第二章汽车行驶理论

1、江苏大学汽车与交通工程学院江苏大学汽车与交通工程学院 交通工程系交通工程系 钱卫东钱卫东 （第二章（第二章 汽车行驶理论）汽车行驶理论） Automobile Driving Theory 一、填空题 1、现代交通运输由（ ）、 （ ）、（ ）、航空、管道等 五种运输方式组成。 一、填空题 2、根据我国高速公路网规划，未来 我国将建成布局为“7918”的高速公路 网络。其中“7918”是指（ ）、 （ ）、（ ）。 一、填空题 3、公路工程技术标准（JTG B012003）规定：公路根据功能和 适 应 的 交 通 量 分 为 （ ） 、 （ ）、（ ）、（ ）、 （ ）五个等级。 一、填空题

2、4、各级公路能适应的年平均日交通 量均指将各种汽车折合成（ ）的 交通量。 一、填空题 5、高速公路为专供汽车（ ）、 （ ）行驶并应（ ）出入的多 车道公路。 一、填空题 6、高速公路和具有干线功能的一级 公路的设计交通量应按（ ）年预 测；具有集散功能的一级公路和二、 三级公路的设计交通量应按（ ） 年预测。 一、填空题 7、设计交通量预测的起算年应为该 项目可行性研究报告中的（ ）通 车年。 一、填空题 8、我国公路工程技术标准将设 计车辆分为（ ）、（ ）和 （ ）三种。 一、填空题 9、设计速度是确定公路（ ）的 最关键参数。 2.1 概述概述 2.2 汽车的牵引力及牵引力平衡汽车的

3、牵引力及牵引力平衡 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性汽车在道路上行驶的稳定性 2.4 汽车的制动性能汽车的制动性能 2.5 汽车在道路上的行驶轨迹汽车在道路上的行驶轨迹 复习思考题复习思考题 l研究行驶理论的意义：道路运输的载运工具主要为 利用燃油（汽油、柴油）、电或其它能源作动力，通 过轮胎在各种道路上行驶的车辆，如汽车（客车和货 车等）、无轨电车、各种装卸载运车辆、摩托车等。 道路运输工程设施的规划和设计，要考虑并满足这些 设施的使用对象载运工具的运行特性要求。 l汽车行驶总的要求是安全、迅速、经济与舒适。必 须从驾驶者、汽车、公路和交通管理等方面来保证。 u 保证汽车在路上行驶的稳定性，

4、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、横坡度和弯道以及提高车轮与 路面间附着力。 u 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。 u 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

5、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灾害等措施。 u 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。 一一 、车辆类型、尺寸、重量和构造、车辆类型、尺寸、重量和构造 1 车辆类型车辆类型 汽车可分为客车和货车两大类。客车包括小客车（轿车）、 面包车、公共汽车（小型、中型和铰接式）等。货车可进一 步分为卡车（轻型、中型和重型）和组合式货车（各种拖挂 式货车）两类。 （1） 小客车小客车 小客车为二轴-四轮车辆，可坐26人，主

6、要作为个人交 通工具。按重量和尺寸大小，可分为小型、中型和重型三种 。其重量变动于6.818kN 范围内；车身长度在3.55.6m 之间，前后轴的中心距变动于2.33.1m之间，车身后缘到 后轴的长度（后悬距离）为0.61.5m之间；车身宽度为 1.62.0m，高度为1.151.65m之间。 （2） 面包车面包车 面包车通常由小客车或轻型卡车的底盘改装而成，可乘坐 615人。 （3） 公共汽车公共汽车 小型公共汽车通常有1525个座位，供短途运输用，其车 身长约为5.57.6m，宽为2.02.5m。中型公共汽车可为 二轴或三轴，车身长912m，宽2.42.6m，约有45个座 位。把半挂车固定地

7、联结在二轴中型公共汽车上，便组成铰 接式公共汽车。其长度约为1618m，宽度为2.6m，包括 站立乘客在内约可容纳100人以上。 （4）卡车）卡车 卡车系指载货区和动力设备装在共同的车架上不能分开的货车 （图2-1(a)）。卡车包括二轴四轮（轻型卡车）、二轴六轮、三 轴（双后轴）和四轴（三后轴）卡车四种。轻型卡车的总重量 般小于45kN，二轴六轮卡车的总重量大都在45180kN范围 内，而三轴和四轴卡车的总重量可高达260300kN。 （5） 组合式货车组合式货车 组合式货车由牵引车或卡车同一个或多个挂车组合而成，可总 称为拖挂车拖挂车。牵引车和挂车通过铰接方式联结时，彼此可相对 转动，因而也

8、可称为铰接车铰接车。组合式货车的总重量一般可达到 400500 kN，通常用于长途运输。挂车有两种：后端有一个轴 或多个轴但前端无轴的半挂式，其前端放在牵引车的后端上， 并把一部分重量传给前面牵引车；前后各有一个轴或多个轴的 全挂式，由卡车或带半挂车的牵引车拖带，但不把重量转给前 面。 2 车辆尺寸及设计车辆车辆尺寸及设计车辆 3 车辆的重量车辆的重量 车辆的重量通过车轴和车轮传递给道路和桥梁结构物。汽车前轴 的轴型都为单轴，后轴的轴型可采用单轴、双联轴或三联轴。前 轴两侧的车轮都由单轮胎组成，而后轴两侧的轮胎可由单轮胎或 双轮胎组成。 车辆重量大小，主要影响到对道路和桥梁的结构承载能力的要求

9、 。重量特性主要由车辆总重和轴重以及轴型和轮型表征。车辆总 重或轴重越大，对道路和桥梁结构承载能力的要求越高，同时， 在使用过程中对道路和桥梁的损坏越严重，因而，所建工程的造 价（投资）和工程的运营（维护）费用便越高。为了兼顾道路建 设和运营部门及道路使用者双方的利益和便利，对道路上行驶车 辆的总重和轴重的最高值进行定量限制。 各国对道路上行驶车辆的最大轴重和总重有不同的限定。单 轴最大允许轴重变动于80130kN；双联轴最大允许轴重变动于 140210kN；三联轴最大允许轴重变动于180270 kN。卡车的最 大允许总重变动于240400kN；半挂式和全挂式货车的最大允许总 重变动于3605

10、00kN。我国公路部门规定的单轴最大允许轴重为 60kN（每侧单轮胎）或100kN（每侧双轮胎），双联轴最大允许轴 重为100kN （每侧单轮胎）或180kN（每侧双轮胎），三联轴最大 允许轴重为120kN（每侧单轮胎）或220kN（每侧双轮胎）；卡车 和单拖挂货车的最大允许总重为400kN，双拖挂或三拖挂货车的最 大允许总重为460kN。 我国公路标准规定路面设计标准轴载为双轮组单轴100KN。 具体内容应在路基路面课程中讲述。 4 汽车的构造汽车的构造 传动系、行驶系、转向系、制动系传动系、行驶系、转向系、制动系 发动机、离合器、变速箱、万向传动轴、差速器、车辆、驱动 轮、制动器等。 机械

11、式传动系一般组成及布置示意图 传动系传动系 传动系：传动系： 外特性曲线 燃料热能 活塞、曲 轴机械能 作功 传动系：传动系：作用： （1）保证起步时工作平稳。（2） 行进中换挡。 （3）传动系不至于过载。 1-飞轮 2-从动盘 3-压盘 4-膜片弹簧 传动系：传动系：作用：减速增扭 传动系：传动系： 传动系：传动系： 二、汽车的驱动力二、汽车的驱动力 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(N)，发动机功率,单位千瓦(Kw)/马力（hp）, 1hp = 0.7457 kW. 扭矩

12、(M),表征汽车牵引力的大小,单位牛顿.米/千克.米,1 千克.米=9.8牛顿.米 燃油消耗(ge),发动机每小时产生每千瓦功率消耗的燃油 量，单位（克/千瓦/小时） 转速(n)，单位 转/分钟 有一个简单的公式可以表明功率、牵引力和速度的关系： 功率 （N)(牵引力)扭矩(M)速度(V) 发动机转速特性曲线（发动机转速特性曲线），油门全开时称发动 机外特性曲线，否则称发动机部分负荷特性曲线。 (1)发动机外特性曲线发动机外特性曲线 M n N n min n max n max N max M 汽油发动机外特性汽油发动机外特性 （2）驱动轮扭矩）驱动轮扭矩 （3）汽车的牵引力（）汽车的牵引力

13、（T） 功率 （N)(牵引力)扭矩(M)速度(V) 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：指汽车遵循驾驶者指定方向行驶的能力。 汽车行驶稳定性直接关系到行车的安全。 4） 行行驶平顺性：指汽车在不平道路上行驶时，汽车免受 冲击和震动的能力。

14、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。 5） 操纵稳定性：指汽车是否按驾驶员的意图控制汽车的的 性能。它包括汽车的转向特性、高速稳定性和操纵轻便性。 1.汽车行驶中的受力分析汽车行驶中的受力分析 汽车在道路路面上行驶时，汽车牵引力将克服行驶阻力，并 受到弯道超高、加减速、制动、路面凹凸不平等因素的影响。 汽车运动时所受的力可分为： （1）路面摩擦力路面摩擦力，由汽车轮胎与路面接触而产生。司机可 通过加速、制动而改变作用力，以控制汽车的运行。 （2）因路面凹凸不平而产生的力因路面凹凸不平而产生的力，包括垂直方向及前后、 左右的力，它恶化了汽车的耐久性和平顺性，

15、影响了行驶的 稳定性。 （3）由于路面结构而产生的力由于路面结构而产生的力，包括路拱（超高）侧向力、 由于路面形状而产生的力、弯道引起的力。 汽车行驶中受力情况与汽车的运动状态有密切的关系。汽车 的运动状态可分为直线行驶和曲线行驶。 （1）汽车在直线上行驶 图2-1所示为后轴启动的双轴汽车，在直线坡道上作上坡加速行驶的受力情况。 汽车加速上坡行驶时之惯性力 及重力平行于路面的分力 （即坡度阻 力）作用在汽车的重心 上，作用方向与汽车行驶方向相反。 空气阻力 可 视为作用在汽车正面风压中心的集中力。此外，在汽车上尚有汽车重力垂直于路 面之分力 。作用在汽车上的力除上述的外，还有路面对汽车的反作用

16、力； 汽车车轮上的法向反作用力 Z1及Z2，它与接触面垂直，并通过车轮中心；滚动阻 力矩 Mf1及Mf2，其作用方向与车轮回转方向相反，由前所述知滚动阻力矩值为 sin a G dt dv g Ga g C w P cos a G kf rfZM 11kf rfZM 22 汽车车轮上的切向反作用力X1 及X2 作用在车轮与路面的接触面上，并与车轮接 触面的切线方向一致，从动轮的切向反作用力X1 的作用方向与汽车行驶方向相 反，而驱动轮的 切线反作用力的作用方向则与汽车行驶方向相同，惯性力矩MJ1 及MJ2 的作用方向与车轮的回转方向相反。 Gasin Gacos Ga Z2 Pj1 Z1 Mf

17、1 X1 Pw Mj1 Mf2 i X2 Mj2 图 2-1汽车直线上坡行驶的受力示意图 cos 21a GZZ fGfGP akf cos kfkakff rPrfGrfZZMMcos)( 2121 则 （21） L hPMMhPhGfrLG Z wwjjgjgaka 2112 1 sin)(cos L hPMMhPhGfrLG Z wwjjgjgaka 2111 2 sin)(cos （22） 由以上式（2-1），（2-2）可知，当汽车行驶时，作用在汽车前后 轮上的法向反作用力不仅与汽车结构参数（如、 L1、L2、hg、等）有关， 而且随汽车运动情况而变化。汽车在上坡行驶时，反作用力Z1

18、减小， 而Z2 增大；下坡行驶时，则相反。空气阻力使反作用力Z1 减小，而 Z2 增大，其差别随风压中心高度的增高而加大。 作用在汽车前轮（从动轮）的切向反作用力X1 为 kj rMfZX/ 111 （23） 而作用在汽车后轮（驱动轮）的切向反作用力X2 为 fZ r MM X k je 2 2 2 （24） 如果将汽车的诸作用力分别对前轮接地点及后轮及地点取矩，并考虑到 B Gacos Gasin Z1 Pgysin Y1 Y1 Pjycos Cg Z1 hs 图2-2汽车在横坡道上曲线行驶的受力图 （2）汽车在曲线上行驶 图2-2所示为汽车在有横坡的道路上作曲线行驶的受力情况。图中汽车 的

19、重力 和惯性力 作用在汽车的重心 Cg上，由于横坡的存在，此 时作用在汽车上的侧向力除力 外，尚有汽车重力平行于路面的 分力 。 如对汽车左边车轮与公路接触面中点的连线取矩，则可得 a G jy P cos a G sin 0cossin 2 sincos 2 BZhP B PhG B G rgjyjygaa 解上式可得汽车右轮上所受的法向反作用力 B hP B PhG B G Z gjyjygaa r cossin 2 sincos 2 （25） 同理可得汽车左轮上所受的法向反力 B hP B PhG B G Z gjyjygaa r cossin 2 sincos 2 （26） a G L

20、f Gasin Pjycos L b Cs Yf Mjz 图 2-3汽 车 曲 线 行 驶 的 侧 向 力 和 反 作 用 力 图2-3所示为汽车在有横坡的公路上作曲线行驶时的受力 情况（俯视图），图中除侧向力及惯性矩MJZ外，其它作 用力及反作用力均未绘出。 如对汽车后轴中心取矩，则按平衡条件可得 0cossin jzbjybaf MLPLGLY 解上式可得作用在汽车前轴车轮的侧向反作用力 L MLGLP Y jzbabjy f sincos （27） 同理可得作用在汽车后轴车轮的侧向反作用力为 L MLGLP Y jzfafjy b sincos （28） 式中：MJZ汽车在曲线上行驶时之

21、惯性力矩。 2.牵引力的产生及传递 汽车的行驶需要克服各种行驶阻力，因而必须具备足够的动力牵引力， 汽车行驶时牵引力来自内燃发动机。燃料在发动机内燃烧，将热能转变为 机械能，因此牵引力取决于发动机的性能。 。 （1）表征汽车发动机特性的基本指标 有效功率 有效功率指汽车在单位时间内所具有的做功的能力，单位为千瓦（KW）。 不同的汽车，发动机性能不同，所发出的有效功率也不同。如在发动机转 速为3000时，不同汽车发动机所发出的最大功率分别为：解放CA141， Nmax=99KW/3000r（135马力）；黄河JN150，Nmax=117.6kw/1800r； 红旗小轿车CA-772，Nmax=1

22、61.8KW/4000r。 转速 转速是指发动机曲轴单位时间内的旋转次数，用每分钟转数（r/min）为 单位。转速的大小影响汽车行驶的快慢。 扭矩 扭矩是指汽车发动机产生于曲轴上的转动力矩，用牛顿米（N.m ）为单 位。汽车发动机扭矩的大小，决定了汽车产生牵引力的大小 转动角速度 指单位时间内发动机曲轴转动的角度，单位是弧度/秒（rad/s）。 （2）发动机有效功率Ne和曲轴扭矩Me的关系 发动机内燃料燃烧产生的热能，通过活塞、曲轴转化为机械能，产生 有效功率 ，驱使曲轴以每分钟 的转速旋转，产生扭矩 ，再 经过一系列的变速、传动，在驱动轮上产生扭矩 推动汽车前进。 由功率的基本功式： e N

23、 e n e M k M 1000/ ee MN 60/2 e n 9549/)601000/(2 eeeee nMnMN e e e n N M 9549 即 或 （29） 如将发动机所发出的功率、扭矩以及单位燃料消耗量与发动机曲 轴的转速之间的函数关系以曲线表示，则此曲线称为发动机转速 特性曲线，或发动机特性曲线。如果此曲线是当节气阀全开（或 最大供油量）时所得，则称为发动机外特性曲线。而在节气阀部 分开启（或部分供油量）时所得的曲线，则称为发动机的部分负 荷特性曲线或发动机的节流特性曲线。 n minn Mn N Me (N.m) Ne (Kw) M ne (r/min) n max N

24、 图 2-4某 汽 油 发 动 机 的 外 特 征 曲 线 示 意 图 当研究汽车牵性能时，在发动机特性 图上可省去单位燃料消耗量。如图2-4 所示为某一汽油发动机的外特性曲线。 图中 为发动机的最小稳定工作转速， 随着转速的提高，发动机所发出的扭 矩和功率都在增加。当曲轴转速为 时，发动机扭矩达到最大值 ，如进 一步提高曲轴转速则发动机扭矩将下 降，但发动机功率仍将继续增加，直 至其最大值 。如再继续提高曲轴转 速，则发动机所发出的功率由于汽缸 充气恶化，机械损失等原因将逐渐降 低。此时发动机的磨损甚为剧烈，故 一般发动机设计均使其最大转速不大 于最大功率时转速的1025%。 min n M

25、 n max M max N （3）驱动轮扭矩 及牵引力 k M t P 汽车的动力传递为：动力扭矩（发动机）离合器变速箱传动轴（万向节 头轴）主传动器及车轴驱动轮，即发动机曲轴扭矩 通过离合器、变 速箱，随所用排挡的变速比 和机械效率 ，传至万向节头轴上的扭 矩为 ，此时 。万向节头轴上的扭矩 再传至主传动器， 并随主传动器的减速比率 及机械效率 ，经车轴传到驱动轮上的扭 矩为 ，此时 ，取 有 。 e M k i k n M kken iMM n M 0 i0 k M 0000 kkenk iiMiMM 0 kM Mkek iiMM 0 汽车行驶时，共受以下几个力（如图2-5）：作用于汽车

26、驱动轮上的 扭矩 ，汽车重力G及与之相平衡的反力 ，行驶阻力T，路面水平反 力F。驱动轮上的扭矩 可用一对力偶和P代替，P作用在轮缘上与 路面水平反力F平衡，作用在轮轴上推动汽车前进，与汽车的行驶阻 力抗衡。所以 k M k Mke k k t r iiM r M P 0 1000 60 2 0 ii n rV k e k )/(377. 0 0 hkm ii rn k ke 又= 所以有牵引力 )(3600377. 0N V N M V n P Me Me e t 如果要求汽车具有较大的牵引力，则必须采用较大的变 速比ik.i0，但ik.i0随着的增大，车速V会降低，因此汽车设 有几个排档，

27、各档具有固定的变速比或最大速度值。采 用低速档，能获得较大的牵引力和较低车速，采用高速 档，能获得较高的车速和较小的牵引力。 图2-5 驱动轮的受力分析 G F G Mk T V G Pt F G P T V rk Pt2 Pt Pt Pt4 Pt3 V 图2-6汽车的牵引特性图 图2-6是由发动机特性曲线 转换得到的汽车牵引特性曲 线。图中Pt1、Pt2、Pt3和Pt4 分别表示一、二、三、档及 直接档时汽车牵引力与汽车 行驶速度的关系曲线。汽车 的牵引特性对研究汽车的牵 引性能至关重要，如汽车的 牵引力与行驶速度的关系， 不同档位汽车牵引力的变化， 汽车的最大行驶速度、最大 加速度、最大爬

28、坡度等都必 须借助牵引特性加以分析研 究。 3.汽车的行驶阻力 汽车运动时需要不断克服运动中所遇到的各种阻力。这些阻力或来自汽 车赖以行驶的路面，或来自汽车周围的介质空气，通常前者称之为 滚动阻力（Pf），而后者称为空气阻力（Pw）。此外，汽车上坡行驶时， 所需克服的汽车重力在平行于路面方向的分力称为坡度阻力（Pi）；汽 车加速行驶时，所需克服惯性的阻力，称为惯性阻力（Pj）。 上述这些阻力中，滚动阻力和空气阻力存在于任何条件下，因而在汽 车运动时，为克服这些阻力经常需要消耗发动机一定的功率。坡度阻力 和惯性阻力则存在于某种行驶条件下。例如汽车在水平路上作等速行驶 时，坡度阻力和惯性阻力均不存

29、在；若在纵坡路上作变速行驶，就有坡 度阻力和惯性阻力。用于克服上坡时的坡度阻力和加速时的惯性阻力所 消耗的功率，在下坡和滑行时尚能部分利用，此时阻力Pi和Pj将是负值， 也就成了汽车的驱动力。 汽车在道路上行驶时的滚动阻力来源于轮胎表面 于路面之间的摩阻滑移，轮胎橡胶在接触表面处 的弯曲变形，车轮滚过路表面突出的石子或不平 整的破碎路面，车辆从道路的低洼处爬出，推动 车轮通过砂、雪或泥地，在轮、轴和组合器轴承 处以及变速齿轮中的内部摩阻等。 f P fGfGPfcos （2）空气阻力(Pw) 汽车行驶时的空气阻力包括车辆迎风面处的空气 直接作用、空气越过车辆表面（包括车底）的摩 阻力以及车后的

30、局部真空。 15.212 1 2 2 KAV uAKP w (3)坡度阻力坡度阻力 在具有纵向坡度的公路上， 当汽车上坡时，重力在平 行路面方向的分力与汽车 行进的方向相反，阻碍汽 车行驶，此称为坡度阻力 或上坡阻力；下坡时，其 重力在平行路面方向的分 力与汽车行进的方向相同， 形成了坡度助力。坡度阻 力与车重力和公路的坡度 角有关。 图 2-7 坡 度 阻 力 Ga i Gacos Gasin iGGRisin (4)惯性阻力惯性阻力 汽车变速行驶时，需要克服变速运动所产生的惯性阻力和惯性力 矩，这就是惯性阻力。惯性阻力由两部分组成： （1）汽车加速或减速前进产生的惯性力； （2）汽车上机械

31、转动部分（飞轮、离合器、车轮等）因加速或 减速旋转产生的回转惯性力矩。 亦即 式中：汽车回转质量换算系数，与车速、变速比有关。 汽车车轮惯性影响系数；发动机飞轮惯性影响系数。 a g G Pj11 2 21 k i 由上述各项阻力的关系式可以看出，除空 气阻力外，其它各项阻力均与车辆的总质 量成正比；而除了坡度阻力和惯性阻力外， 其它各项阻力还与车辆的行驶速度或速度 平方成正比。因此，车辆总质量和行驶速 度是影响行驶阻力大小的两项最主要的因 素。 jwift PPPPP dt dv g GKFV iGfG r iiM a aa k Mke 13 2 0 (1)牵引平衡(1)牵引平衡 必要条件是

32、：汽车的 牵引力必须大于等于 汽车的行驶阻力。 充分条件是：牵引力 必须小于或等于轮胎 与路面间的最大摩擦 力（即附着力） RP FP K GF 附着程度的好坏主要 取决于轮胎与地面在 接触处变形后相互摩 擦的情况。附着系数 主要与下述因素有关： （1）路面的粗糙程度 和潮湿泥泞程度；（2） 轮胎花纹和轮胎气压； （3）车速；（4）荷 载。车速越高，路表 面光滑而潮湿，则附 着系数越低。 汽车的动力性能是指汽车所具有的加速、 上坡、最大速度等性能。改善汽车的动力 性能，可以提高运输生产率和降低运输成 本，这是汽车设计者的任务；对于公路设 计者来讲，其任务是了解在公路上行驶的 主要车型的动力性能

33、，使所设计的公路能 很好地发挥汽车的动力性能。 等号左边的称为汽车的有效牵引力（或后 备牵引力），其值与汽车的构造和行驶速 度有关；等号右边各项阻力与道路状况及 行驶方式有关，一般不受行驶速度的影响。 对（2-18）式两侧除以汽车总重，就得到 汽车单位重量的无量纲牵引平衡方程，消 去了汽车构造系数的影响。 dt dv g GifGPP aawt )( 式中左边代表汽车单位重量的有效牵引力； 右边为汽车的动力性能，这个数值称为动 力因数，用表示，表征汽车克服道路阻力 和惯性阻力的能力，随车速而变化。 dt dv g if G PP D a wt 汽车的行驶状态汽车的行驶状态 汽车的动力因数D，它

34、表示某型汽车在海平面上，满载情况下， 没单位车重克服道路阻力和惯性阻力的性能。 K VV max V max D 某档动力特性图某档动力特性图 max max 377. 0nr V 6.汽车的爬坡能力 2 22 Im 2 Im Im 1 1 arcsin f fDfD a axax ax 7.汽车燃安油经济性 燃油消耗虽然同汽车发动机的效率密切相关，但 很大程度上也受到道路和交通状况的影响。燃油 消耗随行驶速度而变化，呈两端高中间低的规律， 即低速和高速行驶时油耗大，中速行驶时油耗相 对较低。随着路段纵坡的增大，由于需消耗部分 功率以克服坡度阻力，燃油消耗迅速增加。而在 弯道上行驶时，由于需克

35、服弯道阻力，燃油消耗 相应增大，转弯角度越大，油耗增加得越多，并 且，行驶速度越高，油耗的增长率越大。此外， 随着路面不平整程度的增加，由于滚动阻力的增 加，燃油消耗增大。综合上述因素的影响，汽车 的燃油消耗量可采用下述一般关系式表示： 汽车行驶稳定性是指汽车在行驶过程中，受外 部因素作用下，尚能保持或很快恢复原行驶状 态和方向，不至于失去控制而发生侧滑、倾覆 等现象的能力。 汽车行驶的稳定性从不同方向来看，有纵向稳 定性和横向稳定性两种。从丧失稳定的方式来 看，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结构 尺寸、正确设计公路、保证行车安全、提高运 输生产率、

36、减轻驾驶员的疲劳强度，有着十分 重要的意义。 1汽车本身的结构参数。如汽车的整体布置、 几何参数、质量参数、轮胎特性、前后悬架的 形式等，对汽车行驶的稳定性都有着决定性的 影响。 2驾驶员的因素。如驾驶员开车时的思想集 中状况、反应快慢、技术熟练程度、动作灵敏 程度等因素对于驾驶员能否做出准确判断、及 时采取措施使汽车趋于稳定、确保行车稳定有 着直接关系。 3作用于汽车的外部因素。主要是汽车和路 面间的相互作用因素（如公路的纵向、横向坡 度，路面附着情况等）以及汽车作不等速行驶 和曲线行驶时惯性力的作用。 汽车在行驶过程中，随着 运动状态的改变，作用在 前后车轮上的法向反作用 力亦有相应的变化

37、。若汽 车在某一运动状态下，前 轮的法向反作用力为零时， 则汽车将发生前轴车轮离 地而导致纵向倾覆。当后 轮的法向反作用力为零时， 根据附着条件，其牵引力 将不复存在，汽车丧失行 驶能力。此两种情况均为 汽车的纵向失稳，导致汽 车纵向倾覆或倒溜 Gasin B Z2 Ga Gacos L1 A Z1 h L2 L 图2-8 汽车行驶的纵向稳定 汽车行驶时，常受侧向力的作用及影响，如重力、惯性力 等的侧向分力。 汽车在侧向力的作用下，当车轮的侧向反作用力达到附着 力时，汽车将沿着侧向力的作用方向滑移； 侧向力同时将引起左右车轮法向反作用力的改变，当一侧 车轮上的法向反作用力变为零时，汽车将发生侧

38、向翻车。 因而，汽车行驶时，在侧向力作用下有可能产生横向滑移 或横向倾覆。为保证行车的安全稳定，必须分析研究行驶 的横向稳定性。 Ccos C Csin Gasin Gacos Ga i0 i0 Gacos hg Ccos Gasin Csin Ga C 曲 线 外 侧曲 线 内 侧 图 2-9 汽 车 在 曲 线 上 行 驶 的 横 向 力 切向力 侧向力 P=G驱 图2-10 曲线行驶驱动轮上的作用力 在倾覆极限状态时，带入式（2-30）即得 到汽车在曲线上行驶时不发生倾覆的最大 车速和最小平曲线半径 0 2 min 0max 2 2 i h b g v R i h b gRv g g 汽

39、车的制动性是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。 汽车制动性能的好坏，直接关系到汽车行驶的安全， 只有当汽车具有良好的制动性能时，才能保证行车安 全，提高汽车的行驶速度，充分发挥汽车的其它使用 性能，以提高其平均行驶速度，从而获得较高的运输 生产率。 1.汽车的制动过程分析 汽车的制动过程就是人为地增加汽车的行驶阻力 使汽车的动能或位能（当汽车下坡行驶时）转化 为其他形式的能（一般为热能）。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，简称为车轮 制动力。 车轮制动力随制动摩擦阻力矩的增加而增加（这 时车轮仍然处于

40、滚动状态），它等于车轮对地面 的垂直载力G与轮胎和地面的摩擦系数的乘积。 可见，车辆在制动过程中，地面与轮胎之间的摩 擦力不断在增长。 1.汽车的制动过程分析 大量试验证明，一个弹性轮胎在路面上滚动过程中制动时， 其摩擦系数不是理论上的纯滚动状态下达到最大值，而是 在部分滑动时才达到最大值。若用滑移率（ ， 式中分别为车轮平移的线速度、车轮角速度、工作半径） 来代表滑移与滚动的百分比，则弹性轮胎能传递的最大切 向力发生在滑移率为20%左右。滑移率20%是个极值点， 在这个点上摩擦系数达到最大值。再继续滑移，将形成一 种不稳定状态，摩擦系数将迅速下降到全滑移时的摩擦系 数。为了说明弹性轮胎的这种

41、特性，把橡胶轮胎的摩擦系 数确切地称为道路附着系数。 100 v wrv k 汽车在制动过程中，随车轮制动力的不断增长，轮胎的滚动也不断增 加滑移量。这种滑移现象，在坚硬的路面上则逐渐出现有清晰的轮胎 花纹印痕（通常称为“压印”）。从轮胎局部滑移到全滑移的过程中， 轮胎花纹的黑印长度逐渐增加达到连成一片（通常称为“拖印”）。 这时，车轮已被制动器抱死。 当车轮制动力已达到附着力的极限时（抱死），滚动阻力消失，制动 器已不能吸收能量，汽车原有的能量均消耗于轮胎与路面之间的摩擦 而转化为热能，使轮胎剧烈发热而降低了胎面的强度，造成附着系数 的降低和胎面剧烈的磨损。除此之外，车轮抱死，滑移时还将失去承 受侧向力的能力，使