道路规划与几何设计一

道路规划与几何设计

同济大学交通运输学院

第二章汽车行驶理论本章主要内容（共3次）：一、车辆类型、尺寸、重量和构造（1）二、汽车的驱动力（1）及行驶阻力（2）三、汽车的动力特性及加、减速性能（2）四、汽车的安全稳定性及制动性能（3）五、车辆运行费（3）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。例如，工程设施的几何设计要能容纳车辆在体积尺寸和通行能力方面的使用要求，而工程设施的结构设计则要能经受住车辆质量的重复作用等。因此，道路工程的规划和设计人员，虽然不需要了解和掌握运载工具的设计、制造和使用知识，但必须了解它们的运行特性，以便规划和设计出能满足其使用要求的各项工程设施。本章首先介绍车辆（主要是汽车）的类型、尺寸和质量方面的知识，而后进一步介绍同工程设施规划和设计有关的一些运行特性，如行驶阻力、功率、加速和减速性能以及车辆运行费。一、车辆类型、尺寸、重量和构造1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

小客车为二轴-四轮车辆，可坐2～6人，主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6.8～18kN范围内；车身长度在3.5~5.6m之间，前后轴的中心距变动于2.3~3.1m之间，车身后缘到后轴的长度（后悬距离）为0.6~1.5m之间；车身宽度为1.6~2.0m，高度为1.15~1.65m之间。（2）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6～15人。（3）公共汽车

小型公共汽车通常有15～25个座位，供短途运输用，其车身长约为5.5～7.6m，宽为2.0～2.5m。中型公共汽车可为二轴或三轴，车身长9～12m，宽2.4～2.6m，约有45个座位。把半挂车固定地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16～18m，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45～180kN范围内，而三轴和四轴卡车的总重量可高达260～300kN。（5）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。牵引车和挂车通过铰接方式联结时，彼此可相对转动，因而也可称为铰接车。组合式货车的总重量一般可达到400～500kN，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前面已讲过。3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。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80~130kN；双联轴最大允许轴重变动于140~210kN；三联轴最大允许轴重变动于180~270kN。卡车的最大允许总重变动于240~400kN；半挂式和全挂式货车的最大允许总重变动于360~500kN。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

/web/jiaoxue/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。机械式传动系一般组成及布置示意图传动系1-离合器2-变速器3-万向节4-驱动桥5-差速器6-半轴7-主减速器8-传动轴图为传统的发动机纵向安装在汽车前部，后桥驱动的4×2汽车布置示意图。发动机发出的动力经离合器、变速器、万向传动装置传到驱动桥。在驱动桥处，动力经过主减速器、差速器和半轴传给驱动车轮。1-发动机2-离合器3-变速器4-变速器输入轴5-变速器输出轴6-差速器7-车速表驱动齿轮8-主减速器从动齿轮发动机前置、纵置，前桥驱动，使得变速器和主减速器连在一起，省掉了它们之间的万向传动装置。

传动系：发动机外特性曲线燃料→热能→活塞、曲轴→机械能→作功传动系：离合器：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：变速箱：作用：减速增扭

1-输入轴2-轴承3-接合齿圈4-同步环5-输出轴6-中间轴7-接合套8-中间轴常啮合齿轮此变速器有五个前进档和一个倒档，由壳体、第一轴（输入轴）、中间轴、第二轴（输出轴）、倒档轴、各轴上齿轮、操纵机构等几部分组成。传动系：万向传动：作用：柔和接触、传动1-万向节2-传动轴3-前传动轴4-中间支承传动系：主传动器、减速器：作用：①减速、增扭，②动力转90°方向。1-轴承；2-左外壳；3-垫片；4-半轴齿轮；5-垫圈；6-行星齿轮；7-从动齿轮；8-右外壳；9-十字轴；10-螺栓二、南汽车极的驱出动力子及行户驶阻葡力1、档汽车晌的驱营动力燃料耳→热恨能→街活塞耀→机染械能剑→[产耗生有档效功督率N狸]→曲魂轴→[产耀生每肚分钟们n的芦转速买旋转关]→[产隙生发昼动机叛曲轴激扭矩判M]→离合赌器→浊变速害器→闯传动凭轴→桌主传烛动器磁→差瓶速器稼等→隶驱动举轮→[产准生驱僻动轮假扭矩坟MK]功率视(N抛)，发炮动机博功率料,单燥位千滑瓦(探Kw珠)/辣马力猴（h有p）烫,括1h抬p奇=董0.辫74锦57挤k唉W.扭矩盟(M搭),表与征汽迈车牵稿引力逆的大么小,否单位溉牛顿扔.米赞/千禽克.裁米,摊1千韵克.肌米=挖9.上8牛并顿.萝米燃油杏消耗凝(ge),发甲动机铁每小岂时产伞生每蚕千瓦仍功率仙消耗甚的燃殖油量防，单礼位（桶克/处千瓦悉/小育时）转速泰(n肌)，单痕位拘转/狐分钟有一市个简剪单的肉公式吩可以忍表明猴功率恭、牵誉引力丸和速腐度的睬关系示：功率尺（伏N)锣＝(传牵引视力)彼扭矩惹(M哈)×亩速度缝(V壤)上述杠四种椒关系虎曲线呼，构详成了彼发动腹机转教速特磁性曲熟线（丝式发动粪机转羽速特爷性曲峰线）念，油茎门全绒开时描称发唤动机件外特野性曲豆线，处否则暮称发箱动机护部分朝负荷足特性猎曲线到。（1宾）发切动机听外特丽性曲赚线功率余曲线扭矩久曲线最小配转速最大份转速汽油乌发动踪蝶机外凉特性（2粥）驱伏动轮税扭矩（3虹）汽绝车的勇牵引矿力（棕T）功率朽（惩N)拣＝(护牵引饼力)垫扭矩趋(M吩)×甜速度恐(V初)Mk用力闷偶T右和Ta表示扑，Ta平衡冻路面扬反作刘用力项F，站T平者衡汽蔽车阻样力R有关刃计算阻的汇础总：(1隐)M搏和N捐的关旧系（压公式冰2-煎1）(2足)r拍和V渴的关瓶系（担公式哥2-锤5）(3粉)T污和V趴的关茎系（芽公式鼠2-蚁6,和2-塞7）汽车乓驱动盾力图2、讽汽车武的行葵驶阻炉力汽车斜在道厦路上套行驶坚时须拥克服感各种保阻力奋，如满滚动萄阻力爬、空礼气阻可力、竟坡度肆阻力集、弯粥道阻父力和猎惯性烧阻力妄等。迹这些灾阻力并一方围面与页道路稼的特塞性有茄关，猪如路佣面平骂整程醒度、墓坡度丝式、弯轻道曲击率半旺径等雾，另挪一方灿面则办随车枝辆的结运行厉特性诊而变樱，如帽车辆烛总重滴、行朵驶速若度、合速度蚕变化该速率形、车便身迎泻风面颤积和宇外廓誉线形套等。（1熔）空棍气阻政力(嘴Rw)汽车宫行驶容时的吓空气逆阻力块包括寸车辆乓迎风呼面处你的空珠气直煮接作奋用、泽空气脚越过盒车辆乒表面姿（包颂括车储底）违的摩粒阻力番以及筋车后翠的局押部真拳空。（3刘）坡久度阻誓力(印Ri)汽车览在坡矿道上顷行驶鄙时，穗车辆夹受到已其重惜量平稍行于欲坡面挡的分宏力的络作用卡。（2灶）滚谎动阻衰力(著Rf)汽车常在道邻路上页行驶防时的属滚动纷阻力荒来源司于轮泄胎表介面于距路面武之间旋的摩亚阻滑哑移，驳轮胎课橡胶卧在接叹触表投面处壁的弯赌曲变薯形，早车轮独滚过蓬路表辨面突唐出的魂石子质或不菌平整奖的破割碎路获面，涉车辆芽从道穗路的猴低洼取处爬垂出，陷推动械车轮仿通过肯砂、盗雪或树泥地乒，在炮轮、捡轴和亿组合茶器轴鉴承处逐以及脚变速暂齿轮煌中的词内部糠摩阻探等。以上被均与捷道路捷状况魂有关胞，且息与总楚重力正成正悬比，庙表示竟为道传路阻拢力：（5农）惯俘性阻递力(情RI)汽车城行驶卡速度允变化够（加辈速或泳减速斑）时搞，车驶辆受准到运淡动惯妈性阻梅力的馒作用钩。此屑惯性讯阻力绸是车围辆重微量及斗加速收或减昼速速辽率的察函数柄。式中繁，Rm为车挎辆总哄行驶税阻力虾，k谎g。什在车徐辆下虑坡或鼠减速蹄行驶畏时，香式中再的坡陷度阻皱力或各惯性泉阻力翁为负工值。由上迅述各挪项阻亭力的救关系虾式可逢以看迹出，轿除空融气阻奇力外戒，其缎它各蹈项阻娘力均玻与车寄辆的裙总质怒量成伤正比葵；而见除了沸坡度膜阻力暑和惯咬性阻捞力外顽，其盟它各捷项阻姥力还圣与车曾辆的牢行驶晃速度肌或速粘度平择方成妻正比慢。因排此，访车辆俗总质宋量和鸣行驶肌速度企是影龙响行婚驶阻吵力大址小的古两项柱最主租要的娇因素在。综合动上述哄各项焦阻力乖，车档辆在蓄路上长的总聪行驶听阻力挎为：T=精R,绑匀速效；T棕>R超,加列速；甲T<潜R,观减速低,考岛虑到算部分羞开启宝，使胞用负余荷率收U修贿正，晚并带滴入有绪：3、久汽车涛的平较衡方乳程式模和行景驶条载件（1翠）平氏衡方程未式驱动娱轮荷加载；方附烟着力每系数（2养）行驶榨条件条件涨一：樱驱动抢力大雁于等限于总罩阻力条件械二：歌驱动扩力小群于等薯于附保着力三哨、汽禽车动孤力性秀能及茂加、颗减速勾行驶汽车悼的动持力性情能系道指汽摆车所赤具有锻的加榜速、吵上坡看、最祸大速斥度等甩的性副能，递动力凉性能逝越好袄，速栽度就芹越高卧，所吃能克拳服的跑阻力燥就大啊。这霸里为缘瑞纵断牙面设鱼计提虾供依疫据。1、疾汽车袋的动泊力特景性图2、厅汽车胶的行听驶状缩慧态汽车器的动渗力因恐数D黑，它善表示豪某型假汽车核在海秧平面柄上，谈满载亩情况球下，苗没单清位车目重克飘服道锁路阻线力和两惯性炕阻力锹的性汽能。稳定欠行驶砌状态不稳育定行乌驶状贞态某档户动力稍特性航图3、粘汽车众的爬访坡能嫂力4、扶汽车遗的加抚减速赶行程四、匪汽车集的行滚驶稳挪定性封和制致动性鲜能1、枣汽车絮的纵即向稳左定性条件疗：匀怎速、膛惯性饺阻力末为0戒，低墓速，深忽略遭空气既阻力客和滚显动阻中力倾覆烫：滑移盟：稳定转性保尺证：发生卵纵向地倾覆灿前，踩先发盛生滑羽移。经原因露是：附着扣系数纵坡2、随汽车瘦的横蜻向稳春定性渔（曲食线上紧）原因咸：离腔心力弃的原问因，基部分旧靠超魄高产形生的钱重力环分量摔抵消世，其汗余靠迈横向美摩擦愉力抵勿消。倾覆况：滑移穿：横向袖力系缸数：超高汗的概爪念（瞎横向或坡度）稳定哲性保借证：发生屯横向斧倾覆育前，校先发伏生滑罩移。往原因亲：横向气力系沉数附着出系数横向贡附着房诚系数3、堡汽车镇的纵龟横组诊合稳洁定性上坡醉速度攀降低钥，耗粗费增界加，汤而下练坡存槽在合烫成坡吗度，兼比较州危险翼。4、薄制动苗性能制动决性能址使用饼制动级距离众来评酷价：路面织与轮漏胎之疗间的疾附着读系数乱,道瞧路阻咬力系际数点f+花i要制诸动就