汽车行驶性能 道路勘测设计 教学课件学习课件PPT.ppt

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1、1,上次课讲授的内容,城市道路的分类与分级。道路勘测设计的程序。道路勘测设计任务书的基本内容。道路勘测设计的阶段与内容。道路勘测设计的依据。设计车辆与设计速度。本课程所研究的内容。,2,第二章 汽车行驶性能,1.汽车的行驶性能及其对路线的要求；2.汽车的驱动力、行驶阻力及行驶条件；3.汽车的动力特性、行驶状态、爬坡能力及加、减速行程；4.汽车行驶的纵向、横向及纵横组合向的稳定性；5.汽车的制动力、制动距离以及汽车的燃油 经济性等内容。,3,第一节 概 述第二节 汽车的驱动力及行驶阻力第三节 汽车的动力特性及加、减速行程第四节 汽车的行驶稳定性第五节 汽车的制动性第六节 汽车的燃油经济性需进一步

2、研究的问题,本章共六节,4,第一节 概 述,道路设计是以满足汽车行驶的要求为前提的。汽车行驶总的要求是安全、迅速、经济与舒适，它是通过人、车、路和环境等方面来保证的。,5,因此，在道路线形设计时，需要研究汽车在道路上的行驶特性及其对道路设计的具体要求，这是道路线形设计的理论基础。,6,一、汽车的行驶性能,1动力性能2制动性3行驶稳定4操纵稳定性5.燃油经济性6行驶平顺性7通过性,7,1.动力性能,汽车在良好的路面上直线行驶，由汽车受到的纵向力决定时,汽车所能达到的平均行驶速度。即：决定汽车的加速、爬坡和获得最大速度的性能。,8,2制动性,行驶中的汽车能在短距离内停车且能维持行驶方向的稳定性及在

3、下长坡时能维持一定车速的能力。,9,3行驶稳定性,汽车在行驶过程中，受外部因素作用，汽车能保持正常的行驶状态和方向，不致失去控制而产生滑移、倾覆等现象的能力。,10,4操纵稳定性,汽车能否按照驾驶员的意图控制的性能。包括汽车的转向特性、高速稳定性和操纵轻便性。汽车的转向特性影响着汽车在弯道上的行驶轨迹。,11,5.燃油经济性,指汽车以最少的燃油消耗量完成单位运输工作的能力，它是汽车的主要使用性能之一。汽车燃油经济性越好，单位行程的燃油消耗量越小。,12,6行驶平顺性,指汽车在不平坦的道路上行驶时，免受冲击和震动的能力。汽车行驶的平顺性，对汽车平均技术车速、驾驶员和乘客的舒适性、运货的完整性等有

4、很大影响。,13,7通过性,汽车在各种道路和无路地带上的行驶能力。汽车通过性能越好，汽车使用的范围就越广。,14,二、汽车行驶对路线的要求,1保证汽车在道路上行驶的稳定性 2尽可能提高车速3保证道路上的行车连续4尽量满足行车舒适,道路线形设计与汽车行驶时各主要使用性能密切相关，因此汽车行驶性能是道路线形设计的基础。,15,第二节 汽车的驱动力及行驶阻力,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。,16,定义：作用在汽车驱动轮轴上推动汽车前进的力，称为驱动力（或称牵引力）。汽车行驶的驱动力来自它的内燃发动机。驱动力的大小与汽车行驶阻力R抗衡。,一、汽车的驱动力,17,18,汽车驱

5、动力的来源,燃料空气,燃烧,热能,膨胀,推动活塞,连杆,转动曲柄,变速装置,驱动车轮,行驶,机械能,19,1.发动机曲轴扭矩 M,外特性曲线中功率P、扭矩M与转数n之间有以下关系：,发动机外特性曲线,20,2.驱动轮扭矩Mk及车速V,驱动轮扭矩,驱动轮上的转速为,相应的车速V为km/h,通过变速箱和主传动器的二次降速，其主要目的在于增大扭矩和驱动力以克服汽车的行驶阻力。,21,3.汽车的驱动力,22,将V代入T,要获得较大的驱动力T，必须要有较大的总变速比。但增大，则车速V就降低，对同一发动机要得到大的驱动力和高的车速，二者是不可兼得的。,当使用低排档时，用较大的值以获得较大的驱动力T，但车速

6、V较小；使用高排档时，用较小的值，获得较小的驱动力和较高的车速。,驱动力T与扭矩M及车速V的关系,23,24,汽车行驶时需要不断克服运动中所遇到的各种阻力。这些阻力有来自汽车周围空气介质的阻力，有来自道路的路面不平整和上坡行驶所形成的阻力，也有来自汽车变速行驶时克服惯性的阻力。,二、汽车的行驶阻力,25,空气阻力、道路阻力和惯性阻力,行驶阻力为:,26,空气阻力的形成：汽车在行驶中，由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引起的。当行驶速度在100km/h 以上，有时汽车一半的功率用来克服空气阻力。空气阻力的大小：,用V（km/h）表达上述公式，化简后，得:,1.空气阻

7、力,27,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.道路阻力主要包括:(1)滚动阻力;(2)坡度阻力。,2.道路阻力,28,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。在柔性路面上的汽车行驶时不仅轮胎变形，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。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。,（1）滚动阻力,29,滚动阻力的大小：,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。,30,产生原因

8、：汽车在坡道倾角为的道路上行驶时，车重G在平行于路面方向的分力为Gsin，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。滚动阻力的大小：,（2）坡度阻力,31,满载货物克服行使阻力上坡的汽车,32,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，两者统称为道路阻力。用公式 RR=G(f+i)(N)表示(f+i)统称道路阻力系数。,33,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。汽车的质量分为平移质量和旋转质量（如飞轮、齿轮、传动轴和车轮等）两部分。,变速时平移质量产生惯性力:,旋转质量产生惯性力矩:,惯性阻力:

9、,3.惯性阻力,34,4.汽车的总行驶阻力R,35,三、汽车行驶条件,1.汽车的运动方程式 当驱动力与各种行驶阻力的代数和相等时，称为驱动平衡。驱动平衡方程式为：,一般，负荷率=80%90%。则汽车的运动方程式为：,36,A.汽车在道路上行驶，当驱动力等于各种行驶阻力之和时，汽车等速行驶；B.当驱动力大于各种行驶阻力之和时，汽车加速行驶；C.当驱动力小于各种行驶阻力之和时，汽车减速行驶，直至停车。,三、汽车行驶条件,37,三、汽车行驶条件,2汽车的行驶条件(1)汽车行驶的必要条件（即驱动条件）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：,(2)汽车行驶的充分条件 汽车行驶的充分条

10、件是驱动力小于或等于轮胎与路面之间的附着力，即：,38,三、汽车行驶条件,宏观上讲：要求路面平整而坚实，尽量减小滚动阻力；微观上讲：又要求路面粗糙而不滑，以增大附着力。,39,道路设计是以满足汽车行驶的要求为前提的。汽车行驶总的要求是安全、迅速、经济与舒适，它是通过人、车、路和环境等方面来保证的。,40,因此，在道路线形设计时，需要研究汽车在道路上的行驶特性及其对道路设计的具体要求，这是道路线形设计的理论基础。,41,汽车行驶对路线的要求,1保证汽车在道路上行驶的稳定性 2尽可能提高车速3保证道路上的行车连续4尽量满足行车舒适,42,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。汽

11、车的驱动力 作用在汽车驱动轮轴上推动汽车前进的力，称为驱动力（或称牵引力）。汽车行驶的驱动力来自它的内燃发动机。驱动力的大小与汽车行驶阻力R抗衡。,43,汽车行驶条件,(1)汽车行驶的必要条件（即驱动条件）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,(2)汽车行驶的充分条件 汽车行驶的充分条件是驱动力小于或等于轮胎与路面之间的附着力，即,44,汽车的运动方程式 当驱动力与各种行驶阻力的代数和相等时，称为驱动平衡。驱动平衡方程式为：,一般，负荷率=80%90%。则汽车的运动方程式为：,45,第三节汽车的动力特性及加、减速行程,一、汽车的动力因数与动力特性图 标准条件下的汽车的动力因

12、数,等号左端只与汽车的构造和行驶速度有关，称为汽车的后备驱动力；等号右端为汽车在道路上行驶时的道路阻力和惯性阻力之和，其值主要与道路状况和汽车的行驶方式有关。,46,汽车所具有的加速、上坡、最大速度等的性能。汽车的动力性能越好，行驶速度就高，汽车所能克服的行驶阻力也就越大。,汽车的动力特性,47,令:,动力因数D：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。,一、汽车的动力因数,48,动力因数可表示汽车单位的后备驱动力，可以用来克服公路上的阻力或用来加速，可直接用来评价不同类型汽车的爬坡性能。因此，不论汽车的总质量与构造有何不同，只要汽车动力因数D相同，

13、便可爬升同样的坡度和产生同样的加速度。,49,动力因数的修正,非标准条件下的动力因数,称为动力因数D的海拔荷载修正系数,50,汽车动力特性图：DV关系曲线图,东风EQ-140载重车的动力特性图：,（1）同一排档，D随V而变；（2）低档位在上，高档位在 下。D越大，T越大，V 越小。,上述动力特性图都是在标准条件下的情况。标准条件如下：（1）车型是标准车；（2）汽车行驶在海平面高 程上，大气压强为1；（3）汽车满载。,51,汽车动力特性图：DV关系曲线图,52,二、汽车的行驶状态1.行驶状况,当D时，,加速行驶等速行驶 减速行驶,在动力特性图上，与任意的D相应等速行驶的速度称为平衡速度。,53,

14、在动力特性图上，与任意的D相对应的等速行驶的速度称为平衡速度。,因为 则 解得：,54,2.临界速度与稳定行驶,每一排档都存在各自的最大动力因数，与之对应的速度称作临界速度，用Vk表示。,（1）当VVK以V1的的速度行驶时，汽车的行驶状态 称为稳定行驶。（2）当VVK 以V2的速度行驶时，汽车的行驶状态称不稳定行驶。（3）换档行驶。,临界速度是汽车稳定行驶的极限速度。是某一排档稳定行驶的最小速度。,55,3.汽车的最高速度与最小稳定行驶速度,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的最大速度。,某一排档的最高速度,56,汽车的最小稳定速度：汽车满载（

15、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）。某一排档的最小稳定速度：,汽车的最高速度与最小稳定速度之间的差值越大，表示汽车对道路阻力的适应性越强。,57,三、汽车的爬坡能力1.汽车的爬坡能力（某一排档）,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升的纵坡度。,由DV图查D值，可得i值。,因为,由,可得,58,临界速度是汽车稳定行驶的极限速度是某一排档稳定行驶的最小速度。,59,2.汽车的最大爬坡能力（用最大爬坡坡度评定）最大爬坡度：系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。,60,四、汽车的加、减速行程1.加、减速行程计算公

16、式,设初速V1，终速V2，对上式积分，并用V（km/h）表达上述公式，得:,61,2.加、减速行程图,62,（1）左下到右上曲线为加速行程，左上 到右下为减速行程。（2）本图采用直角坐标绘制，横坐标为距离行程，单位为m；纵坐标为车速，单位为km/h。（3）曲线上数字代表道路阻力系数。,63,汽车的加减速行程图,64,3加、减速行程图的用法,（1）已知 初速V1和终速V2，求加速最短行程Sd和减速最大行程Sd。,（2）已知 或 求V2。此法可用于绘制沿线最大车速图。,65,上次课所讲授的内容,1.道路线形设计的理论基础.2.汽车的行驶性能包括哪几方面的内容?3.汽车行驶对路线的要求.4.汽车的行

17、驶阻力.5.汽车的驱动力.6.汽车的行驶条件.7.汽车的运动方程式.8.汽车的动力因数.,66,1.道路线形设计的理论基础,汽车在道路上的行驶特性及其对道路设计的具体要求，是道路线形设计的理论基础。,67,2.汽车的行驶性能包括哪几方面的内容?,（1）动力性能（2）制动性（3）行驶稳定性（4）操纵稳定性（5）燃油经济性（6）行驶平顺性（7）通过性,68,3.汽车行驶对路线的要求,（1）保证汽车在道路上行驶的稳定性（2）尽可能地提高车速（3）保证道路上的行车连续（4）尽量满足行车舒适,69,4.汽车的总行驶阻力,70,5.汽车的驱动力,71,6.汽车行驶条件,(1)汽车行驶的必要条件（即驱动条件

18、）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：,(2)汽车行驶的充分条件 汽车行驶的充分条件是驱动力小于或等于轮胎与路面之间的附着力，即：,72,7.汽车的运动方程式 当汽车的驱动力与各种行驶阻力的代数和相等时，称为驱动平衡。驱动平衡方程式为：,一般情况下，负荷率=80%90%，汽车的运动方程式为：,73,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。,.汽车的动力因数,74,第四节 汽车行驶的稳定性,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。,75,图2-

19、10 汽车等速上坡示意图,一、汽车行驶的纵向稳定性,76,图2-10为汽车等速上坡受力图，惯性阻力为零，因车速低可略去空气阻力和滚动阻力。图中G为汽车总重力,为坡道倾角,hg为重心高度，Z1和Z2为作用在前、后轮上的法向反作用力，X1和X2为作用在前、后轮上的切向反作用力,L为汽车轴距，和 为汽车重心至前、后轴的距离，O点为汽车重心,o1和o2为前、后轮与路面接触点。,77,1纵向倾覆,产生纵向倾覆的临界状态是汽车前轮法向反作用力Z1为零，此时，汽车可能绕o2点发生倾覆现象.对02点取矩并让z1=0,得,z1为零时,极限坡道倾角；z1为零时,道路的纵坡度。,(2-30),78,当坡道倾角（或道

20、路纵坡）时，汽车可能发生纵向倾覆。由式（2-30）可知，纵向倾覆的稳定性主要与汽车重心至后轴的距离 和重心高度 有关。愈大，愈低，纵向稳定性愈好。,79,2纵向滑移,对后轮驱动的汽车，根据附着条件，驱动轮不产生滑移的临界状态是:,因为,则,产生纵向滑移临界状态时坡道倾角；产生纵向滑移临界状态时道路纵坡度;,80,当坡道倾角（或道路纵坡度）时，汽车可能产生纵向滑移。的大小主要取决于驱动轮荷载 与汽车总重力 的比值以及附着系数 值.,81,3纵向稳定性的保证,一般 接近于1，而 远远小于1，所以即：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。,或,82,汽车在纵坡上行驶的情况,8

21、3,汽车行驶时纵向稳定性的条件为:,只要设计的道路纵坡度满足上式条件，当汽车满载时一般都能保证纵向行驶的稳定性。但在运输中装载过高时，由于重心高度 的增大而破坏纵向稳定性条件，所以，应对汽车装载高度有所限制。,84,二汽车行驶时的横向稳定性,假定：汽车在圆曲线上作匀速圆运动。离心力：汽车在弯道上，由于惯性产生离心力.作用点：汽车重心；方向：水平背离圆心,离心力的大小为,1.汽车在曲线上行驶力的平衡,85,离心力对汽车在平曲线上行驶的稳定性影响很大，可能产生横向滑移或横向倾覆。,离心力的影响,86,为了减少离心力的作用，保证汽车在平曲线上稳定行驶，必须使平曲线上的路面做成外侧高、内侧低呈单向横披

22、的形式，称为横向超高。,超高,87,道路的横向超高,88,2.曲线上汽车的受力分析,将离心力F和车重分解为平行于路面的横向力和垂直于路面的竖向力，即：横向力：XFcosGSin 竖向力：YFSinGcos=Fih+G 很小，可以认为sintg，cos1，称为横向超高坡度,引入横向力系数，作为衡量稳定性程度的指标，其意义为单位车重的横向力，即,用V（km/h）表达上述公式，则：,89,3.横向倾覆条件分析,横向倾覆：汽车在横向力的作用下，可能产生绕外侧车轮触地点向外倾覆的危险。稳定条件：倾覆力矩小于或等于稳定力矩。即:,比G小得多，可略去不计，则,利用此式可计算汽车在平曲线上行驶时，不产生横向倾

23、覆的最小平曲线半径或最大允许行驶速度。,b:汽车轮距;Y:竖向力,90,横向滑移：汽车在横向力的作用下，可能产生沿横向力方向的侧向滑移。稳定条件：横向力小于或等于轮胎与路面之间的横向附着力。即：,利用上式可计算出汽车在平曲线上行驶时，不产生横向滑移的最小平曲线半径R或最大允许行驶速度V。,4.横向滑移条件分析,横向附着系数,91,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。现代汽车在设计制造时重心较低，一般,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。为此,在道路设计中应保证汽车不产生横向滑移，同时也就保证了汽车的横向稳定性。,5.横向稳定性的保证,92,重力

24、作用在前轴上的荷载W1 下坡i（不考虑超高横坡）方向的力：,三、汽车行驶的纵横组合向稳定性,垂直超高路面上的力,93,汽车在曲线路段上，下坡时的受力受力状态。,94,（3）汽车在纵横组合向的稳定性 离心力F分配在前轴上的荷载W2为 前轴上总荷载（垂直于超高路面）在平直路段（）上，作用于前轴的荷载 为 在有平曲线的坡道上，前轴荷载增量与 的比值为,95,对载重汽车，一般，则 在直坡道上，则。即汽车沿直坡道下坡时，前轴荷载增量与在平直路段前轴荷载的比率等于该路段的纵坡度。,96,第五节 汽车的制动性,汽车的制动性是指汽车行驶中强制降低车速以至停车且能维持行驶方向和在下坡时能保持一定速度行驶的能力。

25、,97,一、汽车制动性的评价指标,评价汽车制动性的指标1.制动效能.2.制动效能的恒定性3.制动时汽车的方向稳定性 制动效能是指在良好路面上，汽车迅速降低车速直至停车的制动距离，是制动性能最基本的评价指标。另两个评价指标主要用于汽车设计制造时考虑。,98,二、汽车制动力,汽车制动时，给车轮施加以制动力P以阻止车轮前进。在急刹车时P值最大，而最大的P值取决于轮胎与路面之间的附着力。在附着系数较小的路面上，若制动力大于附着力，车轮将在路面上滑移，易使制动方向失去控制。所以P值的极限值为,99,三、制动距离,1制动减速度制动减速时，制动力P的方向与汽车运动方向相反。另外，因制动时速度减小很快，可略去

26、空气阻力的影响，汽车制动平衡方程式为：,100,2制动距离,用V（km/h）表达上述公式并积分,当制动到汽车停止时=0，则,101,第六节 汽车的燃油经济性,汽车完成运输工作所消耗的燃油量称为燃油消耗量。燃油经济性的评价指标通常用一定运行工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量或一定燃油量能使汽车行驶的里程来衡量。,102,燃油消耗量用于比较相同汽车的燃料经济性，也可用于分析不同部件装在同一汽车上对汽车燃料经济性的影响。燃油经济性用于比较评价不同客载量的汽车燃料经济性，其数值越大，汽车燃料经济性越差。,103,汽车以等速V在道路上行驶时，每百公里 所做的功W为:,则百公里消耗量Q为:,或:,104,汽

27、车在连续和平整的道路上行驶，可以获得较高的平均车速，燃料经济性较好。,105,汽车在凹凸不平或线形不连续的道路上行驶，不仅平均速度低，换档和制动次数增加，燃油消耗量大，而且加速了一些摩擦零副件的磨损和轮胎磨损。,106,为提高燃油经济性，应采用协调、连续的公路线形和平整的路面，保证行车视距和安全净空，注重景观设计，减少侧向干扰，使车辆匀速、顺畅的运行。,107,复习思考题,1.汽车纵向行驶的稳定性.2.汽车横向行驶的稳定性.3.汽车在弯道上行驶的稳定性4.汽车的制动平衡方程,108,21、已知某条道路的滚动阻力系数为0.015，如果东风EQ-140型载重汽车装载时，挂档以30km/h的速度等速行驶，试求（1）,（2）海拔高度上所能克服的最大坡度。22、已知，若东风EQ-140型载重汽车以80km/h的速度开始在的坡道上爬坡，当该坡道长为600m时，求到达坡顶的车速。,作 业,