1、第2章第2章 汽車行駛理論初步現代道路主要服務對象現代道路主要服務對象 汽車汽車道路設計前提道路設計前提 滿足汽車行駛的要求滿足汽車行駛的要求汽車行駛總的要求汽車行駛總的要求 安全、迅速、經濟、安全、迅速、經濟、舒適舒適一一 要保證汽車行駛穩定性，要保證汽車行駛穩定性，不倒溜、不滑移、不傾覆不倒溜、不滑移、不傾覆二二 盡可能提高車速，降低運輸成本，以提高運輸效率盡可能提高車速，降低運輸成本，以提高運輸效率三三 盡量使盡量使乘客和駕駛員感到舒適乘客和駕駛員感到舒適掌握掌握 汽車的汽車的動力特性動力特性及其與及其與道路線形設計道路線形設計的基本關的基本關系，了解有關系，了解有關道路勘測設計道路勘測

2、設計的基礎知識的基礎知識 第2章 汽車行駛理論初步汽車的外力汽車的外力牽引力與行駛阻力牽引力與行駛阻力 2.1 汽車在道路上行駛時，必須有足夠的驅動力來汽車在道路上行駛時，必須有足夠的驅動力來克服各種行駛阻力。汽車行駛的驅動力來自它的克服各種行駛阻力。汽車行駛的驅動力來自它的內燃發動機。內燃發動機。牽引力牽引力內燃發動機內燃發動機N N 產生曲軸扭矩產生曲軸扭矩M M 驅動輪扭矩驅動輪扭矩MkMkTTTkVNMVnrMrMT3600377. 0第2章 汽車行駛理論初步第2章 汽車行駛理論初步對汽車驅動性能進行分析時，只需研究對汽車驅動性能進行分析時，只需研究功率功率 N 和和扭矩扭矩 M 與與

3、轉數轉數 n 之間的關系曲線之間的關系曲線 2.1.1.1 發動機曲軸扭矩發動機曲軸扭矩M )mN(9549nNM式中：式中：M發動機曲軸的扭矩發動機曲軸的扭矩(Nm)N發動機的有效功率（發動機的有效功率（kW）n發動機曲軸的轉速發動機曲軸的轉速 (r/min) 第2章 汽車行駛理論初步發動機曲軸上的扭矩發動機曲軸上的扭矩M，經過一系列的變速、傳動后傳遞，經過一系列的變速、傳動后傳遞給驅動輪，使驅動輪產生扭矩給驅動輪，使驅動輪產生扭矩Mk2.1.1.2 驅動輪扭矩驅動輪扭矩 M kMk=MT Mk汽車驅動輪扭矩（汽車驅動輪扭矩（Nm） 總變速比，總變速比，= i0ikM 發動機曲軸扭矩（發動機

4、曲軸扭矩（Nm） T傳動系統的機械效率傳動系統的機械效率此時，驅動輪上的轉速此時，驅動輪上的轉速nk、相應的車速、相應的車速V為：為： niinnkk0r377. 0100060r2nnV式中：式中：V汽車行駛速度（汽車行駛速度（km/h）n發動機曲軸轉速（發動機曲軸轉速（r/min）r車輪工作半徑（車輪工作半徑（m），一般為），一般為 未變形半徑未變形半徑r0的的0.930.96倍。倍。 第2章 汽車行駛理論初步2.1.1.3 汽車的牽引力汽車的牽引力 T為牽引力，汽車行駛阻力為牽引力，汽車行駛阻力R抗衡抗衡 第2章 汽車行駛理論初步TTTkVNMVnrMrMT3600377. 0車速車速V

5、的計算公式的計算公式 可看出可看出牽引力牽引力T與與功率功率N之間的之間的關系，發動機的有效功率越大，汽車的牽引力越大關系，發動機的有效功率越大，汽車的牽引力越大 r377. 0100060r2nnV2.1.1.3 汽車的牽引力汽車的牽引力 第2章 汽車行駛理論初步汽車行駛時需要不斷克服運動中所遇的各種阻力汽車行駛時需要不斷克服運動中所遇的各種阻力這些阻力主要包括：這些阻力主要包括：1、空氣阻力、空氣阻力2、道路阻力、道路阻力3、慣性阻力、慣性阻力 2.1.2 汽車的行駛阻力汽車的行駛阻力 第2章 汽車行駛理論初步 汽車在行駛中，由于迎面空氣的壓力、車后的真空吸汽車在行駛中，由于迎面空氣的壓力

6、、車后的真空吸力及空氣與車身表面的摩擦力阻礙汽車前進，總稱為空氣阻力及空氣與車身表面的摩擦力阻礙汽車前進，總稱為空氣阻力。當行駛速度在力。當行駛速度在100 km /h以上，有時一半的功率用來克服以上，有時一半的功率用來克服空氣阻力。空氣阻力。 汽車在運動時所產生的空氣阻力汽車在運動時所產生的空氣阻力Rw可以用下式計算可以用下式計算 ： 式中：式中：K空氣阻力系數空氣阻力系數A汽車迎風面積（汽車迎風面積（m2），），KA也稱為汽車流線型因數也稱為汽車流線型因數V汽車與空氣的相對速度（汽車與空氣的相對速度（km/s），可近似地取汽車），可近似地取汽車 的行駛速度的行駛速度 2.1.2.1 空氣阻

7、力空氣阻力 221.15wK A VR第2章 汽車行駛理論初步（1）滾動阻力）滾動阻力 路面類型、輪胎結構及行駛速度路面類型、輪胎結構及行駛速度等有關。等有關。滾動阻力與輪胎承受的力成正比，即滾動阻力與輪胎承受的力成正比，即 式中：式中：Rf滾動阻力滾動阻力 (N) G 汽車的總重力汽車的總重力 (N) f滾動阻力系數，見下表滾動阻力系數，見下表2.1.2.2 道路阻力道路阻力 Rf =Gf (N)表表51 各類路面滾動阻力系數各類路面滾動阻力系數 f 值值路面路面類型類型水泥及瀝青水泥及瀝青混凝土路面混凝土路面表面平整的表面平整的黑色碎石路黑色碎石路面面碎石路面碎石路面干燥平整干燥平整的土路

8、的土路潮濕不平潮濕不平整的土路整的土路f f值值0.010.010.020.020.020.020.0250.0250.030.030.050.050.040.040.050.050.070.070.150.15第2章 汽車行駛理論初步（2）坡度阻力）坡度阻力 汽車在坡道上行駛時，汽車重量在平行于路面方向有分力，汽車在坡道上行駛時，汽車重量在平行于路面方向有分力，上坡時分力與汽車前進方向相反，阻礙汽車行駛，而下坡時分力上坡時分力與汽車前進方向相反，阻礙汽車行駛，而下坡時分力與前進方向相同，推動汽車行駛。與前進方向相同，推動汽車行駛。 坡度阻力可用下式計算坡度阻力可用下式計算 式中：式中：RI坡

9、度阻力坡度阻力 （N）G車輛總重力車輛總重力 （N）道路縱坡傾角道路縱坡傾角i道路縱坡度，上坡為正；下坡為負道路縱坡度，上坡為正；下坡為負 RI=Gsin 當sintg=i 時RI=Gi 滾動阻力和坡度阻力滾動阻力和坡度阻力均與道路狀況有關，且都與汽車的總均與道路狀況有關，且都與汽車的總重力成正比，將它們統稱為道路阻力，以重力成正比，將它們統稱為道路阻力，以RR表示表示 RR=G ( f + i ) （N）汽車的總行駛阻力：汽車的總行駛阻力：第2章 汽車行駛理論初步汽車變速行駛時，需要克服其質量變速運動時產生的慣性和汽車變速行駛時，需要克服其質量變速運動時產生的慣性和慣性力矩稱為慣性阻力，用慣

10、性力矩稱為慣性阻力，用RI表示表示 式中：式中：RI慣性阻力慣性阻力 （N） G 車輛總重力車輛總重力 （N） g 重力加速度重力加速度 （m/s2） 慣性力系數（或旋轉質量換算系數）慣性力系數（或旋轉質量換算系數） R=RW+RR+RI agGRI2.1.2.3 慣性阻力慣性阻力 T = R = RW+RR+RI 第2章 汽車行駛理論初步2.1.3 汽車的運動方程式和行駛條件汽車的運動方程式和行駛條件 汽車有足夠的牽引力來克服各種行駛阻力汽車有足夠的牽引力來克服各種行駛阻力2.1.3.1汽車的運動方程式汽車的運動方程式 牽引力牽引力 T rMUTT將有關公式代入牽引平衡方程式，則汽車的運動方

11、程式將有關公式代入牽引平衡方程式，則汽車的運動方程式agGifGKAVrMUT)(15.212U：負荷率：負荷率第2章 汽車行駛理論初步（行使必要條件）（行使必要條件） 2.1.3.1汽車的行駛條件汽車的行駛條件T R (行使充分條件）行使充分條件） TGk 式中：式中：附著系數（可理解為滑動摩擦系數），主要取決于路面的粗糙程度和附著系數（可理解為滑動摩擦系數），主要取決于路面的粗糙程度和潮濕泥濘程度，輪胎的花紋和氣壓，以及車速和荷載等，見表潮濕泥濘程度，輪胎的花紋和氣壓，以及車速和荷載等，見表5-2（下頁）（下頁）Gk作用在驅動輪的荷載。一般情況下，小汽車為總重的作用在驅動輪的荷載。一般情況

12、下，小汽車為總重的0.50.65倍，倍，載重車為總重的載重車為總重的0.650.80倍倍 第2章 汽車行駛理論初步汽車行駛條件對路面提出了一定要求：汽車行駛條件對路面提出了一定要求：宏觀上：宏觀上：要求路面平整而堅實，盡量減小滾動阻力（滿足規范平整要求路面平整而堅實，盡量減小滾動阻力（滿足規范平整度要求）度要求）微觀上：微觀上：要求路面粗糙而不滑，以增大附著力（混凝土路面壓紋）要求路面粗糙而不滑，以增大附著力（混凝土路面壓紋）表表52 各類路面上附著系數各類路面上附著系數的平均值的平均值 路面類型路面類型路路 面面 狀狀 況況干燥干燥潮濕潮濕泥濘泥濘冰滑冰滑水泥混凝土路面水泥混凝土路面0.70

13、.70.50.5/ / /瀝青混凝土路面瀝青混凝土路面0.60.60.40.4/ / /過渡式及低級路面過渡式及低級路面0.50.50.30.30.20.20.10.1第2章 汽車行駛理論初步2.2 2.2 2.2.1 汽車的動力因數汽車的動力因數 T = R = RW+RR+RI T - RW = RR + RI 汽車的動力性能系指汽車所具有的汽車的動力性能系指汽車所具有的加速、上坡、最大速度加速、上坡、最大速度等等的性能。研究汽車的動力性能的目的：的性能。研究汽車的動力性能的目的：為道路縱斷面設計提供為道路縱斷面設計提供理論依據理論依據 agifGRTDW)(D 稱為動力因數：單位車重具備

14、的牽引潛力。稱為動力因數：單位車重具備的牽引潛力。表征某型汽車在表征某型汽車在海平面高程上海平面高程上，滿載情況下滿載情況下，單位車重單位車重克克服道路阻力和慣性阻力的性能服道路阻力和慣性阻力的性能 第2章 汽車行駛理論初步2.2.1 汽車的動力因數汽車的動力因數 221.15WTRUMTKADGGr GGVagifD)(為動力因數為動力因數D的的 海拔海拔 荷載荷載 修正系數修正系數GG1、海平面2、滿載第2章 汽車行駛理論初步2.2.1 汽車的動力因數汽車的動力因數 GG第2章 汽車行駛理論初步2.2.1 汽車的動力因數汽車的動力因數 第2章 汽車行駛理論初步2.2.2 汽車的行駛狀態汽車

15、的行駛狀態 對不同排檔的對不同排檔的DV曲線，曲線，D值都有一定使用范圍，檔位愈值都有一定使用范圍，檔位愈低，低，D值愈大，而車速愈低。當汽車的動力因數為值愈大，而車速愈低。當汽車的動力因數為D，道路阻，道路阻力為力為，汽車的行駛狀態有以下三種情況：，汽車的行駛狀態有以下三種情況： )(Dgaif agifD)(汽車的爬坡能力用最大爬坡坡度評定汽車的爬坡能力用最大爬坡坡度評定節流閥全開、滿載、正常路面上、最低檔行駛節流閥全開、滿載、正常路面上、最低檔行駛最大縱坡最大縱坡i第2章 汽車行駛理論初步2.2.3 汽車的爬坡能力汽車的爬坡能力iD fmaxcossinDfaa 坡度i 較大時求解求解a

16、，最大坡度，最大坡度 imax=tan(a)汽車的加速性能是指汽車在各種使用條件下迅速增加行駛速汽車的加速性能是指汽車在各種使用條件下迅速增加行駛速度的能力，可用加速度、加速時間和行程來評定。汽車的加速度的能力，可用加速度、加速時間和行程來評定。汽車的加速度愈大，加速時間和行程愈短，汽車的加速性能愈好。度愈大，加速時間和行程愈短，汽車的加速性能愈好。第2章 汽車行駛理論初步2.2.4 汽車的加、減速行程汽車的加、減速行程 由由ds=vdt及加、減速度及加、減速度a=dv/dt(m/s2)，得，得 dvavds（a0） 設初速設初速V1，終速，終速V2對上式積分，并將車速對上式積分，并將車速v(

17、m/s)化成化成V（km/h），得），得2196.121VVdVaVS為使用方便，對上式積分，將數據繪制加、減速行程圖，以備查用為使用方便，對上式積分，將數據繪制加、減速行程圖，以備查用第2章 汽車行駛理論初步S()/(%)fi第2章 汽車行駛理論初步第2章 汽車行駛理論初步第2章 汽車行駛理論初步習題一：習題一：某道路滾動阻力系數為某道路滾動阻力系數為0.02，東風，東風EQ-140汽車汽車滿載行駛，使用滿載行駛，使用 I 檔爬坡，速度保持檔爬坡，速度保持10km/h。求海拔高度求海拔高度H=5000m能克服的最大坡度能克服的最大坡度i ？習題二：習題二：已知已知=0.75，f=0.01，東

18、風，東風EQ-140載重車以載重車以80km/h速度在速度在3.5%的坡道上爬坡，當速度降為的坡道上爬坡，當速度降為60km/h時；時；問：此時已爬坡道長多少米？問：此時已爬坡道長多少米？解：解：H=5000m，=(1-2.26*10e-5*5000)2.3=0.53= （滿載）（滿載）查圖查圖2-3，I檔、檔、10km/h對應對應D=0.27由由a=0，f=0.02，=0.53，D=0.27帶入公式：帶入公式：解得：解得：i=12.3%第2章 汽車行駛理論初步習題一：習題一：某道路滾動阻力系數為某道路滾動阻力系數為0.02，東風，東風EQ-140汽車滿汽車滿載行駛，使用載行駛，使用 I 檔爬

19、坡，速度保持檔爬坡，速度保持10km/h。求海拔高度求海拔高度H=5000m能克服的最大坡度能克服的最大坡度i ？agifD)(解：解：（f+i）/=（0.01+0.035）/0.75=0.06 （查（查6號線）號線）80km/h對應對應S1=10060km/h對應對應S2=450S=(S2 - S1) / =(450-100)/0.75 = 467m第2章 汽車行駛理論初步習題二：習題二：已知已知=0.75，f=0.01，東風，東風EQ-140載重車以載重車以80km/h速度在速度在3.5%的坡道上爬坡，當速度降為的坡道上爬坡，當速度降為60km/h時；時；問：此時已爬坡道長多少米？問：此時

20、已爬坡道長多少米？汽車的行駛穩定性是指汽車在行駛過程中，在外部因汽車的行駛穩定性是指汽車在行駛過程中，在外部因素作用下，汽車尚能保持正常行駛狀態和方向，不致失素作用下，汽車尚能保持正常行駛狀態和方向，不致失去控制而產生去控制而產生滑移、傾覆滑移、傾覆等現象的能力等現象的能力影響汽車行駛穩定性的主要因素影響汽車行駛穩定性的主要因素 : 汽車本身結構參數、汽車本身結構參數、駕駛員操作技術以及道路與環境等外部因素駕駛員操作技術以及道路與環境等外部因素用用力學平衡原理力學平衡原理分析汽車行駛的穩定性，從而為分析汽車行駛的穩定性，從而為道路道路幾何線形設計幾何線形設計提供依據提供依據第2章 汽車行駛理論

21、初步2.3 第2章 汽車行駛理論初步2.3.1 汽車行駛的縱向穩定性汽車行駛的縱向穩定性 第2章 汽車行駛理論初步2.3.1.1 縱向傾覆條件分析縱向傾覆條件分析用用 縱向傾覆的臨界狀態縱向傾覆的臨界狀態 為分析依據（為分析依據（O2力矩平衡）力矩平衡）ghltgi200式中：式中：0 Z1為零時極限坡道傾角為零時極限坡道傾角 i 0 Z1為零時道路的縱坡度為零時道路的縱坡度200cossin0gGlaGha第2章 汽車行駛理論初步2.3.1.2 縱向倒溜條件分析縱向倒溜條件分析 倒溜狀態：下滑力與附著力平衡倒溜狀態：下滑力與附著力平衡產生縱向倒溜臨界狀態時坡道傾角；產生縱向倒溜臨界狀態時坡道

22、傾角；i 產生縱向倒溜臨界狀態時道路縱坡度產生縱向倒溜臨界狀態時道路縱坡度 其中對點其中對點O1取矩，可得：取矩，可得：因因hg*tg較小，可略去不計，且較小，可略去不計，且 GGLlk1第2章 汽車行駛理論初步2.3.1.2 縱向穩定性的保證縱向穩定性的保證 分析式上面兩式，一般分析式上面兩式，一般l2 / hg接近接近1，而，而 遠小于遠小于1ghltgi200GGk/gkhlGG2 即即i V（km/h）積分后可得積分后可得2542221VVS上式中：上式中：S 制動距離制動距離 （m）V1 制動初速度制動初速度 （km/h）V2 制動終速度制動終速度 （km/h） 當制動到汽車停止時當

23、制動到汽車停止時V2=0 VS25421汽車行駛的燃料消耗主要與發動機有關，除此外，還要受到道路汽車行駛的燃料消耗主要與發動機有關，除此外，還要受到道路的狀況、交通情況、駕駛技術及環境評價等方面的影響。的狀況、交通情況、駕駛技術及環境評價等方面的影響。通常用下述指標作為燃料經濟性的評價指標通常用下述指標作為燃料經濟性的評價指標 :第2章 汽車行駛理論初步2.5 汽車的行車經濟性100km行程燃料消耗數行程燃料消耗數Qs 第2章 汽車行駛理論初步第2章 汽車行駛理論初步第2章 汽車行駛理論初步課堂習題講解假設某道路彎道的最大橫向力系數控制為假設某道路彎道的最大橫向力系數控制為0.10，則：，則：（1）當當R=500m,ih=0.05時時,允許最大的車速為多少？允許最大的車速為多少？（2）當當v=80km/h, ih= - 0.02