车完全停住，这段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。时间内所走的距离。 汽车制动时，制动力汽车制动时，制动力P P取决于轮胎与路面之间的附着取决于轮胎与路面之间的附着 力。在附着系数较