道路车辆及其运行特性.ppt
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1、道路车辆及其运行特性,主讲:杨海清 重庆大学土木工程学院 二一二年,第二章,内容安排,2.1 车辆类型、尺寸和重力2.2 车辆行驶阻力2.3 功率及质量功率比2.4 加速性能2.5 减速性能2.6 弯道行驶2.7 车辆运行组织及运行费用,学习要求,1、了解车辆的类型及尺寸2、掌握汽车行驶阻力的计算 3、了解驻波现象 4、理解质量功率比与加速性能的关系 5、了解车辆运行费用,道路交通系统:是一个由人、车、路、环境(含交通控制装置)组成的整体,每个组成部分都有其独立的功能或特性,按照特定的方式有规律地运行,以实现安全通畅的目标。,道路交通:是人、车在道路上的移动,道路交通系统组成,道路交通的特点:
2、1、系统性:人、车、路、环境几个互不相同的相互作用、相互依赖的要素构成一个有机整体。2、动态性:道路交通状态随着时间的推移和外界交通环境的改变而变化,道路交通是一个动态系统。3、复杂性(开式):在交通系统中,关系错综复杂,不确定因素甚多,不仅与系统内的因素有关,还与系统外的国家政策、生活水平、文化水平、经济条件等因素有关。,交通特性分析:是研究交通系统各要素自身的特性,如驾驶员的交通特性、行人交通特性、乘客交通特性、车辆交通特性、道路交通特性等;研究交通流的特性;以及交通要素与环境因素之间的相关特性。,第二章 道路车辆及其运行特性,第二章 道路车辆及其运行特性,道路运输的运载工具主要利用燃油(
3、汽油、柴油)、电或其他能源做动力,通过轮胎在各种道路上行驶的车辆。本章首先介绍车辆(主要是汽车)的类型、尺寸和质量方面的知识,而后进一步介绍同工程规划和设计有关的一些运行特性。,按车辆动力特性可分为:机动车和非机动车 按所担负的运输任务可分为:客车和货车 客车包括小客车(轿车)、面包车、公共汽车(小型、中型和铰接式)等。货车可分为卡车(轻型、中型和重型)和组合式货车(各种拖挂式货车)两类。,2.1 车辆类型、尺寸和重力,一、车辆类型,1.小客车(轿车)小客车为二轴一四轮车辆,可坐26人,主要作为个人交通工具。按重力和尺寸大小可分为小型、中型和重型三种。其重力变动于6.8 18KN范围内;车身长
4、度为3.5 5.6m,前后轴的中心距变动于2.3 3.1m,车身后缘到后铀的长度(后悬距离)为0.6 1.5m;车身宽度为1.6 2.0m,高度为1.15 1.65m。,第二章 道路车辆及其运行特性,小客车,第二章 道路车辆及其运行特性,2.面包车 面包车通常由小客车或轻型卡车的底盘改装而成,可乘坐6-15人。,3.公共汽车 小型公共汽车通常有15 25个座位,供短途运输用,其车身长约为5.5 7.6m,宽为2.0 2.5m。中型公共汽车可为二轴或三轴,车身长9 12m,宽2.4 2.6m,约有45个座位。把半挂车固定地连接在二轴中型公共汽车上,便组成铰接式公共汽车。其长度约为16 18m,宽
5、度为2.6m,包括站立乘客在内约可容纳100人以上。,第二章 道路车辆及其运行特性,公共汽车,4.货车 卡车系指载货区和动力设备安装在共同的车架上不能分开的货车(图2-1a)。卡车包括二轴四轮(轻型卡车)、二轴六轮、三轴(双后轴)和四轴(三后轴)卡车四种。轻型卡车的总重力一般小于45KN,二轴六轮卡车的总重力大都在45 180KN内,而三轴和四轴卡车总重力可高达260 300KN。,第二章 道路车辆及其运行特性,第二章 道路车辆及其运行特性,a)卡车;b)卡车带全挂(一般为4、5或6轴);c)牵引车带半挂(一般为3、4或5轴);d)牵引车带半挂和全挂(一般为5、6或7轴),第二章 道路车辆及其
6、运行特性,长安货车,第二章 道路车辆及其运行特性,卡车,第二章 道路车辆及其运行特性,卡车,5.组合式货车 组合式货车由牵引车或卡车同一个或多个挂车组合而成,可总称为拖挂车。牵引车和挂车通过铰接方式联结时,彼此可相对转动,因而也可称为铰接车。组合式货车的总重力一般可达到400 500KN,通常用于长途运输。,第二章 道路车辆及其运行特性,挂车有两种:(1)后端有一个轴或多个轴但前端无轴的半挂式,其前端放在牵引车的后端,并把一部分重力传给前面牵引车(图2-1c);(2)前后各有一个轴或多个轴的全挂式,由卡车或带半挂车的牵引车拖带,但不把重力转给前面(图2-1b和图2-1d)。组合式货车可由单拖挂
7、货车、双拖挂货车、三拖挂货车等多种组合形式组成。,第二章 道路车辆及其运行特性,半挂式组合货车,第二章 道路车辆及其运行特性,全挂式组合货车,各类汽车的外廓尺寸由总长度、宽度和高度组成,它们影响到对道路的车道宽度、净空和转弯半径等方面的要求。影响道路几何设计和结构设计的其他尺寸参数还有:车身前缘到前轴的长度(前悬距离)、车身后缘到后轴的长度(后悬距离)、前后轴中心距(轴距)、双轴中心距、三轴中心距、轮中心距等(图 2-2)。,二、车辆尺寸及设计车辆,第二章 道路车辆及其运行特性,第二章 道路车辆及其运行特性,公路设计车辆的定义:一种假设车辆,其尺寸和运行性能可用于确定公路、交叉布置和几何形状的
8、某些要求。是设计所采用的有代表性的车型,其外廓尺寸、载重量和运行性能是用于确定公路几何设计、交叉几何设计和路基宽度的主要依据。根据现行公路工程技术标准(JTG B01-2003),将设计车辆分为小客车、载重汽车和鞍式列车三类。,第二章 道路车辆及其运行特性,公路工程技术标准(JTG B01-2003)规定的设计车辆尺寸,城市道路设计规范(CJJ371990)规定的设计车辆外廓尺寸,第二章 道路车辆及其运行特性,第二章 道路车辆及其运行特性,车辆的重力通过车轴和车轮传递给道路和桥梁结构物。车辆重力大小,主要影响到对道路和桥梁的结构承载力的要求。重力特性主要由车辆总重和轴重以及轴型和轮型表征。,三
9、、车辆重力,第二章 道路车辆及其运行特性,各国对道路上行驶车辆的最大轴重和总重有不同的限定。单轴最大允许轴重变动于80130kN;双联轴最大允许轴变动于140 210kN;三联轴最大允许轴重变动于180 270kN;卡车的最大允许总重变动于240 400kN;半挂式和全挂式货车的最大允许总重变动于360 500kN。,滚动阻力Rr,2.2 汽车的行驶阻力,汽车在行驶过程中将会遇到哪些行驶阻力?如何保证汽车可以加速或爬坡?,空气阻力Ra,坡度阻力Rg,弯道阻力Rc,汽车行驶总阻力,思考,惯性阻力Ri,软路面上,硬路面上,产生滚动阻力的主要原因,轮胎变形,轮胎变形和路面变形,轮胎变形为什么会产生滚
10、动阻力?,轮胎的迟滞损失:轮胎在加载变形时所消耗的能量在卸载恢复时不能完全收回,一部分能量消耗在轮胎内部摩擦损失上,产生热量,这种损失称为轮胎的迟滞损失。,一、滚动阻力Rr,思考,ua,加载变形区,卸载变形区,思考,由轮胎的迟滞损失图看,在轮胎径向变形相同的情况下,地面作用在加载变形区与卸载变形区的法向反力是否相等?,1)从动轮受力分析,FZd,FZd,f滚动阻力系数,令,即路面作用于驱动轮的切向力FX2比Ft要小。,2)驱动轮受力分析,ua高 f 大,货车 f=0.0076+0.000056ua,3)影响Rr的因素,轿车,a.车速 ua,轮胎的两个最重要参数:极限速度和承载量。,临界车速(最
11、高车速)当汽车车速超过临界车速时,轮胎会出现驻波现象,其周缘呈明显的波浪状,且轮胎温度快速增加。后果是大量发热导致轮胎破损或爆胎。,驻波现象:在高速行驶时,轮胎离开地面后因变形所产生的扭曲并不立即恢复,其残余变形形成了一种波,这就是驻波。此时轮胎周缘不再是圆形,而呈明显的波浪形。轮胎刚离开地面时波的振幅最大,它按指数规律沿轮胎圆周衰减。,驻波现象(图像),子午线轮胎比斜交轮胎的滚动阻力小20%30;滚动阻力与轮胎的帘线(棉、人造丝、尼龙、钢丝)和橡胶品质有关。,b.轮胎结构,c.气压,气压越高,轮胎变形及由其产生的迟滞损失就越小,滚动阻力也越小。,44,d.驱动力,为什么驱动力系数很大时,气压
12、越低 f 越小?,Rr 胎面滑移 Rr,pa接地面积胎面滑移滑移引起的Rr,思考,上高速公路时,轮胎气压应该适当高一些。,在松软路面、泥泞路面、雪地行驶时,可适当降低轮胎气压。,在高速公路上,轮胎变形产生的滚动阻力大还是滑移产生的滚动阻力大?,胎压高轮胎变形小迟滞损失少Rr小,胎压低滑移小Rr小,上高速公路前要检查胎压,在给定的胎压范围内,胎压适当高一些好还是低一些好?,思考,思考,由轮胎与土壤之间的粘着性所致,e.路面条件,滚动阻力系数 f 的数值,离心力前、后轮产生侧偏力侧偏力沿行驶方向产生分力滚动阻力增加,f.转向,1)压力阻力(占91),汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向的分力称
13、为空气阻力。,作用在汽车外形表面上的法向压力的合力在行驶方向上的分力。,二、空气阻力Ra,取决于车身主体形状,a.形状阻力,后视镜,车身表面的凸起物引起的阻力,b.干扰阻力,后视镜,后视镜设计也要注重流线形,后视镜,后视镜,门把手,悬架导向杆和传动轴,58,满足冷却、通风等需要,使空气流经车体内部时构成的阻力,d.诱导阻力,空气升力在水平方向的投影。,c.内循环阻力,由于流经车顶的气流速度大于流经车底的气流速度,使得车底的空气压力大于车顶,从而空气作用在车身上的垂直方向的压力形成压差,这就是空气升力。,思考,夏季在高速公路上开空调省油还是开窗通风省油?,打开天窗换气和打开侧窗换气有何不同?,打
14、开天窗换气时,天窗上方的压力低于车内的压力,2)摩擦阻力(9),由于空气粘性作用在车身表面产生的切向力的合力在行驶方向的分力。,CD空气阻力系数;A迎风面积;ur相对速度;空气密度。,3)空气阻力Ra的计算,发动机盖应向前下倾,4)减小CD值要遵循的要点,a.车身前部,面与面交接处的棱角应为圆柱状。,63,面与面交接处的棱角应为圆柱状。,风窗玻璃应尽可能“躺平”,且与车顶圆滑过渡,越野车很难做到,风窗玻璃应尽可能“躺平”,且与车顶圆滑过渡,尽量减少灯、后视镜和门把手等凸出物,上掀式前照灯(视频),在保险杠下面,应安装合适的扰流板,车轮盖应与轮胎相平,整个车身应向前倾12,b.整车,水平投影应为
15、腰鼓形,后端稍稍收缩,前端呈半圆形,最好采用舱背式或直背式,c.汽车后部,应安装后扰流板,当车速超过120km/h,尾翼会自动升高160mm,为车身增加30的下压力;在车速低于80km/h,尾翼又会自动降低。,应安装后扰流板,应安装后扰流板,若用折背式,则行李箱盖板至地面距离应高些,长度要短些,后面应采用鸭尾式结构,后面应采用鸭尾式结构,所有零件应在车身下平面内且较平整,最好有平滑的盖板盖住底部,d.车身底部,底部比较凌乱,底部比较凌乱,仔细选择进风口与出风口的位置,精心设计内部风道,e.发动机冷却通风系统,冷却前制动器,冷却前制动器,冷却发动机和制动器,冷却后制动器和润滑系统,冷却发动机和前
16、制动器,冷却后制动器,为发动机提供充足的空气,减小CD值要遵循的要点总结如下:,未来轿车的外形,f.货车和半挂车的空气阻力也很重要,不少货车驾驶室上已装用导流板等装置,以减小空气阻力、节省燃油,90,一些常见车型的空气阻力系数,汽车重力沿坡道的分力,三、坡度阻力Rg,一般道路的坡度均较小,一些常见路面的坡度,汽车在弯道上行驶时,为改变车辆方向,使之沿曲线路径行驶,需在前轮与路面的接触处施加一弯道阻力。,式中:Rc弯道阻力(kgf);R弯道曲率半径(m)。,四、弯道阻力Rc,95,平移质量的惯性力 旋转质量的惯性力偶矩,汽车加速行驶时,克服其质量加速运动时的惯性力,旋转质量换算系数,IW 车轮转
17、动惯量;,If飞轮转动惯量。,五、惯性阻力Ri,挡位不同,值不同,总质量越小的车,旋转质量换算系数值越大,总质量不同,值不同,2.3 功率及质量功率比,为了克服行驶阻力,保持一定的行车速度,车辆的发动机必须提供足够的功率。行驶阻力越大,行车速度越高,所需提供的功率越大。,第二章 道路车辆及其运行特性,式中:P实际使用功率hp(1hp=0.7457kW);V车辆行驶速度(km/h)。,发动机所能提供的最大功率是度量汽车性能的主要指标。,第二章 道路车辆及其运行特性,各主要类型汽车的代表性车辆出厂时额定的公称马力大致为:(1)小客车(包括驾驶员在内的空车质量为1545kg)-105hp;(2)轻型
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- 道路 车辆 及其 运行 特性
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