道路勘测设计第二章汽车行驶性能.ppt

第二章 汽车行驶特性 1 学习目的： 道路设计是以满足汽车行驶的要求为前提的 。 汽车运动基本规律及对公路的要求 ， 指导公 路设计；保证公路的使用品质 、 服务等级 。 汽 车行驶理论是公路线形设计的理论基础 。 2 研究内容： 研究汽车的驱动力和行驶阻力； 分析汽车运动的基本规律； 研究汽车主要动力性能 分析影响汽车主要使用性能的因素 。 第一节 概述 一 、 汽车行驶性能的主要内容 1.动力性能 是指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到 的纵向力决定、所能达到的平均行驶速度，即 指决定汽车加速、爬坡和获得最大速度的性能。 动力性能决定道路的最大纵坡、坡长限制及长 陡坡上陡坡与缓坡的组合。 2.制动性 指汽车行驶中能在短距离内停车且维持行驶方 向稳定性和在下长坡时能维持一定车速的 能力。 制动性能与道路的行车视距直接相关。 3.行驶稳定性 指汽车在行驶过程中，受外部因素作用，汽 车尚能保持正常行驶状态和方向，不致失去 控制而产生滑移、倾覆等现象的能力。汽车 行驶稳定性决定道路圆曲线极限最小半径和 合成坡度的取值，也影响道路纵坡度的设置。 4.操纵稳定性 指汽车是否按照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。汽车的转向特性影响着汽车在 弯道上的行驶轨迹。 5燃油经济性 是指汽车以最少的燃油消耗量完成单位运输工作的 能力，汽车燃油经济性越好，单位行程的燃油消耗 量越小。 6.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、 驾驶员和乘客的舒适性、运货的完整性等有很大影 响。 7.通过性 是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。 二、汽车行驶对路线的要求 1.保证汽车在道路上行驶的稳定性 。 即 避免发生翻车 、 倒溜 、 侧滑等 ， 在 道路线形设计时 ， 需要合理地选用 圆曲线的半径和设置纵 、 横坡度 ， 并提高车轮与路面 问的附着力 。 2.尽可能地提高车速。 车速提高，运输生产力高，运 输成本低。在公路设计时必须严格控制曲线半径、最 大纵坡及其坡长，合理地设置缓和坡段，并尽可能地 采取大半径曲线及平缓的纵坡。 3.保证道路上的行车连续。 为保证道路上行车的均匀 连续，公路线形设计需要保证有足够的视距和安全净 空，合理地设置平、竖曲线，并尽可能地减少平面交 叉等。 4.尽量满足行车舒适 。 在 视觉上：线形美观 ， 赏心悦 目 ， 线形与景观相协调 。 在生理上：平稳 、 不颠簸 。 在心理上：轻松 ， 有安全感 ， 心情愉快 。 第二节 汽车的驱动力及行驶阻力 一、汽车的驱动力 汽车的动力来源： 汽车行驶的驱动力来自它的内燃发动机。 在发动机里热能转化成机械能经过传动系变速和 传动，将曲轴的扭矩传给驱动轮，产生 Mk的扭矩驱 动汽车驱动轮旋转，轮胎对路面产生向后的水平推 力，则路面对车辆产生向前的推力，驱使汽车行驶。 汽车传动系统： 发动机输出的功率 P与产生的扭矩 M的关系 ： 1发动机曲轴扭矩 M及发动机转速特性曲线 T r M P-n曲线 、 M-n曲线 、 耗油量 ge-n曲线 发动机转速特性曲线： 东风 EQ-140发 动机外特性曲线 式中： Pmax发动机的最大功率 (kW)； nN发动机的最大功率所对应的转速 （ r min） 发动机转速特性经验公式： )()()( 22m a xm a x mNnnnn MMMM M MN N 扭距 式中： Mmax 最大扭矩 （ Nm） ； MN 最大功率所对应的扭矩 ， nN 最大功率所对应的转速 （ r/min） ； nM 最大扭矩所对应的转速 (r min)； N m a xN n N9 5 4 9M 发动机曲轴上的扭矩 M经过变速箱 （ 速比 ik） 和主 传动器 （ 速比 i0） 两次变速 两次变速的总变速比为： =i0ik； 传动系统的机械效率为 TD时： 减速行驶 0)( Dga 0)D(ga if 式中： 道路阻力系数 ， 平衡速度：任意的 D 相应等速行驶的速度 ， 用 VP表示 。 临界速度： 每一排档 最大动力因数 Dmax对应的速度 ， 用 Vk表示 。 汽车的行驶状态 汽车的最高、最小速度 汽车的最高速度： 是指节流阀全开 、 满载 （ 不带挂 车 ） 、 在表面平整坚实水平路段上作稳定行驶时的 速度 。 某一排档的最高速度 Vmax ： m a x m a x nr377.0V 汽车的最小稳定速度 ：是指满载 （ 不带挂车 ） 在路 面平整坚实的水平路段上 ， 稳定行驶时的最低速度 （ 即临界速度 Vk） 。 最大爬坡度： 指汽车在坚硬路面上用最低档作等速 行驶时所能克服的最大坡度 。 cos 1， sintg i， DImax=fcos+sin 解此三角函数方程式 ， 得最大坡角： 三 、 汽车的爬坡能力 2 22 Im 2 Im Im 1 1c o s a r c s i n f fDfD axax ax a g )if(D 汽车的爬坡能力 是指汽车在良好路面上等速行驶时 克服了其它行驶阻力后所能爬上的纵坡度 。 ， a=0， 则 i=D-f 1 计算加 、 减速行程 由 ds=vdt， a=dv/dt， 得 四、汽车的加、减速行程 设初速 V1， 终速 V2， 则 )0(v dva1ds a 2121 VVVV V dVa112.96 1v dva1S 东风 EQ-140加 、 减速行程图 2. 加、减速行程图 1 if 2if 0if 0 加 、 减速行程图用法 第四节 汽车的行驶稳定性 汽车的行驶稳定性是指汽车在行驶过程中，在外 部因素作用下，汽车尚能保持正常行驶状态和方向， 不致失去控制而产生滑移、倾覆等现象的能力。 稳定性：纵向 横向 表现：滑移 倾覆 纵向稳定性： 表现： 倾覆 滑移（倒溜） 横向稳定性： 表现： 倾覆 滑移（侧滑） 一、汽车行驶的纵向稳定性 临界状态：汽车前轮法向反作用力 Z1为零 。 Z1L - Gl2cos0 + Ghgsin0=0 结论： 当坡道倾角 0 (或道路纵坡 ii0)时， 汽车可能发生纵向倾覆 . g 2 0 h ltg 1纵向倾覆 ： g 2 0 h l i 2 纵向滑移 （ 驱动轮滑转 ） 临界状态：下滑力等于驱动轮与路面的附着力 Gsin Gk 因为 sin tg = i， 则 纵向滑移临界状态 条件： G Gtg i k 纵向滑移的极限状态 倒溜 发生条件： Gsin G i = tg = 结论： 当坡道倾角 或道路纵坡度 i i时 ， 汽车可能产生纵向滑移 。 3 纵向稳定性的保证 一般 接近于 1， 而 远远小于 1， g 2 0 h li G Gi k 所以 ， i i0 即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 。 道路设计只要满足不产生纵向滑移 ， 就可避免 汽车的纵向倾覆现象出现 。 汽车行驶时纵向稳定性的条件为 GGii k 二 、 汽车行驶的横向稳定性 汽车在平曲线上行驶时会产生离心力，其作用 点在汽车的重心，方向水平背离圆心。 gR GvF 2 受力分析： 横向力 X 失稳 竖向力 Y 稳定 1 汽车在平曲线上行驶时力的平衡 离心力 将离心力 F与汽车重力 G分解为平行于路面的横 向力 X和垂直于路面的竖向力 Y， G c o s F s in Y G s in F c o s X 由 于 路 面 横 向 倾 角 一 般 很 小 ， 则 sin tg =ih， cos 1， 其中 ih称为横向超高 坡度 ， 将离心力 F与汽车重力 G分解为平行于路面的横 向力 X和垂直于路面的竖向力 Y， 采用横向力系数来衡量稳定性程度 ， 其意义为单位车 重的横向力 ， 即 G c o s F s in Y G s in F c o s X )i gR v(GGi gR GvGiFX h 2 h 2 h h 2 i gR v G X h 2 i R1 2 7 V 横向倾覆：汽车在平曲线上行驶时 ， 由于横向力的 作用 ， 使汽车绕外侧车轮触地点产生向外横向倾覆 。 汽车内侧车轮支反力 N1为 0。 倾覆力矩等于或大于稳定力矩 。 2.横向倾覆条件分析 倾覆力矩： Xhg 横向倾覆平衡条件分析： 2 bG 2 bG)( F i 2 bY h 稳定力矩： 倾覆力矩： Xhg 横向倾覆平衡条件分析： 2 bGXh g gh2 b G X 2 bG 2 bG)( F i 2 bY h 稳定力矩： 稳定 、 平衡条件： )i 2h b 1 27 ( V R h g 2 m i n h2 i R1 2 7 V 汽车在平曲线上行驶时，不产生横向倾覆的最小平 曲线半径 R min： 3.横向滑移条件分析 横向滑移：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 。 横向力大于轮胎和路面之间的横向附着力 。 极限平衡条件： hh GYX 横向滑移稳定条件： h )i1 2 7 ( VR hh 2 或 4 横向稳定性的保证 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 b 2hg， 而 h0.5,即 汽车在平曲线上行驶时 ， 在发生横向倾覆之前先产 生横向滑移现象 。 在道路设计中只要保证不产生横向滑移现象发生 ， 即可保证横向稳定性 。 保证横向稳定性的条件： h )i1 2 7 ( VR hh 2 或 g h h2 b 三 、 汽车行驶的纵横组合向稳定性 汽车行驶在小半径平曲线上时 ， 较直线上增加了一 项弯道阻力 。 对上坡的汽车耗费的功率增加 ， 使行车速度降低 。 对下坡的汽车有沿纵横组合的合成坡度方向倾斜 、 滑 移和装载偏重的可能 ， 这对汽车的行驶是危险的 。 汽车行驶在纵坡为 i(tg )和超高横坡为 ih（ tg ） 的 下坡路段上 ， 作用在前轴上荷载 W1为 c o s L )s i nhc o sl(G W g21 离心力 F分配在前轴上的荷载 W2为 s in g R L lGv W 2 2 2 在平直路段上 ， 作用于前轴的荷载 W为 前轴总荷载 W为 : )ig R LvlL ihl(GWWW h 2 2g2 21 GLlW 2 在有平曲线的坡道上 ， 前轴荷载增量与 W的比值为 h 2 2 g i gR vi l h W WW I 对载重汽车，一般 hg/l2 1，则 h 2 i gR v iI 直坡道上 ih 0则 I=i。 即汽车沿直坡道下坡时 ， 前轴 荷载增量与在平直路段前轴荷载的比率等于该路段的 纵坡度 。 在曲线上如果也以直线上相同大小的最大纵 坡 imax作为控制 ， 则有下式成立 纵坡折减： 最大纵坡在平曲线上的折减计算方法： m a xh 2 ii gR v i h 2 m a x iR1 2 7 Vii 第五节 汽车的制动性 汽车的制动性是指汽车行驶中强制降低车速以至停 车且能维持行驶方向和在下坡时能保持一定速度行驶 的能力 。 一 、 汽车制动性的评价指标 评价汽车制动性的指标：制动效能 （ 制动距离 ） 制动效能的恒定性 制动时汽车的方向稳定性 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 = G 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 = RW + RR + RI P + RR + RI = 0 （ 忽略空气阻力 ） 1.制动平衡方程式 0agGGG )(ga 2.制动距离 制动距离： )(gdtdva )(254 VV S 2 2 2 1 2 1 V V v d v)g( v d tS dv)g( dt 汽车完成运输工作所消耗的燃 油量称为燃油消耗量 ， 燃油经 济性的评价指标通常用一定运 行工况下汽车行驶百公里的燃 油消耗量或一定燃油量能使汽 车行驶的里程来衡量 。 已知发动机的功率 P和转速 n后 ， 可在发动机台架试验获得的发 动机负荷特性图上查出燃油消 耗率 ge。 ge是指发动机每千瓦小 时的燃油消耗量 。 第六节 汽车的燃油经济性 汽车以等速 V在道路上行驶时 ， 每百公里所做的功 w为 ： 100VNW 则百公里消耗量 Q为： ( N / 100 km )1.02 VNg9.8100WgQ ee ( l / 1 0 0 k m ) 2 1 . 1 5 K A VG 3 6 7 2 6 gQ 2 T e