汽车行驶理论简介

本章主要介绍汽车的动力性能和行驶特性，为道路线形设计作准备。,第二章 汽车行驶理论简介,汽车行驶理论是在分析汽车行驶基本规律的基础上，研究汽车行驶原理、实用性能和行驶性能，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。,汽车行驶的基本要求,行驶稳定,行车快速,行车畅通,行车舒适,半 径 设 计 要 合 理,纵 横 坡 度 应 适 当,具 有 足 够 附 着 力,控 制 半 径 坡 度 坡 长,合 理 设 置 超 高 加 宽,合 理 设 置 缓 和 曲 线,平 面 视 距 要 保 证,竖 曲 线 设 计 要 合 适,具 有 足 够 行 车 宽 度,平 纵 组 合 应 适 当,线 形 与 景 观 相 协 调,第一节 汽车的行驶性能与受力分析,一、汽车的行驶性能1.动力性能是指汽车所具有的牵引力，是决定汽车加速、爬坡和最大速度的性能。汽车的动力性能越好，车速越高，爬坡能力和加速能力就越好。2.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。3.制动性指汽车强制停车和减低车速的能力。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。,第一节 汽车的行驶性能与受力分析,一、汽车的行驶性能4.行驶稳定性指汽车遵循驾驶者指定方向行驶的能力，它包括汽车的转向特性、高速稳定性和操纵轻便性。汽车行驶稳定性直接关系到行车的安全。5.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。,二.汽车行驶的牵引力Pt,有效功率N(Ne )：单位时间内具有的做功的能力。(KW) 转速n(ne )：发动机曲轴单位时间内的旋转次数(n/min) 扭矩M(Me )：发动机产生于曲轴上的转动力矩。(N·m) 转动角速度：单位时间内曲轴转动的角度(rad/s),发动机有效功率与曲轴扭矩的关系N=M·/1000 (KW)=2n/60(rad/s)N=2M·n/1000×60=M·n/9549则：M=9549×N/n (N·m) 该曲线称发动机的特性曲线 外特性曲线节流阀全开，对应的曲线称为发动机的外特性曲线。,由图可见： 当n=nmin，为最小稳定工作转速当n增大时，N，M都增大。N=nM时，M=Mmax当n=nN时，N=Nmax 当n>nN时，N下降。,1汽车发动机的基本指标,2发动机曲轴扭矩及外特性曲线,3.汽车动力的传递,离合器,变速器,传动轴,主传递器,.汽车的传力机构,例如：解放牌CA-10Bi0=7.63, =0.80-0.85. r=0.482m(0.459)ik=6.24,3.32,1.9,1.0,0.81,6.7(分别为：一、二、三、四、五、倒档,发动机扭矩传递,发动机扭矩M,万向节头上的扭矩Mn,驱动轮上的扭矩Mk,牵引力Pt的产生过程：,4牵引力的产生和计算,汽油燃烧,化学能,推动汽缸,机械能,传动系统,驱动轮机扭矩Mk,圆周力P,车轮对地面,不打滑,牛顿第三定律,牵引力Pt,推动汽车,车速V,路面对车轮,牵引力：,可见：V,Pt。因此，速度和牵引力不可得兼。故汽车采用几种排档。低档时，ik较大，Pt较大，V较小高档时，ik较小，Pt较小，V较大同一排档下，V/Vmax=N/Nmax。,牵引力的计算：,行车速度：,三汽车的行驶阻力,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。,f 称为滚动阻力系数，与路面的种类 、行驶车速、轮胎性质有关。,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。,滚动阻力,坡度阻力,空气阻力,惯性阻力,路面种类：,. 轮胎性质：胎压，轮胎材料，结构。,滚动阻力,空气阻力,惯性阻力,三汽车的行驶阻力,滚动阻力,坡度阻力,空气阻力,惯性阻力,2坡度阻力：汽车爬坡时，重力的分力对行车的阻力。,由于公路纵坡较小(<5°) 所以,上坡为正,下坡为负,惯性阻力,三汽车的行驶阻力,滚动阻力,坡度阻力,空气阻力,惯性阻力,3 空气阻力,空气阻力的产生原因汽车在行驶中，由于迎面空气质点的压力。车后的真空吸力空气质点与车身表面的摩擦力。当行驶速度在100KM/h,以上，有时一半的功率用来克服空气阻力。,空气阻力的计算,K空气阻力系数，它与汽车的流线型有关，可参考表23选用或查阅有关资料,滚动阻力,坡度阻力,空气阻力,惯性阻力,三汽车的行驶阻力,4惯性阻力,平移质量的惯性力旋转质量的惯性力矩,I - 旋转部分的转动惯量； 旋转部分转动的角加速度。,旋转质量组成部分较多，且各部分的转动惯量和角加速度不同，计算比较复杂，为方便计算，一般给平质量惯性力乘以大于1的系数，来代替旋转质量惯性力矩的影响。,(N),惯性力系数(或旋转质量换算系数)。 惯性力系数主要与飞轮的转动惯量、车轮的转动惯量以及传动系的传动比有关.,1汽车的牵引平衡 汽车在道路上行驶时，必须有足够的驱动力来克服各种行驶阻力。当驱动力与各种行驶阻力之代数和相等的时候，称为驱动平衡。其驱动平衡方程式(也称汽车的运动方程式)为,2.汽车的行驶条件,四汽车的牵引平衡和行驶条件,必要条件（即驱动条件） ：,充分条件（附着条件）：,附着系数,第二节 汽车的动力特性,一汽车的动力因数,动力因数：单位车重的有效牵引力。它表征某型汽车在海平面高程上，满载情况下，每单位车重克服道路阻力和惯性阻力的性能。,汽车在道路上行驶时的道路阻力和惯性阻力之和，其值主要与道路状况和汽车的行驶方式有关,将有关公式代入得：,为使用方便，也可用曲线表示 D 与 V 的函数关系，称为动力特性图。,二动力因数的修正,三汽车的行驶状况,（3）.当采用V1Vk的速度行驶时，若道路阻力额外增加，汽车可在原来排档上降低车速，以获得最大D值来克服额外阻力，待阻力消失后可立即提高到原V1的速度行驶。这种行驶状态成为稳定行驶,.当汽车采用V2Vk的速度行驶时，若道路阻力额外增加，汽车减速行驶而D值随之减小，如果此时不换档或开大节流阀，汽车将因发动机熄火而停驶。这种行驶状态呈不稳定行驶。,（5）.临界速度Vk是汽车稳定性时的极限速度。一般情况下汽车都采用大于某一排档的临界速度Vk作为行驶速度，以便克服额外阻力而连续行驶。如图2-7,由动力特性曲线可见 （1）.每一排档都存在各自的最大因数Dmax，与之对应的速度称作临界速度，用Vk表示.,（2）.若汽车以某一排档作等速行驶(D2)时，汽车可采用V1或V2的任一速度行驶,四爬坡能力,第三节 汽车的行驶稳定性,一、 汽车行驶的纵向稳定性,汽车的行驶稳定性,纵向稳定性,横向稳定性,纵坡、重心,横坡、速度、弯道半径,1.纵向倾覆,纵向倾覆的稳定性主要与汽车重心至后轴的距离 和重心高度 有关。 愈大， 愈低，纵向稳定性愈好。,式中 ： 为零时（倾覆）极限坡道倾角； 为零时（倾覆）道路的坡度。当坡道倾角 （或道路纵坡 ）时，汽车可能发生纵向倾覆。,一、 汽车行驶的纵向稳定性,汽车的行驶稳定性,纵向稳定性,横向稳定性,纵坡、重心,横坡、速度、弯道半径,2.纵向滑移, 当道路纵坡度 时，汽车可能产生纵向滑移。,第三节 汽车的行驶稳定性,一、 汽车行驶的纵向稳定性,汽车的行驶稳定性,纵向稳定性,横向稳定性,纵坡、重心,横坡、速度、弯道半径,3.纵向稳定性的保证,因为保证纵向倾覆和滑移的条件分别是：,比较以上两式，发现 因此发生倾覆之前先发生滑移。,第三节 汽车的行驶稳定性,结论： 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。为保证汽车行驶的纵向稳定性，道路设计应满足不产生纵向滑移为条件，这样，也就避免了汽车的纵向倾覆现象出现。所以，汽车行驶时纵向稳定性的条件为： 由于重心高度 的增大而破坏纵向稳定性条件，所以，应对汽车装载高度有所限制。,二、 汽车行驶的横向稳定性,1.汽车在平曲线上受力分析 汽车在平曲线上行驶时产生的离心力为：,由于路面横向倾角 一般很小，则， ， 其中称为横向超高坡度(简称超高率)，所以,将离心力与汽车重力分解为平行于路面的横向力和垂直于路面的竖向力，即,横向力是汽车行驶的不稳定因素，竖向力是稳定因素。,采用横向力系数来衡量稳定性程度，其意义单位车重的横向力，即,2.横向倾覆条件分析 汽车在具有超高的平曲线上行驶时，由于横向力的作用，可能使汽车绕外侧车轮触地点产生向外横向倾覆的危险。为使汽车不产生倾覆，必须使倾覆力矩小于或等于稳定力矩。即,因 比 小得多，可略去不计，则,将此式代入式(233)并整理，得,3.横向滑移条件分析 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。为使汽车不产生横向滑移，必须使横向力小于或等于轮胎和路面之间的横向附着力，即,式中： 横向附着系数，一般=（0.60.7）,利用此式可计算出汽车在平曲线上行驶时，不产生横向滑移的最小平曲线半径或最大允许行驶速度。,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 ，即 ， 而 所以 。, 装载过高时可能发生倾覆现象。,4.横向稳定性的保证,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。,横向倾覆和滑移的条件分别是：,第四节 汽车的制动性能,汽车的制动性是指汽车行驶中强制降低车速以至停车，或在下坡时能保持一定速度行驶的能力。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。,第四节 汽车的制动性能,一.汽车制动性的评价指标 制动效能制动距离Ls制动效能的恒定性车辆在冷热状态下制动的稳定性制动时汽车的方向稳定性不产生侧滑、跑偏 二.制动距离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。,汽车制动时，制动力P取决于轮胎与路面之间的附着力。在附着系数较小的路面上，若制动力大于附着力，车轮将在路面上滑移，易使制动方向失去控制。所以P值的极限值为P = Ga 式中：轮胎与路面之间的附着系数。 汽车在部分滑动部分滚动的情况下附着力最大。 制动平衡方程式为 ：-P = Pf +PW + Pi + Pj 制动时，速度迅速下降，故可忽略空气阻力，则 P+Pf + Pi + Pj =0 又因道路阻力系数所以 ：,1.制动平衡方程式,汽车在制动过程中的行驶阻力为：P=P+Pi=Ga(±i) 汽车把机械能转化为热能，汽车做功为：W=PS制=Ga(±i)Ls 汽车制动时产生的动能损失为：E=1/2mv2=GaV2/254 由能量守恒定律，得：W=E ，则：Ga(±i)S制=GaV2/254 所以，S制=V2/254(±i),