第2章 汽车行驶理论.

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1 第2章 汽车行驶理论

2 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。
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。

3 舒适：视觉上：线形美观，赏心悦目，自然环境与景观设计 生理上：平稳、不颠簸，离心力小 心理上：轻松，有安全感，心情愉快。
3．汽车行驶对道路的基本要求： 安全：保证汽车的行驶稳定性，避免发生翻车、倒溜、侧滑等； 迅速：尽可能提高车速。 经济：运输成本：低 运输生产率：高 评价汽车运输工作效率的指标有： 汽车运输生产率 运输成本——油料及轮胎消耗，保养周期 舒适：视觉上：线形美观，赏心悦目，自然环境与景观设计 生理上：平稳、不颠簸，离心力小 心理上：轻松，有安全感，心情愉快。

4 § 2.1 概 述 § 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡 § 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性 § 2.4 汽车的制动性能

5 § 2.1 概 述 1.研究汽车行驶理论的意义 汽车行驶理论(theory of automobile running)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。 通过研究，进一步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。

6 § 2.1 概 述 2.汽车的行驶性能 1)动力性能(dynamic force) 2)通过性（cross-country power）
§ 2.1 概 述 2.汽车的行驶性能 1)动力性能(dynamic force) 2)通过性（cross-country power） 3)制动性 (braking power) 4)行驶稳定性(running stability) 5)行驶平顺性(smooth running) 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。行驶平顺性，是指汽车在一般行驶速度范围内行驶时，能保证乘员不会因车身振动而引起不舒服和疲劳的感觉，以及保持所运货物完整无损的性能

7 § 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡 1.汽车行驶中的受力分析
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡 1.汽车行驶中的受力分析 （1） 直线上行驶

8 § 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡 1.汽车行驶中的受力分析
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡 1.汽车行驶中的受力分析 （2）曲线上行驶

9 § 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡 2.牵引力(tractive force)的产生及传递

10 § 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡 2.牵引力(tractive force)的产生及传递
发动机将热能转化成机械能，经过变速和传动，将曲轴的扭矩传给驱动轮，使驱动轮旋转，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。 发动机、离合器、变速箱、万向传动轴、主传动器、驱动轮、等。

11 § 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡 2.牵引力(tractive force)的产生及传递
（1）牵引力 1）汽车发动机的基本指标 ①有效功率N ：单位时间内具有的做功的能力。(kW) ②转速n ：发动机曲轴单位时间内的旋转次数(n/min) ③扭矩M ：发动机产生于曲轴上的转动力矩。(N·m) ④转动角速度ω：单位时间内曲轴转动的角度(rad/s)

12 汽油发动机外特性 （1）发动机外特性曲线 油门（或节气门）全开时称发动机外特性曲线，否则称发动机部分负荷特性曲线。 功率曲线 扭矩曲线
最大转速 最小转速 汽油发动机外特性

13 § 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡 2.牵引力(tractive force)的产生及传递
2）发动机曲轴扭矩 发动机有效功率与曲轴扭矩的关系 N=M·ω/1000 (KW) ω=2πn/60(rad/s) N=2πM·n/1000×60=M·n/9549 则：M=9549×N/n (N·m)

14 § 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡 2.牵引力(tractive force)的产生及传递
发动机曲轴扭矩Ｍe—→离合器—→变速器iK—→传动轴—→主传动器i0—→车轮ＭＫ—→ Pt iK=ne／n1 i0=n1／nK　

15 § 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡 3.汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle)
（2）汽车的行驶阻力 1）滚动阻力 2）坡度阻力 3）空气阻力 4）惯性阻力

16 § 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡 3.汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle)
（2）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 与路面的种类、轮胎性质有关。 ①．路面种类： 干燥平整的土路 潮湿不平 整的土路 路面类型 碎石路面 值 0.01～0.02 0.02～0.025 0.03～0.05 0.04～0.05 0.07～0.15 表面平整的黑 色碎石路面 水泥及沥青 混凝土路面

17 § 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡 3.汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle)
（2）汽车的行驶阻力 ②. 轮胎性质：胎压，轮胎材料，结构。 子午线轮胎行驶时变形小，可降低油耗3%～8%。

18 § 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡 3.汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle)
（2）汽车的行驶阻力 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α较小(α<5°) 所以

19 § 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡 3.汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle)
（2）汽车的行驶阻力 3） 空气阻力 ① 空气阻力的产生原因（相对运动） A.汽车在行驶中，由于迎面空气质点的压力。 B.车后的真空吸力 C.空气质点与车身表面的摩擦力。 当行驶速度在100km/h以上时，有一半的功率用来克服空气阻力。

20 § 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡 3.汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle)
（2）汽车的行驶阻力 ② 空气阻力的计算 K——空气阻力系数，它与汽车的流线型有关 将车速v（m/s）化为V（Km/h）并化简，得

21 § 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡 3.汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle)
（2）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。

22 § 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡 3.汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle)
（2）汽车的行驶阻力 4）惯性阻力 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，一般给平移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.

23 § 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡 3.汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle)
（2）汽车的行驶阻力 滚动阻力 坡度阻力 空气阻力 惯性阻力 汽车的总行驶阻力为

24 § 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡 4.牵引平衡和汽车行驶的必要条件
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡 4.牵引平衡和汽车行驶的必要条件

25 § 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡 5.动力性能(dynamic force)分析

26 § 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡 5.动力性能(dynamic force)分析
（1）当汽车作等速行驶： D=f±i=ψ ψ 称为道路阻力系数 （2）动力特性图 D-----V 关系图 四级公路设计车速为20，故最大纵坡为9%

27 § 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡 5.动力性能(dynamic force)分析
（3）提高汽车的运行效率，从三方面入手： 1）提高汽车牵引力； 2）提高路面与轮胎间的附着力； 3）减小行驶阻力。 Pt↑： Me↑ γ↑ η↑ ↑：路表粗糙、加强排水、改进轮胎 P↓：路面平整Pf↓、降低纵坡Pi↓、 改进车型Pj↓ r为传动比；P为行驶阻力 要求道路：纵坡平缓，路面平整、粗糙。

28 § 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性 汽车行驶的稳定性(running stability) -----指汽车在行驶过程中，受外部因素作用，而不发生侧滑、倾覆现象的能力。 按方向分： 纵向稳定性 \ 横向稳定性 丧失稳定的方式分：滑动稳定性 \ 倾覆稳定性 影响因素： ①汽车本身的结构参数； ②驾驶员的因素； ③作用于汽车的外因。

29 § 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性 纵向滑移 纵向倾覆 纵向稳定性 纵坡、重心 汽车的行驶稳定性 横向滑移 横向倾覆 横向稳定性
§ 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性 纵向滑移 纵向倾覆 纵向稳定性 纵坡、重心 汽车的行驶稳定性 横向滑移 横向倾覆 横向稳定性 横坡、速度、 弯道半径

30 § 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性 1.汽车行驶的纵向稳定(longitudinal stability)
低匀速行驶、忽略滚动阻力及空气阻力

31 § 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性 1.汽车行驶的纵向稳定(longitudinal stability)

32 § 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性 1.汽车行驶的纵向稳定(longitudinal stability)

33 § 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性 1.汽车行驶的纵向稳定(longitudinal stability)
倾覆

34 § 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性 2.汽车行驶的横向稳定(lateral stability)
（1）汽车在曲线上行驶所产生的横向作用力

35 § 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性 2.汽车行驶的横向稳定(lateral stability)

36 § 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性 2.汽车行驶的横向稳定(lateral stability)

37 § 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性 2.汽车行驶的横向稳定(lateral stability)
故汽车不产生横向滑移的条件为：

38 § 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性 2.汽车行驶的横向稳定(lateral stability)
1）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。 2）不产生横向倾覆和滑移的条件分别是： 现代汽车在设计制造时重心较低，一般 ，即 ， 而 所以 。 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。 3） 装载过高时可能发生倾覆现象。

39 § 2.4 汽车的制动性能 1.汽车的制动过程分析 汽车的制动性 (braking power) -----指汽车在行驶中强制降低车速以至停车，或在下坡时保持一定速度行驶的能力。 汽车的制动过程：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。

40 § 2.4 汽车的制动性能 2.制动时汽车的运动方程

41 § 2.4 汽车的制动性能 3.汽车制动性能(braking power)的评价指标