汽车行驶理论

1、第第2 2章章汽车行驶理论汽车行驶理论 道路勘测设计道路勘测设计道路勘测设计 重庆交通大学重庆交通大学重庆交通大学 2.1 2.1 概概 述述 2.2 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 2.3 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 2.4 汽车的制动性能汽车的制动性能 2.5 2.5 汽车在道路上的行驶轨迹汽车在道路上的行驶轨迹 道路勘测设计道路勘测设计道路勘测设计 重庆交通大学重庆交通大学重庆交通大学 2.1 概概 述述1.1.研究汽车行驶理论的意义研究汽车行驶理论的意义 汽车行驶理论(theory of automobile running)

2、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。 2.1 概概 述述2.汽车的行驶性能汽车的行驶性能 1)动力性能动力性能(dynamic force) 2)通过性通过性（cross-country power） 3)制动性制动性 (braking power) 4)行驶稳定性行驶稳定性(running stability) 5)行驶平顺性行驶平顺性(smooth running) 6)操纵稳定性操纵稳定性(operating sta

3、bility) 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 1.汽车行驶中的受力分析汽车行驶中的受力分析（1） 直线上行驶直线上行驶LhPMMhPhGfrLGZwwjjgjgaka21121sin)(cos （2-1） LhPMMhPhGfrLGZwwjjgjgaka21112sin)(cos （2-2） 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 1.汽车行驶中的受力分析汽车行驶中的受力分析（2）曲线上行驶）曲线上行驶 BhPBPhGBGZgjyjygaarcossin2sincos2 （2-5） BhPBPhGBGZgjyjygaazcossin2sincos2 （2-

4、6） 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 1.汽车行驶中的受力分析汽车行驶中的受力分析（1）牵引力）牵引力有效功率有效功率N ：单位时间内具有的做功的能力。：单位时间内具有的做功的能力。(KW)(KW)转速转速n ：发动机曲轴单位时间内的旋转次数：发动机曲轴单位时间内的旋转次数(n/min)扭矩扭矩M ：发动机产生于曲轴上的转动力矩。：发动机产生于曲轴上的转动力矩。(Nm)转动角速度转动角速度：单位时间内曲轴转动的角度：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）汽车发动机的基本指标 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 2.牵引力牵引力(

5、tractive force)的产生及传递的产生及传递2）发动机曲轴扭矩及外特性曲线 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 2.牵引力牵引力(tractive force)的产生及传递的产生及传递发动机有效功率与曲轴扭矩的关系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：则：M=9549N/n (Nm)该曲线称发动机的特性曲线该曲线称发动机的特性曲线外特性曲线外特性曲线节流阀全开，对应的节流阀全开，对应的曲线称为发动机的外特性曲线。曲线称为发动机的外特性曲线。由图可见：由图可见： 当当n=n

6、min，为最小稳定工作转速，为最小稳定工作转速 当当n增大时，增大时，N，M都增大。都增大。 N=nM时，时，M=Mmax 当当n=nN时，时，N=Nmax 当当nnN时，时，N下降。下降。2）发动机曲轴扭矩及外特性曲线 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 2.牵引力牵引力(tractive force)的产生及传递的产生及传递 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 MKeKiiMM0 kMkekktriiMrMP0 又 10006020iinrVkek=)/(377. 00hkmiirnkke 所以有牵引力 )(3600

7、377. 0NVNMVnPMeMeet （2-10） eeeeenNnNM95492601000 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 2.牵引力牵引力(tractive force)的产生及传递的产生及传递 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 3.汽车的行驶阻力汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle) （2）汽车的行驶阻力）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 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 3.汽车的行驶阻力汽车的行驶阻力(resistance to mot

8、ion of motor vehicle) 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。GfRff 与路面的种类 、行驶车速、轮胎性质有关。干燥平整的土干燥平整的土路路潮湿不平潮湿不平整的土路整的土路路面类型路面类型 碎石路面碎石路面值值0.010.020.020.020.0250.0250.030.050.050.040.050.050.070.150.15表面平整的黑表面平整的黑 色碎石路面色碎石路面水泥及沥青水泥及沥青混凝土路面混凝土路面路面种类：（2）汽车的行驶阻力）汽车的行驶阻力 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 3.汽车的行驶阻

9、力汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle) 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）汽车的行驶阻力 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡汽车的牵引力与牵引平衡 3.汽车的行驶阻力汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle) sinGRi由于公路纵坡较小(1 45 100 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 1.汽车行驶的纵向稳定汽车行驶的纵向稳定(longitudinal s

10、tability)( (3 3) )纵纵向向倒倒溜溜 下滑力=sinaG ，附着力=2Z 将（2-22）带入得 LhGLGGgaaasincossin1 LhLgtantan1 （2-24） 因tan,h较小，可略去不计，并且adGGLL1， adGGLL1tan 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 1.汽车行驶的纵向稳定汽车行驶的纵向稳定(longitudinal stability) 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 1.汽车行驶的纵向稳定汽车行驶的纵向稳定(longitudinal stability) 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性汽车在

11、道路上行驶的稳定性 2.汽车行驶的横向稳定汽车行驶的横向稳定(lateral stability)（1 1）汽车在曲线上行驶所产生的横向作用力）汽车在曲线上行驶所产生的横向作用力 内 外 法向力：sincosCGZa （大）sincosCGZa（小） 横向力：sincosaGCY （小）sincosaGCY(大) 结论：内侧?。 sincosaGCY 很小，则0sin, 1cositg 0iGCYa RvgGCa2RGV1272 0202127127iRVGiGRVGYaaa 汽车横向稳定性不取决于 Y 的绝对值，而取决于横向力与车重的比值 -叫横向力系数横向力系数(lateral force

12、 coefficient)，即： 02127iRVGYa 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.汽车行驶的横向稳定汽车行驶的横向稳定(lateral stability) 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.汽车行驶的横向稳定汽车行驶的横向稳定(lateral stability) 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.汽车行驶的横向稳定汽车行驶的横向稳定(lateral stability) 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.汽车行驶的横向稳定汽车行驶的横向稳定(lateral stabil

13、ity)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）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，一般现代汽车在设计制造时重心较低，一般 ，即，即 ，而而 所以所以 。ghb212ghb5 . 0hghhb23） 装载过高时可能发生倾覆现象。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。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

14、条件分别是：）横向倾覆和滑移的条件分别是：hGXghbGX2 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.汽车行驶的横向稳定汽车行驶的横向稳定(lateral stability) 2.4 汽车的制动性能汽车的制动性能 1.汽车的制动过程分析汽车的制动过程分析汽车的制动性汽车的制动性 (braking power) -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，简称为车轮制动力。 2.4 汽车的制动性能汽车的制动性能 2.制动时汽车的运

15、动方程制动时汽车的运动方程 GPT(max) （2-38） 汽车制动减速行驶时，作用于车轮上的力矩方向与行驶方向相反。 其余各项运动阻力与牵引行驶时一样存在。 因此，这时汽车的运动力平衡方程可写为 jwifTPPPPP （2-39） 由于制动初速度不高及速度下降迅速，故空气阻力可略去不计， 即0wP，公式（2-39）可简化为 jifTPPPP0 if 即 aaaGGdtdvgG （2-40） 2.4 汽车的制动性能汽车的制动性能 3.汽车制动性能汽车制动性能(braking power)的评价指标的评价指标 2.5 汽车在道路上的行驶轨迹汽车在道路上的行驶轨迹行驶中的汽车重心的轨迹有以下几何特

16、征：行驶中的汽车重心的轨迹有以下几何特征： 1) 轨迹连续且圆滑；轨迹连续且圆滑； 2) 曲率是连续的，即轨迹上任意一点不出现两个曲率是连续的，即轨迹上任意一点不出现两个曲率值；曲率值； 3) 曲率变化是连续的，即轨迹上任意一点不出曲率变化是连续的，即轨迹上任意一点不出现两个曲率变化率值。现两个曲率变化率值。 2.5 汽车在道路上的行驶轨迹汽车在道路上的行驶轨迹 1.汽车在弯道上行驶的力汽车在弯道上行驶的力牵引力牵引力+路面附着力路面附着力+离心力离心力+四个轮上的向心力四个轮上的向心力 2.5 汽车在道路上的行驶轨迹汽车在道路上的行驶轨迹 2.汽车在弯道上行驶汽车在弯道上行驶的轨迹的轨迹(r

17、unning trace)设汽车方向盘转动角为， 前轮转向角为， 两者的关系为K （1K） 即 K1 设汽车旋转半径为，汽车轴距为0L得 KLLL000sin0L （2-44） 如图 2-12 所示，设行驶距离为s，旋转切线角为，方向盘转动角速度为 (s)， 汽车加速度为 a(m/s)，汽车速度为 v(m/s)，则有如下关系式 dds dtdsv dtdKdtddtdsdtdva122 车体的转动角速度(ddt)及角加速度(d2dt)为 01LvKvdtdsdsddtd )()(0022avLKvdtdvdtdvLKdtd 行驶路线轨迹的转动角，可从上式求得 dtvLK0 （2-45） 由 vdts，则行驶路线轨迹的直角坐标表达式为 dtvdsydtvdsxsinsincoscos （2-46） 当以不同的角速度操作方向盘行驶时，可求出汽车相应的行驶轨迹分别为圆弧、回旋线等。 2.5 汽车在道路上的行驶轨迹汽车在道路上的行驶轨迹 2.汽车在弯道上行驶汽车在弯道上行驶的轨迹的轨迹(running trace)1) 圆弧 设汽车等速行驶v方向盘转动角度0不变时，则RKL00，从式（2-45）得tLKv000 带入（2-46）式得到行驶轨迹为 tLKvKLytLKvKLx0000000000cos1sin (2-47) 显然此时的汽车行驶轨迹为圆弧。 2.5 汽车在道路上的行驶轨迹