道路勘测设计汽车行驶理论

第2章汽车行驶理论

2.1概述2.2汽车的牵引力及牵引力平衡2.3汽车在道路上行驶的稳定性2.4汽车的制动性能2.5汽车在道路上的行驶轨迹复习思考题2.1概述公路设计是以满足汽车行驶的要求为前提的，因此，在公路线形设计时，就必须弄清汽车行驶对公路的要求是什么，而要弄清这一问题，又需要了解汽车在公路上是怎样行驶的，这就是汽车行驶理论所需要研究的问题。1、研究汽车行驶理论的意义公路是一种线形的交通运输工程结构物，主要供汽车行驶，因此，必须了解汽车的性能及其行驶对公路的要求。汽车行驶理论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。通过上述研究，进一步分析影响汽车使用和行驶性能的各种因素，就可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。汽车行驶总的要求是安全、迅速、经济与舒适。要满足汽车在公路上行驶安全、迅速、经济、舒适、低公害的要求，就必须从驾驶者、汽车、公路和交通管理等方面来保证。就公路线形设计方面讲，主要从以下几方面来保证。①保证汽车在路上行驶的稳定性，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、横坡度和弯公以及提高车轮与路面间附着力。②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。③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公害等措施。④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。如上所述，公路的线形设计与汽车行驶时各主要性能是密切相关的，因此汽车行驶理论是公路线形设计的理论基础，是制定公路线形几何标准（如平曲线半径、纵坡坡度等）的理论依据。掌握应用汽车行驶理论对于指导公路线形设计、研究和制定公路技术标准有着重要意义。2.汽车的行驶性能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。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性能。它包括汽车的转向特性、高速稳定性和操纵轻便性。2.2汽车的牵引力与牵引力平衡1.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，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，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，影响了行驶的稳定性。（3）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，下面分别对两种状态下汽车行驶中受力情况进行简单分析。（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。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

则（2—1）（2—2）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（2—3）而作用在汽车后轮（驱动轮）的切向反作用力X2为（2—4）（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+

解上式可得汽车右轮上所受的法向反作用力（2—5）同理可得汽车左轮上所受的法向反力（2—6）图2饥-3港所示栋为汽船车在喊有横刃坡的洞公路虫上作插曲线恐行驶娃时的盘受力壁情况绿（俯亩视图挠），色图中殿除侧构向力饿及惯律性矩级MJZ外，劝其它韵作用坡力及丧反作两用力侨均未横绘出仁。如对精汽车响后轴争中心云取矩岸，则幕按平垦衡条富件可框得解上偿式可排得作子用在响汽车鸦前轴孙车轮尽的侧灵向反腾作用散力（2粥—7蓬）同理质可得南作用隆在汽啄车后柄轴车尊轮的打侧向差反作慢用力五为（2给—8残）式中福：MJZ——财汽车范在曲恒线上梢行驶率时之乏惯性伙力矩字。2.拉牵引万力的蚕产生界及传给递汽车亩的行工驶需晌要克针服各瓣种行讯驶阻摧力，穷因而合必须染具备促足够稍的动设力—牵引衔力，惨汽车盐行驶和时牵烦引力娱来自梯内燃嚼发动记机。袭燃料用在发昨动机杆内燃田烧，盛将热坏能转申变为颤机械加能，恶因此赔牵引似力取积决于名发动渗机的惩性能骨。1．霜（1炸）表奖征汽御车发好动机鱼特性波的基汗本指鹿标①有则效功翁率有效获功率报指汽绕车在锄单位过时间唐内所颗具有衔的做鸦功的飘能力敢，单雷位为始千瓦章（K换W）延。不土同的项汽车备，发梯动机每性能佣不同勇，所门发出胖的有番效功赔率也钟不同科。如住在发杏动机遗转速诊为3妹00滩0时间，不含同汽悠车发撤动机殖所发荷出的沸最大掀功率娘分别摩为：威解放圾CA化—1穿41米，Nma芝x=9皇9K帐W/罢30右00秒r（酷13具5马佛力）就；黄里河J浮N—吧15验0，肌Nma童x=1芒17萝.6闯kw羞/1残80踩0r捎；红扩旗小皂轿车垮CA屈-7暗72捞，Nma斑x=1台61晒.8扬KW廉/4厚00麻0r浆。（偏②名转速转速陶是指千发动舟机曲昂轴单列位时伟间内蹲的旋抗转次蜂数，那用每候分钟辈转数净（r鸦/m爪in映）为席单位挺。转胶速的许大小六影响炒汽车停行驶廉的快半慢。（件③扭汉矩扭矩会是指溪汽车低发动鸽机产结生于粒曲轴撑上的伴转动笼力矩篇，用伶牛顿责米（呢N.赞m院）为周单位根。汽静车发去动机书扭矩螺的大幼小，般决定拣了汽徒车产纸生牵馒引力猴的大乔小。④转堪动角嘴速度指单毕位时幕间内但发动蒜机曲醉轴转驾动的锈角度辩，单宅位是醋弧度趋/秒饺（r长ad砍/s康）。（2馆）发王动机饭有效耻功率夫Ne和曲片轴扭岗矩Me的关听系发动陆机内断燃料泛燃烧室产生款的热的能，池通过读活塞敢、曲泻轴转骂化为驴机械高能，蛛产生拾有效绵功率锦，医驱使命曲轴士以每阴分钟哑的转仍速旋每转，豪产生旱扭矩群，接再经跟过一袄系列染的变锋速、店传动湖，在昨驱动渡轮上黄产生警扭矩油推动衡汽车鸭前进陪。由蛾功率并的基趁本功那式：即或（2缺—9蜘）如将费发动饰机所耐发出套的功充率、犬扭矩愤以及妖单位脾燃料代消耗创量与光发动沸机曲社轴的幼转速疫之间侍的函歌数关涂系以届曲线辣表示爽，则旬此曲挠线称疏为发乡丰动机贺转速可特性屑曲线秋，或绵发动敌机特甚性曲纳线。牢如果则此曲炎线是榨当节泳气阀详全开爱（或姐最大棵供油滑量）袖时所经得，龟则称冲为发诊动机缴外特壶性曲赞线。粉而在抄节气翼阀部编分开坊启（木或部渐分供份油量尝）时趁所得逢的曲直线，招则称绑为发营动机半的部丈分负摩荷特矛性曲荡线或狭发动豆机的晴节流胖特性聚曲线松。当研星究汽办车牵格性能浸时，普在发罩动机昼特性扬图上舰可省抛去单什位燃畜料消蕉耗量办。如燥图2铃-4毒所示孟为某姐一汽可油发禁动机孤的外填特性则曲线夜。图阶中晌为发肉动机掘的最缩慧小稳孕定工姓作转直速，正随着屯转速蹈的提客高，汤发动巾机所邀发出规的扭脚矩和性功率宿都在胃增加高。当经曲轴既转速陈为差时泳，发葵动机戚扭矩怪达到殿最大丹值巡寿，春如进位一步饿提高序曲轴育转速珍则发球动机宁扭矩秤将下玩降，愁但发匹动机大功率巧仍将吧继续话增加巷，直密至其列最大广值市。娱如再隆继续绵提高六曲轴疏转速后，则洲发动茎机所脱发出榜的功伐率由糖于汽葵缸充永气恶蝇化，侄机械救损失暮等原究因将毫逐渐烛降低槐。此抱时发垦动机姿的磨尾损甚栏为剧任烈，贩故一呜般发悦动机喜设计气均使讨其最婶大转待速不雹大于芦最大孩功率免时转吐速的揪10键~2夜5%脚。（3赛）驱冶动轮辉扭矩格及轨牵引装力汽车框的动槐力传谣递为齿：动赛力扭桌矩（勾发动牺机）辛离合涨器变缺速箱音传动锈轴（获万向稳节头蛋轴）奶主传使动器汽及车龟轴驱岔动轮耽，即汁发动射机曲纳轴扭吧矩锻通过臭离合励器、敞变速予箱，摆随所倦用排璃挡的咏变速视比播和两机械阵效率杜，今传至穗万向效节头便轴上炭的扭史矩为席，此细时婶。万俱向节遵头轴柜上的增扭矩鸦再传瘦至主大传动绪器，扭并随币主传菜动器剥的减线速比凭率钢及桌机械窑效率漠，经塑车轴坊传到狭驱动毯轮上照的扭冰矩为计，劫此时弃，取漂有钱。汽车应行驶挥时，陪共受揭以下买几个愈力（踏如图撞2-僚5）阻：作渡用于曾汽车晓驱动埋轮上贤的扭括矩陈，汽邮车重民力G络及与锐之相补平衡理的反逆力钻，行队驶阻漆力T走，路叼面水势平反电力F秤。驱弃动轮杯上的义扭矩订可糊用一铅对力把偶竿和仔P代缝替，耕P作盒用在凶轮缘峰上与抢路面握水平今反力间F平训衡，盯作用完在轮厉轴上次推动擦汽车塔前进因，与伪汽车吐的行槽驶阻淋力抗楼衡。贼所以又=所以崖有牵富引力如果扰要求治汽车割具有传较大术的牵样引力颈，则告必须麻采用杨较大谜的变染速比顺ik.i0，但悄ik.i0随着鼠的增遇大，炉车速盗V会箱降低把，因镜此汽卡车设低有几政个排直档，哗各档决具有项固定丽的变绸速比口或最福大速叉度值令。采傻用低汁速档丈，能松获得吓较大描的牵水引力熊和较威低车货速，善采用战高速棉档，武能获环得较青高的嗓车速昏和较样小的文牵引月力。图2稀-6量是由妖发动槐机特子性曲都线转猴换得纽奉到的乳汽车诊牵引州特性乳曲线兵。图垒中Pt1、P牙t2芝、P泰t3超和P啦t4摇分别拼表示虫一、狭二、咸三、景档及炎直接垦档时关汽车兰牵引存力与销汽车渣行驶明速度海的关纤系曲惭线。邀汽车悠的牵悄引特客性对刊研究冲汽车棍的牵塌引性钟能至件关重恼要，侧如汽听车的胸牵引普力与熊行驶角速度桐的关弄系，哀不同逮档位成汽车纳牵引吧力的牢变化凤，汽障车的残最大顿行驶歼速度耍、最岩大加漠速度序、最回大爬谦坡度出等都自必须掌借助免牵引鸣特性流加以醒分析效研究楼。3.幼汽车眼的行垮驶阻盘力汽车球运动搂时需鼠要不杂断克锤服运零动中网所遇蜜到的届各种挠阻力灿。这奥些阻搭力或数来自利汽车邀赖以获行驶怪的路池面，连或来习自汽拉车周偏围的渠介质肥——纸空气番，通些常前初者称概之为莫滚动沟阻力觉（Pf），月而后淡者称跟为空绵气阻村力（卫Pw）。圣此外零，汽态车上伞坡行罗驶时轨，所龄需克亏服的仗汽车勤重力赵在平封行于纱路面努方向返的分井力称枣为坡屯度阻询力（叫Pi）；拥汽车隆加速甘行驶月时，运所需蚕克服蔬惯性找的阻赴力，尸称为继惯性螺阻力任（Pj）。上述眯这些筹阻力涉中，需滚动猫阻力性和空锐气阻变力存故在于明任何斤条件乳下，酱因而润在汽剪车运时动时帐，为棚克服相这些栋阻力沟经常筐需要状消耗货发动贷机一挨定的迎功率蓬。坡钻度阻如力和店惯性烫阻力鹿则存钻在于探某种获行驶弱条件惹下。梢例如埋汽车惜在水蠢平路停上作首等速舌行驶询时，律坡度炊阻力征和惯腔性阻链力均隶不存后在；州若在这纵坡腥路上氧作变床速行陕驶，丢就有迈坡度撞阻力棚和惯乱性阻稼力。肿用于料克服沟上坡糊时的仿坡度捕阻力映和加仔速时辞的惯野性阻沈力所斥消耗情的功壳率，且在下灭坡和龄滑行哪时尚棋能部饱分利醒用，香此时除阻力抬Pi和Pj将是话负值奥，也奏就成商了汽僻车的盯驱动枪力。(3节)坡天度阻怖力(4网)惯谦性阻增力2.慨3汽车值在道域路上汗行驶爽的稳缎定性汽车润行驶溉稳定妈性是押指汽柱车在专行驶慨过程萄中，弃受外斧部因眠素作劳用下含，尚吨能保驼持或垂很快脂恢复科原行游驶状济态和呢方向露，不父至于锋失去规控制邮而发蜻生侧挑滑、盒倾覆屑等现由象的皮能力踪蝶。汽车垃行驶激的稳饮定性砍从不萍同方酷向来较看，瞒有纵网向稳铃定性寨和横独向稳渣定性静两种鄙。从世丧失何稳定限的方报式来弓看，访有滑节动稳泥定性是和倾蓝覆稳肾定性色两种租。分榴析和搬确保榆汽车兄行驶蜂的稳交定性锣对于陶合理疯设计僚汽车纵结构证尺寸很、正挡确设筝计公露路、典保证默行车毒安全助、提窗高运待输生树产率搂、减港轻驾略驶员寄的疲利劳强捉度，幅有着唉十分雨重要渐的意激义。影响称汽车恰行驶灰稳定袋性主朽要有要以下妥三方终面的到因素颠：1．疮汽车技本身浮的结犹构参亿数。占如汽羊车的牢整体甩布置叹、几向何参狼数、扭质量伯参数钩、轮锅胎特斯性、伤前后锅悬架炊的形罢式等烘，对球汽车盏行驶司的稳院定性得都有涂着决校定性塞的影桂响。2．届驾驶杠员的摊因素糕。如尚驾驶千员开柄车时蔬的思扛想集名中状白况、估反应遍快慢碎、技奸术熟支练程隶度、已动作墨灵敏村程度堵等因讽素对映于驾桌驶员腿能否误做出荣准确您判断雄、及追时采目取措买施使恳汽车雀趋于笑稳定乔、确柄保行粗车稳姥定有想着直北接关夹系。3．婆作用纲于汽刺车的篮外部姐因素守。主侨要是掏汽车偏和路节面间住的相材互作朋用因腊素（凭如公或路的答纵向史、横珠向坡稳度，皆路面执附着屈情况拍等）肌以及闯汽车际作不乓等速泳行驶喇和曲碍线行瓶驶时货惯性友力的甜作用逼。1.汽车稍行驶必的纵窗向稳丘定性汽车角在行改驶过浮程中皆，随送着运搏动状底态的辽改变院，作详用在睁前后浮车轮疾上的赌法向渗反作哀用力专亦有掏相应脱的变矩化。辞若汽挣车在劫某一输运动托状态皇下，翁前轮胜的法挑向反趴作用区力为估零时鞭，则臭汽车觉将发链生前宇轴车俯轮离的地而慢导致败纵向制倾覆泰。当拘后轮题的法念向反志作用麻力为伟零时争，根渴据附四着条样件，厦其牵丑引力馋将不业复存椒在，顷汽车支丧失花行驶傻能力被。此帅两种饲情况某均为宰汽车卫的纵彻向失察稳，其导致炒汽车纵纵向惑倾覆芝或倒疫溜2.汽车欢行驶威的横殊向稳娱定性汽车科行驶桑时，谎常受坦侧向脉力的此作用追及影滨响，斩如重曲力、洁惯性纲力等扯的侧果向分卡力。厉汽车魄在侧虽向力窃的作拨用下舒，当设车轮猴的侧码向反茂作用有力达奋到附洞着力富时，厚汽车片将沿即着侧防向力批的作略用方森向滑慌移；昂侧向剂力同每时将哄引起招左右漂车轮婶法向胁反作纠用力捐的改陆变，现当一饱侧车妹轮上违的法创向反寻作用疯力变张为零编时，性汽车穗将发欣生侧最向翻额车。书因而辞，汽它车行极驶时辽，在干侧向瓶力作究用下杨有可埋能产央生横沟向滑鼓移或修横向告倾覆扒。为震保证抄行车绑的安仍全稳孝定，荐必须牛分析尊研究臣行驶上的横菠向稳沿定性裹。2.膝4汽车锤的制狱动性裁能汽车荡的制贸动性仅是指防汽车歉在行受驶中违强制搬降低垄车速慕以至体停车对，或炕在下尤坡时肢保持匠一定裳速度课行驶敢的能惨力。汽车油制动腾性能总的好晨坏，蜂直接壮关系之到汽膨车行厘驶的雪安全乓，只薪有当影汽车沫具有厌良好制的制泥动性历能时凝，才聪能保墨证行畜车安畏全，定提高柳汽车归的行崇驶速及度，早充分锐发挥呀汽车谦的其吵它使驱用性凶能，抵以提元高其吐平均远行驶吩速度巧，从某而获历得较淘高的册运输抬生产做率。2.掘5汽车驰在道玻路上届的行菌驶轨披迹一辆劫正常毒行驶旺的汽笑车，宰无论匙直行缎还是死转弯扮，留母下的敬轨迹篇都是棵相当搜顺滑韵悦目肌的，搏形成凯一条撇曲折兽有致筋的优桥美线员形。悉对行臂驶轨忘迹的逃进一损步研塞究和吩分析作，可唇帮助先我们驻深入巧了解冶路线魂要素奥的几隆何构穗成，贵为新滴建道据路的拔设计辱和旧茶路的伤改善文提供丈良好厉的参格考。最理每想的秒路线另平面伯是行淹车道晚的边盲缘能阻与汽堤车的坝前外弄轮和陶后内判轮迹施线完令全符惰合或芬相平页行，扒研究企表明庄，行哄驶中廊的汽漠车重现心的司轨迹妄在几叮何上边有以施下特判征：（1记）这丘个轨捐迹不摊仅是隐连续棋的，退而且牵是圆妄滑的氏；（2皂）这柳个轨并迹的尿曲率壁是连杏续的尝，即竞轨迹编上任锐意一工点不运出现您两个绿曲率索值；（3聪）这乱个轨殃迹的呆曲率际变化勾是连塔续的驰，即泳轨迹禽上任宿意一册点不持出现的两个丹曲率董变化钞率值德。汽车趋在弯乐道上德行驶园时，而由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