汽车行驶理论4

第第2章章 汽车行驶汽车行驶理论理论 教学内容：教学内容：n汽车的爬坡能力；汽车的爬坡能力；n汽车行驶的稳定性；汽车行驶的稳定性；n汽车制动性能。汽车制动性能。（第（第4 4讲）讲）重点解决的问题：重点解决的问题：l道路设计中如何保证汽车行驶的稳定性？道路设计中如何保证汽车行驶的稳定性？l汽车的制动是怎样实现的？汽车的制动是怎样实现的？l如何评价汽车的制动性能？如何评价汽车的制动性能？2.2 2.2 汽车的动力特性汽车的动力特性 2.2.1 2.2.1 动力因数和动力特性图动力因数和动力特性图1.1.动力因素动力因素n动力因数动力因数D：某型汽车在海平面高度上，满载情况下，单位车重所具有的：某型汽车在海平面高度上，满载情况下，单位车重所具有的后备牵引力（又叫单位车重所具有的牵引潜力）。后备牵引力（又叫单位车重所具有的牵引潜力）。dtdvgifD2.动力特性图动力特性图:动力因数动力因数D与车速与车速V间的关间的关系曲线，称为动力特性图系曲线，称为动力特性图 汽车动力因数与行驶速度之关系曲线汽车动力因数与行驶速度之关系曲线2.2.2 车速特性车速特性)(Dgdtdv，假设，假设=1，由由dtdvgdtdvgifD1.道路条件一定时的最高车速道路条件一定时的最高车速 2.临界速度临界速度 3.汽车的最高速度汽车的最高速度4.汽车的最小稳定速度汽车的最小稳定速度n最大爬坡度：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。大坡度。n coscos1 1，sintgsintgi i，n D Dmaxmax=f fcos+sincos+sin （略去海拔荷载系数（略去海拔荷载系数）n解此三角函数方程式，得最大坡角：解此三角函数方程式，得最大坡角：2.2.3 2.2.3 汽车汽车的爬坡能力的爬坡能力22211arcsinffDcosfDmaxmaxmaxn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。后所能爬上的纵坡度。，dv/dt=0，则，则 i=D-fdtdvgifD则汽车的最大爬坡度为：则汽车的最大爬坡度为：imax=tanmax n假定汽车用一个排挡动力上坡，以速度驶入坡段，并以速度假定汽车用一个排挡动力上坡，以速度驶入坡段，并以速度V V2 2驶出坡段，驶出坡段，则可能克服的坡度则可能克服的坡度i i1 1和相应的坡长和相应的坡长S S1 1，n由速度由速度V Vt t和和V V2 2在动力特性图上，可求得相应的动力因数值在动力特性图上，可求得相应的动力因数值D D1 1和和D D2 2，则由，则由公式可得相应的加速度公式可得相应的加速度2.汽车的动力上坡汽车的动力上坡11Dgj22Dgj222121DDgjjjdtdvVn假定汽车用一个排挡动力上坡，以速度驶入坡段，并以速度假定汽车用一个排挡动力上坡，以速度驶入坡段，并以速度V V2 2驶出坡段，驶出坡段，则可能克服的坡度则可能克服的坡度i i1 1和相应的坡长和相应的坡长S S1 1，n由速度由速度V Vt t和和V V2 2在动力特性图上，可求得相应的动力因数值在动力特性图上，可求得相应的动力因数值D D1 1和和D D2 2，则由，则由公式可得相应的加速度公式可得相应的加速度n因因vdt=ds，dt=ds/v,代入上式得：代入上式得：11Dgj22Dgj222121DDgjjjdtdvVdsDDgvdv2211210212svvdsDDdvvg121212222SDDgvv112121222254SifDDVV2.汽车的动力上坡汽车的动力上坡121212212254ifDDVVS121222112542SVVfDDi汽车变速行驶时所能克服的坡长：汽车变速行驶时所能克服的坡长：汽车变速行驶时所能克服的坡度汽车变速行驶时所能克服的坡度：2.汽车的动力上坡汽车的动力上坡2.3 2.3 汽车的行驶稳定性汽车的行驶稳定性 n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。的能力。n 稳定性：纵向稳定性：纵向稳定性稳定性n 横向横向稳定性稳定性 n 表表 现：滑移现：滑移n 倾覆倾覆纵向倾覆纵向倾覆纵向滑移或倒溜纵向滑移或倒溜n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。的能力。n 稳定性：纵向稳定性：纵向稳定性稳定性n 横向横向稳定性稳定性 n 表表 现：滑移现：滑移n 倾覆倾覆横向倾覆横向倾覆横向滑移横向滑移2.3 2.3 汽车的行驶稳定性汽车的行驶稳定性 n临界状态：汽车前轮法向反作用力临界状态：汽车前轮法向反作用力Z1为零为零。1纵向倾覆纵向倾覆：hGLGLZsincos210sincos21LhGLGZL2和和h的数值在汽车设计中考虑，其比值的数值在汽车设计中考虑，其比值L2/h1，i10%，因此，汽车的纵向倾覆稳定因此，汽车的纵向倾覆稳定性是很容易满足的。是很容易满足的。hLsincos2hLtg201hLi202 2纵向滑移（驱动轮滑转）纵向滑移（驱动轮滑转）n临界状态条件：下滑力等于驱动轮与路面的附着力临界状态条件：下滑力等于驱动轮与路面的附着力n Gsin Z2 iGGLLk1tanLhGLGZsincos12LhGLGGsincossin1hLL1tanGGLL1kiGGLLk1tanLhGLGZsincos12LhGLGGsincossin1hLL1tanGGLL1kn结论：结论：当坡道倾角当坡道倾角 或道路纵坡度或道路纵坡度ii 时，汽车可能产生纵向滑移。时，汽车可能产生纵向滑移。n在泥泞时在泥泞时 =0.2，冰滑时，冰滑时 =0.1，因此汽车不产生倒溜的条件一般是，因此汽车不产生倒溜的条件一般是i0.10.2（泥泞时）。（泥泞时）。n汽车不产生滑移的条件一般是汽车不产生滑移的条件一般是i0.130.15（泥泞时）。（泥泞时）。2 2纵向滑移（驱动轮滑转）纵向滑移（驱动轮滑转）n临界状态条件：下滑力等于驱动轮与路面的附着力临界状态条件：下滑力等于驱动轮与路面的附着力n Gsin Z2 n临界状态条件：下滑力等于驱动轮与路面的附着力临界状态条件：下滑力等于驱动轮与路面的附着力n纵向滑移的极限状态纵向滑移的极限状态倒溜发生条件：倒溜发生条件：iGGLLk1tann结论：结论：当坡道倾角当坡道倾角 或道路纵坡度或道路纵坡度i 时，汽车可能产生倒溜。时，汽车可能产生倒溜。GGitan2 2纵向滑移（驱动轮滑转）纵向滑移（驱动轮滑转）n倒溜：倒溜：汽车整体向后滑动，（前后轮刹车均不起作用）。汽车整体向后滑动，（前后轮刹车均不起作用）。3 3保证纵向稳定性的条件保证纵向稳定性的条件道路纵坡度道路纵坡度 i F FYYXX2.3.2 2.3.2 汽车行驶的横向稳定性汽车行驶的横向稳定性n 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。平背离圆心。1 1汽车在平曲线上行驶受到的横向作用力：汽车在平曲线上行驶受到的横向作用力：gRGvF2n 离心力离心力sincosGFX2.3.2 2.3.2 汽车行驶的横向稳定性汽车行驶的横向稳定性n 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。平背离圆心。n汽车在平曲线上行驶时受到的平行与路面方向的横向力汽车在平曲线上行驶时受到的平行与路面方向的横向力X：1 1汽车在平曲线上行驶受到的横向作用力：汽车在平曲线上行驶受到的横向作用力：sincosGFXhiGFXhhigRvGGigRvGX22gRGvF2n 离心力离心力F Fl汽车在平曲线上行驶时，受到得法向作用力汽车在平曲线上行驶时，受到得法向作用力Y为为：hFiGFGYsincosl横向力系数横向力系数：横向力：横向力X X与法向反力与法向反力Y Y的比值。的比值。hhFiGGiFCGGFYXsincossincoshigRvYX2YYXXYXn（1 1）横向倾覆稳定性）横向倾覆稳定性n倾覆力矩和稳定力矩的极限平衡状态是：倾覆力矩和稳定力矩的极限平衡状态是：2.汽车在曲线上行驶的稳定性分析汽车在曲线上行驶的稳定性分析 2BYXhhBYX2 当满足当满足 条件时，汽车在平曲线上行驶就不会产生倾覆。条件时，汽车在平曲线上行驶就不会产生倾覆。hB2n（1 1）横向倾覆稳定性）横向倾覆稳定性n倾覆力矩和稳定力矩的极限平衡状态是：倾覆力矩和稳定力矩的极限平衡状态是：2.汽车在曲线上行驶的稳定性分析汽车在曲线上行驶的稳定性分析 2BYXhhBYX2 当满足当满足 条件时，汽车在平曲线上行驶就不会产生倾覆。条件时，汽车在平曲线上行驶就不会产生倾覆。hB2hhihBgRigRv2maxhhihBgvigvR222minhigRv2YX（2 2）横向滑移稳定）横向滑移稳定n 横向滑移：当横向力横向滑移：当横向力X X大于轮胎和路面之间的横向附着力大于轮胎和路面之间的横向附着力XX时，汽车将时，汽车将发生产生横向滑移。发生产生横向滑移。n汽车不发生横向滑移的条件是：汽车不发生横向滑移的条件是：xmaxYXXxYX汽车在横向滑移极限平衡状态时最大可能的车速和最小曲线半径为：汽车在横向滑移极限平衡状态时最大可能的车速和最小曲线半径为：)maxhxigRv（)(2minhxigvR3 3横向稳定性的保证横向稳定性的保证u 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值的大小。小。u 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b2hb2hg g，而，而 x x0.5,0.5,即即u 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。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。u 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。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。u 保证横向稳定性的条件：保证横向稳定性的条件：x)i127(VRhx2或hBx2u车轮制动力车轮制动力F FT T：制动器内的摩擦阻力：制动器内的摩擦阻力 路面对车轮的切向摩擦阻力。路面对车轮的切向摩擦阻力。u在极限状态下，汽车的最大制动力取决于轮胎与路面间的摩擦力，即：在极限状态下，汽车的最大制动力取决于轮胎与路面间的摩擦力，即：F FTmaxTmax=G G u汽车在部分滑动部分滚动的情况下摩擦系数最大。汽车在部分滑动部分滚动的情况下摩擦系数最大。u制动平衡方程式为：制动平衡方程式为：-F Ft t=R=Rf f R Ri i+R+Rw wR Rj j F Ft t+R+Rf f R Ri i+R Rj j =0 =0 （忽略空气阻力）（忽略空气阻力）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。持一定速度行驶的能力。2.4.1 2.4.1 汽车的制动过程与制动力汽车的制动过程与制动力 0dtdvgGGG2.4 2.4 汽车的制动性汽车的制动性 0dtdvg2.4.2 2.4.2 汽车制动性的评价指标汽车制动性的评价指标n评价汽车制动性的指标：制动效能（制动距离）评价汽车制动性的指标：制动效能（制动距离）n 制动效能的热稳定性制动效能的热稳定性n 制动时汽车的方向稳定性制动时汽车的方向稳定性 1.制动减速度：制动减速度：gdtdvjS在路面干燥（在路面干燥（=0.50.7）状态下计算出减速度可达）状态下计算出减速度可达79。一般情况下不应使制动间速度大于一般情况下不应使制动间速度大于1.52.5，只有在紧急情况下，制动，只有在紧急情况下，制动减速度才超过减速度才超过4。0dtdvg2.制动时间制动时间:00631BBVVSS.dVgdvjtg.VtBS63gdtdvjSdvgdvjdts1反映时间和制动生效时间：反映时间和制动生效时间：在公路设计时，常取这两部分时间之和为在公路设计时，常取这两部分时间之和为1.02.5s。3.制动距离：制动距离：若制动到汽车安全停止时若制动到汽车安全停止时V2=0，则制动距离，则制动距离SS为：为：)(25421VSs制动距离是指汽车以速度制动距离是指汽车以速度V V1 1行驶时，从驾驶员发现障碍物，并判断是否刹车行驶时，从驾驶员发现障碍物，并判断是否刹车到汽车安全停止所行驶的距离到汽车安全停止所行驶的距离S SS S。考虑驾驶者的考虑驾驶者的反应时间反应时间和和制动生效时间制动生效时间的全部制动距离：的全部制动距离：2546.3211KVtVSSS)(254132221021VVdVVgdsSVVSS6.31dVgdvjdtSdt.Vvdtds632.5.1 汽车的燃油经济性评价指标汽车的燃油经济性评价指标n（1）行驶一定里程）行驶一定里程(或一定运量或一定运量)所消耗的燃料所消耗的燃料n 如每行驶如每行驶100km的耗油量的耗油量(kg)n 每吨公里运量的耗油量每吨公里运量的耗油量(kg)等。等。n（2）消耗单位燃料所行驶的里程）消耗单位燃料所行驶的里程n 如每公斤燃料所行驶的里程如每公斤燃料所行驶的里程(km)n发动机的燃料消耗率发动机的燃料消耗率qe：指发动机发出每千瓦小时功率的燃料消耗：指发动机发出每千瓦小时功率的燃料消耗量。量。2.5 2.5 汽车的燃油经济性汽车的燃油经济性 1汽车使用方面汽车使用方面u主要与汽车的行驶速度、挡位选择、挂车的应用、正确调整保养等因素主要与汽车的行驶速度、挡位选择、挂车的应用、正确调整保养等因素有关。这些属于汽车运用与维修研究课题。有关。这些属于汽车运用与维修研究课题。2汽车结构方面汽车结构方面u主要从改进汽车发动机、提高燃油质量、改进润滑油质量、改进传动系主要从改进汽车发动机、提高燃油质量、改进润滑油质量、改进传动系统、改进底盘及车身设计等方面着手。这些属于汽车设计研究的课题。统、改进底盘及车身设计等方面着手。这些属于汽车设计研究的课题。3道路设计方面道路设计方面u从道路线形和结构上设计着手，提高道路路面质量和线形标准，对节省从道路线形和结构上设计着手，提高道路路面质量和线形标准，对节省燃油消耗有着十分重要的意义，这是道路设计的一个重要任务。燃油消耗有着十分重要的意义，这是道路设计的一个重要任务。2.5.2 2.5.2 影响汽车燃料经济性的因素影响汽车燃料经济性的因素 结结 论论 u1.1.保证汽车行驶的稳定性的道路条件：保证汽车行驶的稳定性的道路条件：l汽车行驶稳定性包括纵向稳定性和横向稳定性两种情况。汽车行驶稳定性包括纵向稳定性和横向稳定性两种情况。l汽车在爬坡过程中有纵向倾覆和纵向滑移（倒溜）两种危险。为保汽车在爬坡过程中有纵向倾覆和纵向滑移（倒溜）两种危险。为保证纵向稳定性，必须满足道路纵坡证纵向稳定性，必须满足道路纵坡度度i小于驱动轮与路面的摩擦系小于驱动轮与路面的摩擦系数数 2=G2/G 条件。条件。l汽车在曲线上行驶有横向倾覆和横向滑移两种危险。为保证横向稳汽车在曲线上行驶有横向倾覆和横向滑移两种危险。为保证横向稳定性，必须满足定性，必须满足横向力系数横向力系数值小于车轮与路面的横向摩擦系数值小于车轮与路面的横向摩擦系数 x条件。条件。u2.2.汽车的制动力来源：汽车的制动力来源：l汽车的制动力是由汽车制动器内的摩擦阻力矩及路面对车轮的切向汽车的制动力是由汽车制动器内的摩擦阻力矩及路面对车轮的切向摩擦阻力构成。在极限状态下，汽车的最大制动力取决于轮胎与路摩擦阻力构成。在极限状态下，汽车的最大制动力取决于轮胎与路面间的摩擦力，即面间的摩擦力，即FTmaxFTmax=G =G 。u评价汽车的制动性能的主要指标：评价汽车的制动性能的主要指标：l评价汽车制动性的指标有制动效能（制动距离）、制动效能的热稳评价汽车制动性的指标有制动效能（制动距离）、制动效能的热稳定性及制动时汽车的方向稳定性等三项指标。定性及制动时汽车的方向稳定性等三项指标。教材教材P.44 2-1，2-2，2-3作业：作业：