第3,4讲汽车行驶特性2-1

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。2.1概述一、汽车行驶对道路的基本要求：安全：保证汽车的行驶稳定性迅速：行驶速度——平均技术速度。经济：运输成本：低运输生产率：高舒适：视觉上：线形美观，赏心悦目，自然环境与景观设计二汽车行驶性能的主要内容1动力性能2制动性3行驶稳定4操纵控制性5燃油经济性6行驶平顺性7通过性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统变速和传动，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：N-n曲线、M-n曲线、耗油量ge-n曲线发动机转速特性曲线：1．发动机曲轴扭矩M及发动机转速特性发动机输出的功率P与产生的扭矩M的关系：)(9549kWnMP95491000260nMrnrMPPrM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：)()()(33221maxkwnnnnnnPPNNN功率)()()(22maxmaxmNnnnnMMMMMMNN扭距式中：Mmax——最大扭矩（N·m）；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)；NmaxNnN9549M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：γ=i0·ik；传动系统的机械效率为ηT1.0；传到驱动轮上的扭矩Mk为：Mk=MγηT驱动轮上的转速nk为：2．驱动轮扭矩Mkniinnk0k)h/km(nr377.0100060nrr2V车速V与发电机转速关系：3．汽车的驱动力)(3600377.0NVPMVnrMrMTTTTk1．空气阻力汽车在行驶中，由于迎面空气质点的压力，车后的真空吸力及空气质点与车身表面的摩擦力阻碍汽车前进，总称为空气阻力。二、汽车的行驶阻力2'wvKA21R式中：K——空气阻力系数，它与汽车的流线型有关；ρ——空气密度，一般ρ=1.2258（N·s2／m4）；A——汽车迎风面积（或称正投影面积）（m2）；v’——汽车与空气的相对速度（m／s），可近似地取汽车的行驶速度。将车速v’（m／s）化为V（km／h）并化简，得(N)15.21KAVR2w对汽车列车的空气阻力，一般可按每节挂车的空气阻力为其牵引车的20%折算。2．道路阻力道路阻力是由弹性轮胎变形和道路的不同路面类型及纵坡度而产生的阻力，主要包括滚动阻力和坡度阻力。（1）滚动阻力弹性轮胎反复变形时，其材料内部发生摩擦要消耗一部分功率。在柔性路面上汽车行驶时汽车的不仅轮胎变形，而且路面也会变形，其接触面之间产生摩擦要消耗部分功率（路面支反力前移，与车轮重力形成反向力矩）。另外，由于路面的不平整而造成轮胎震动和撞击引起部分功率的消耗。滚动阻力与汽车的总重力成正比，若坡道倾角为α时，其值可用下式计算。Rf＝Gfcosα由于坡道倾角α一般较小，认为cosα≈1，则Rf=Gf（N）式中：Rf——滚动阻力（N）；G——车辆总重力（N）；f——滚动阻力系数，它与路面类型、轮胎结构和行驶速度等有关，一般应由试验确定，在一定类型的轮胎和一定车速范围内，可视为只和路面状况有关的常数，见表3-4。汽车在坡道倾角为α的道路上行驶时，车重G在平行于路面方向的分力为Gsinα，上坡时它与汽车前进方向相反，阻碍汽车行驶；而下坡时与前进方向相同，助推汽车行驶。坡度阻力可用下式计算Ri=Gsinα因坡道倾角一般较小，认为sinα≈tgα＝i，则Ri=Gi（N）式中：Ri——坡度阻力（N）；G——车辆总重力（N）；i——道路纵坡度，上坡为正；下坡为负。（2）坡度阻力RR=G（f+i）式中：f+i——统称道路阻力系数。滚动阻力和坡度阻力均与道路状况有关，且都与汽车的总重力成正比，将它们统称为道路阻力，以RR表示汽车变速行驶时，需要克服其质量变速运动时产生的惯性力和惯性力矩称为惯性阻力，用RI表示。汽车的质量：平移质量旋转质量3．惯性阻力平移质量的惯性力旋转质量的惯性力矩agGmaR1IdtdIR2I惯性阻力计算：)N(agGRI式中：δ——惯性力系数（或旋转质量换算系数）。δ＝l＋δ1＋δ2ik2式中：δ1——表示汽车车轮惯性力的影响系数，一般δ1=0.03～0.05；δ2——表示发动机飞轮惯性力的影响系数，一般小客车δ2=0.05～0.07，载重汽车δ2=0.04～0.05；ik——变速箱的速比。汽车的总行驶阻力R为：R=Rw十RR十RI1．汽车的运动方程式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T=R=Rw+RR+RI代入表达式，汽车的运动方程式为：三、汽车的运动方程式与行驶条件agG)if(G15.21KAVrMU2T2．汽车的行驶条件汽车在道路上行驶，当驱动力等于各种行驶阻力之和时，汽车就等速行驶；当驱动力大于各种行驶阻力之和时，汽车就加速行驶；当驱动力小于各种行驶阻力之和时，汽车就减速行驶，直至停车。所以，要使汽车行驶，必须具有足够的驱动力来克服各种行驶阻力。即汽车行驶的必要条件（即驱动条件）：T≥R驱动力小于或等于轮胎与路面之间的附着力，即T≤Gk式中：——附着系数，主要取决于路面的粗糙程度和潮湿泥泞程度，轮胎的花纹和气压，以及车速和荷载等，计算时可按P57，表3-5选用；Gk——驱动轮荷载，一般情况下，小汽车为总重的0.5～0.65倍，载重车为总重的0.65～0.80倍。汽车行驶的充分条件：第三节汽车的动力特性及加、减速行程动力特性：能反映汽车动力性能的指标。汽车的动力性能：指汽车所具有的加速、上坡、最大速度等的性能。汽车的动力性愈好，速度就愈高，所能克服的行驶阻力也愈大。一、汽车的动力因数汽车的运动方程式：T=Rw+RR+RI改变形式，T-Rw=RR+RI上式等号左端T-Rw称为汽车的后备驱动力，T、RW之值均与汽车的构造和行驶速度有关。代入表达式，agG)if(GRTW令上式左端为D，即为使不同类型汽车的动力性进行比较，且有相同的评价尺度，将上式两端分别除以车辆总重G，得ag)if(GRTWGRTDWD称为动力因数，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。G15.21KAVGrUMGRGTD2TW当道路所在地不在海平面上，汽车也不是满载，由于海拔增高，气压降低，使发动机输出功率、汽车的驱动力及空气阻力都随之降低，所以，应对动力因数D进行修正。方法是给D乘以一个修正系数λ，海拔荷载修正系数λ:ag)if(Dλ称为动力因数D的海拔荷载修正系数，其值为'GG式中：ξ——海拔系数，见图2-5或ξ=（1-2.26×10-5H）5.3其中，H为海拔高度（m）；G——满载时汽车的总重力（N）；G’——实际装载时汽车的总重力（N）。式中：ξ——海拔系数，见图2-5当汽车的动力因数为D，道路阻力为ψ，汽车的行驶状态有以下三种情况：当ψ＜D时：加速行驶二、汽车的行驶状态ag)if(D)D(ga由得当ψ=D时:a＝0等速行驶当ψD时：减速行驶0)(Dga0)D(gaλifψ式中：ψ——道路阻力系数，平衡速度：任意的D＝ψ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：maxmaxnr377.0V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。cosα＜1，sinα≠tgα＝i，λDImax=fcosα+sinα解此三角函数方程式，得最大坡角：三、汽车的爬坡能力222Im2ImIm11cosarcsinffDfDaxaxaxag)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=λD-f1．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(vdva1dsa2121VVVVVdVa112.961vdva1S东风EQ-140加、减速行程图2.加、减速行程图1if2if0if0加、减速行程图用法第三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-Gl2cosα0+Ghgsinα0=0Z1L=Gl2cosα0-Ghgsinα0=0g20hltgα1．纵向倾覆：g20hli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Gsinα＝Gk因为sinαtgα=i，则纵向滑移临界状态条件：GGtgαik纵向滑移的极限状态——倒溜发生条件：Gsinα＝Gi=tgα=结论：当坡道倾角α≥α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，g20hliGGik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GGiik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。gRGvF2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，GcosαFsinαYGsinαFcosαX由于路面横向倾角α一般很小，则sinα≈tgα=ih，cosα≈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GcosαFsinαYGsinαFcosαX)igRv(GGigRGvGiFXh2h2hh2igRvGXh2iR127V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。汽车外侧车轮支反力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：2bG2bG)(Fi2bYh稳定力矩：倾覆力矩：Xhg横向倾覆平衡条件分析：2bGXhg