第二章汽车行驶理论-PowerPointPresent

第2章汽车行驶理论《道路勘测设计重庆交通大学§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§2.5汽车在道路上的行驶轨迹《道路勘测设计重庆交通大学§2.1概述1.研究汽车行驶理论的意义•汽车行驶理论(theoryofautomobilerunning)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。§2.1概述2.汽车的行驶性能•1)动力性能(dynamicforce)•2)通过性（cross-countrypower）•3)制动性(brakingpower)•4)行驶稳定性(runningstability)•5)行驶平顺性(smoothrunning)•6)操纵稳定性(operatingstability)§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）由汽车轮胎与路面接触而产生的路面摩擦力。•（2）因路面凹凸不平而产生的力。•（3）由于路面结构而产生的力。（1）直线上行驶LhPMMhPhGfrLGZwwjjgjgaka21121sin)(cos（2-1）LhPMMhPhGfrLGZwwjjgjgaka21112sin)(cos（2-2）§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BhPBPhGBGZgjyjygaarcossin2sincos2（2-5）BhPBPhGBGZgjyjygaazcossin2sincos2（2-6）§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）牵引力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)1）汽车发动机的基本指标§2.2汽车的牵引力与牵引平衡2.牵引力(tractiveforce)的产生及传递2）发动机曲轴扭矩及外特性曲线§2.2汽车的牵引力与牵引平衡2.牵引力(tractiveforce)的产生及传递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)该曲线称发动机的特性曲线外特性曲线—节流阀全开，对应的曲线称为发动机的外特性曲线。由图可见：①当n=nmin，为最小稳定工作转速②当n增大时，N，M都增大。N=nM时，M=Mmax③当n=nN时，N=Nmax④当nnN时，N下降。2）发动机曲轴扭矩及外特性曲线§2.2汽车的牵引力与牵引平衡2.牵引力(tractiveforce)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／n1i0=n1／nKMKeKiiMM0kMkekktriiMrMP0又10006020iinrVkek=)/(377.00hkmiirnkke所以有牵引力)(3600377.0NVNMVnPMeMeet（2-10）eeeeenNnNM95492601000§2.2汽车的牵引力与牵引平衡2.牵引力(tractiveforce)的产生及传递§2.2汽车的牵引力与牵引平衡3.汽车的行驶阻力(resistancetomotionofmotorvehicle)（2）汽车的行驶阻力2）坡度阻力3）空气阻力4）惯性阻力1）滚动阻力§2.2汽车的牵引力与牵引平衡3.汽车的行驶阻力(resistancetomotionofmotorvehicle)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。GfRff与路面的种类、行驶车速、轮胎性质有关。干燥平整的土路潮湿不平整的土路路面类型碎石路面值0.01～0.020.02～0.0250.03～0.050.04～0.050.07～0.15表面平整的黑色碎石路面水泥及沥青混凝土路面①．路面种类：（2）汽车的行驶阻力§2.2汽车的牵引力与牵引平衡3.汽车的行驶阻力(resistancetomotionofmotorvehicle)②．行驶车速：受车速影响较大。V50时，f变化较小。V100时，f增加较快。V=150-200时，f急剧增大。③.轮胎性质：胎压，轮胎材料，结构。（2）汽车的行驶阻力§2.2汽车的牵引力与牵引平衡3.汽车的行驶阻力(resistancetomotionofmotorvehicle)sinGRi由于公路纵坡α较小(α5°)所以iGRitgisin2）坡度阻力：汽车爬坡时，重力的分力对行车的阻力。（2）汽车的行驶阻力§2.2汽车的牵引力与牵引平衡3.汽车的行驶阻力(resistancetomotionofmotorvehicle)①空气阻力的产生原因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，有时一半的功率用来克服空气阻力。3）空气阻力（2）汽车的行驶阻力§2.2汽车的牵引力与牵引平衡3.汽车的行驶阻力(resistancetomotionofmotorvehicle)②空气阻力的计算221vKARW15.212KAVRW将车速v（m/s）化为V（Km/h）并化简，得并化简，得K——空气阻力系数，它与汽车的流线型有关，可参考表2—3选用或查阅有关资料（2）汽车的行驶阻力§2.2汽车的牵引力与牵引平衡3.汽车的行驶阻力(resistancetomotionofmotorvehicle)4）惯性阻力agGmaRI1平移质量的惯性力旋转质量的惯性力矩dtdIRI2I--旋转部分的转动惯量；旋转部分转动的角加速度。dtd（2）汽车的行驶阻力§2.2汽车的牵引力与牵引平衡3.汽车的行驶阻力(resistancetomotionofmotorvehicle)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。agGRI(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.2211ki（2）汽车的行驶阻力§2.2汽车的牵引力与牵引平衡3.汽车的行驶阻力(resistancetomotionofmotorvehicle)IwifRRRRR汽车的总行驶阻力为滚动阻力坡度阻力空气阻力惯性阻力（2）汽车的行驶阻力(1)牵引平衡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15)-(2jwiftPPPPP(2)汽车行驶的两个条件①必要条件（即驱动条件）―――牵引力必须能够克服各项行驶阻力，PPt。②充分条件（附着条件）――引力必须≤轮胎与路面间的最大摩擦力，dtGP。§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5.动力性能(dynamicforce)分析dtdvgGifGPPaawt)(（2-18）D=dtdvgifGPPawt（2-19）式中左边awtGPP代表汽车单位重量的有效牵引力；右边为汽车的动力性能，这个数值称为动力因数(drivingforcefactor)，用D表示，表征汽车克服道路阻力和惯性阻力的能力，随车速而变化。（1）当汽车作等速行驶：D=f+i=ψψ称为道路阻力系数（2）动力特性图D-----V关系图§2.2汽车的牵引力与牵引平衡5.动力性能(dynamicforce)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↓要求道路：纵坡平缓，路面平整、粗糙。§2.2汽车的牵引力与牵引平衡5.动力性能(dynamicforce)分析汽车行驶的稳定性(runningstability)-----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。§2.3汽车在道路上行驶的稳定性§2.3汽车在道路上行驶的稳定性汽车的行驶稳定性纵向稳定性横向稳定性纵向滑移纵向倾覆纵向滑移纵向倾覆纵坡、重心、先后横坡、速度、弯道半径、先后§2.3汽车在道路上行驶的稳定性1.汽车行驶的纵向稳定(longitudinalstability)(1)汽车在直坡道上的受力分析1）对后轮着地点B取矩，则可求得前轮垂直反力：gaahGLGLZsincos21LhGLGZgaasincos21（2-21）2）对前轮着地点A取矩，则可得后轮垂直反力：gaahGLGLZsincos12LhGLGZgaasincos12（2-22）(2)纵向倾覆LhGLGZgaasincos21（2-21）01ZghL20tan145º100％§2.3汽车在道路上行驶的稳定性1.汽车行驶的纵向稳定(longitudinalstability)(3)纵向倒溜下滑力=sinaG，附着力=2Z将（2-22）带入得LhGLGGgaaasincossin1LhLgtantan1（2-24）因tan,h较小，可略去不计，并且adGGLL1，adGGLL1tan§2.3汽车在道路上行驶的稳定性1.汽车行驶的纵向稳定(longitudinalstability)(4)纵向稳定性的保证要求公路纵坡满足：0tantantan亦即gadhLGG2tan（2-26）例如一般载重车满载时，76.0~66.0adGG，附着系数见表所示，泥泞时可为0.2，冰滑时为0.1，带入式（2-26），则泥泞时：152.0~132.0tan冰滑时：076.0~060.0tan这就是确定最大纵坡maxi=9%（四级公路山岭重丘区）、规定超高横坡Bi、合成坡度hi等指标的依据之一。§2.3汽车在道路上行驶的稳定性1.汽车行驶的纵向稳定(longitudinalstability)§2.3汽车在道路上行驶的稳定性2.汽车行驶的横向稳定(lateralstability)（1）汽车在曲线上行驶所产生的横向作用力内外法向力：sincosCGZa（大）sincosCGZa（小）横向力：sincosaGCY（小）sincosaGCY(大)结论：内侧?。sincosaGCY很小，则0sin,1cositg0iGCYaRvgGCa2RGV12720202127127iRVGiGRVGYaaa汽车横向稳定性不取决于Y的绝对值，而取决于横向力与车重的比值-------叫横向力系数(lateralforcecoefficient)，即：02127iRVGYa§2.3汽车在道路上行驶的稳定性2.汽车行驶的横向稳定(lateralstability)(2)汽车在平曲线上行驶时车轮的反作用力dGPP'（2-32）tP=dG纵dGY'横2'22'YPPt,2=2纵+2横式