第二章汽車行駛特修改

1、第二章汽車行駛性能本章摘要：本章主要介紹汽車行駛性能及其對路線的要求；汽車的驅(qū)動力、行駛阻力及行駛條件；汽車的動力特性、行駛狀態(tài)、爬坡能力及加、減速行程；汽車行駛的縱向、橫向及縱橫組合向穩(wěn)定性；汽車的制動力和制動距離以及汽車的燃油經(jīng)濟性等內(nèi)容。第一節(jié) 概 述道路設計是以滿足汽車行駛的要求為前提的。汽車行駛總的要求是安全、迅速、經(jīng)濟與舒適，它是通過人、車、路和環(huán)境等方面來保證的。因此，在道路線形設計時，需要研究汽車在道路上的行駛特性及其對道路設計的具體要求，這是道路線形設計的理論基礎。一、汽車行駛性能的主要內(nèi)容汽車行駛性能的范圍廣、內(nèi)容多，其主要研究內(nèi)容有：1動力性能是指汽車在良好路面上直線行駛

2、時由汽車受到的縱向力決定、所能達到的平均行駛速度，即指決定汽車加速、爬坡和獲得最大速度的性能。汽車的動力性能越好就會具有較高的車速、較好的爬坡能力和加速能力。動力性能決定道路的最大縱坡、坡長限制及長陡坡上陡坡與緩坡的組合。2制動性指汽車行駛中能在短距離內(nèi)停車且維持行駛方向穩(wěn)定性和在下長坡時能維持一定車速的能力。汽車制動性的好壞，直接關系到行車安全。制動性能越好，汽車才能以較高的車速行駛，在下長坡時保障行車安全。制動性能與道路的行車視距直接相關。3行駛穩(wěn)定性指汽車在行駛過程中，受外部因素作用，汽車尚能保持正常行駛狀態(tài)和方向，不致失去控制而產(chǎn)生滑移、傾覆等現(xiàn)象的能力。汽車行駛穩(wěn)定性直接關系到行車的

3、安全，其決定道路圓曲線極限最小半徑和縱、橫向組合最大坡度的取值，也影響道路縱坡度的設置。4操縱穩(wěn)定性指汽車是否按照駕駛員的意圖控制汽車的性能。它包括汽車的轉(zhuǎn)向特性、高速穩(wěn)定性和操縱輕便性。汽車的轉(zhuǎn)向特性影響著汽車在彎道上的行駛軌跡。5. 燃油經(jīng)濟性是指汽車以最少的燃油消耗量完成單位運輸工作的能力，它是汽車的主要使用性能之一。汽車燃油經(jīng)濟性越好，單位行程的燃油消耗量越小。6行駛平順性指汽車在不平道路上行駛時，汽車免受沖擊相震動的能力。汽車行駛平順性，對汽車平均技術車速、駕駛員和乘客的舒適性、運貨的完整性等有很大影響。7通過性是指汽車在各種道路和無路地帶行駛的能力。汽車通過性能越好，汽車使用的范圍

4、就越廣。改善和提高汽車的上述性能，通常有改進汽車設計和提高道路設計兩個根本途徑。本章主要就與道路線形設計關系較密切的性能加以論述。主要內(nèi)容有：汽車的動力性（包括汽車的驅(qū)動和行駛阻力、汽車的動力特性及加、減速行程）、行駛穩(wěn)定性、制動性以及燃料經(jīng)濟性等。表21列出了幾種有代表性的國產(chǎn)汽車的主要技術性能，對于其它車型可查閱有關資料。二、汽車行駛對路線的要求要滿足汽車在道路上安全、迅速、經(jīng)濟及舒適的行駛，從道路路線設計來講，主要從以下幾個方面來保證：1保證汽車在道路上行駛的穩(wěn)定性 為保證汽車在道路上行駛的穩(wěn)定性，即保證汽車行駛時不發(fā)生翻車、倒溜或側(cè)滑，道路線形設計時，在研究汽車行駛過程中力系的平衡和行

5、車穩(wěn)定性的基礎上，需要合理地選用圓曲線的半徑和設置縱、橫坡度，并提高車輪與路面間的附著力。2盡可能地提高車速評價運輸工作效率的指標是汽車運輸生產(chǎn)率和運輸成本。影響運輸生產(chǎn)率和運輸成本的因素很多，平均行駛速度是主要的因素之一。為了提高平均行駛速度，就需要充分地發(fā)揮汽車行駛的動力性能，因此在公路設計時必須嚴格控制曲線半徑、最大縱坡及其坡長，合理地設置緩和坡段，并盡可能地采取大半徑曲線及平緩的縱坡。3保證道路上的行車連續(xù)為了保證道路上行車的均勻連續(xù)，公路線形設計需要保證有足夠的視距和安全凈空，合理地設置平、豎曲線，并盡可能地減少平面交叉等。4盡量滿足行車舒適在道路線形設計時，需正確地組合平面線形和縱

6、面線形，注意線形與景觀的協(xié)調(diào)，以增進駕駛者和乘客在視覺上和心理上的舒適感；對平、豎曲線的最小半徑要加以限制，以免車輛離心力過大而引起駕駛員和乘客不舒適。 如上所述，道路線形設計與汽車行駛時各主要使用性能是密切相關的，因此汽車行駛性能是道路線形設計的基礎。第二節(jié)汽車的驅(qū)動力及行駛阻力為研究汽車在道路上的運動狀況，需要掌握沿汽車行駛方向作用于汽車的各種外力，即驅(qū)動力與行駛阻力。一、汽車的驅(qū)動力汽車在道路上行駛時，必須有足夠的驅(qū)動力來克服各種行駛阻力。汽車行駛的驅(qū)動力來自它的內(nèi)燃發(fā)動機。在發(fā)動機里熱能轉(zhuǎn)化成機械能，產(chǎn)生有效功率，驅(qū)使曲軸以每分鐘的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，發(fā)生的扭矩，再經(jīng)過離合器、變速器、傳動軸、主

7、傳動器、差速器和半軸等一系列的變速和傳動，將曲軸的扭矩傳給驅(qū)動輪，產(chǎn)生的扭矩驅(qū)動汽車行駛。1發(fā)動機曲軸扭矩如將發(fā)動機的功率、扭矩以及燃油消耗率與發(fā)動機曲軸的轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關系以曲線表示，則該曲線稱為發(fā)動機轉(zhuǎn)速特性曲線或簡稱為發(fā)動機特性曲線。如果發(fā)動機節(jié)流閥全開（或高壓油泵在最大供油量位置），則此特性曲線稱為發(fā)動機外特性曲線；如果節(jié)流閥部分開啟（或部分供油），則稱為發(fā)動機部分負荷特性曲線。在進行汽車驅(qū)動性能分析時，只需研究外特性中功率、扭矩與轉(zhuǎn)數(shù)之間的關系曲線。圖2-1為某汽油發(fā)動機外特性曲線。為發(fā)動機的最小穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速。隨著曲軸轉(zhuǎn)速的增加，發(fā)動機發(fā)出的功率和扭矩都在增加。最大扭矩時的曲軸轉(zhuǎn)速為

8、。若轉(zhuǎn)速再增加時，扭矩有所下降，但功率繼續(xù)增加，一直到最大功率，此時曲軸轉(zhuǎn)速為。當轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大時，功率下降。允許的發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速為。圖2-1 某汽油發(fā)動機外特性曲線對于不同類型的發(fā)動機，其輸出的功率不同，故產(chǎn)生的扭矩也不同。它們之間的關系如下：（2-1）式中：發(fā)動機曲軸的扭矩（Nm）；發(fā)動機的有效功率（kW）；發(fā)動機曲軸的轉(zhuǎn)速（r/min）。把扭矩與轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關系稱為扭矩曲線，而把功率和轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關系稱作功率曲線，通過式（2-1），可以使它們之間相互轉(zhuǎn)換。其中功率曲線是發(fā)動機制造廠通過臺架試驗獲得的。通常，曲線以及由式（2-1）轉(zhuǎn)繪出的扭矩曲線一起繪制在發(fā)動機的技術說明書中，同時記載有

9、發(fā)動機的最大功率和對應的曲軸轉(zhuǎn)速，以及最大扭矩和相應的曲軸轉(zhuǎn)速。圖2-2為東風EQ-140型汽車說明書中給出的發(fā)動機外特性曲線原始資料，使用時應注意單位的換算。圖2-2 東風EQ6100-型發(fā)動機外特性曲線有時未給定發(fā)動機特性曲線，只給出和，可通過式（2-2）經(jīng)驗公式近似地計算汽油發(fā)動機的外特性曲線，并由式（2-1）換算成扭矩曲線。（kW）（2-2）式中：發(fā)動機的最大功率（kW）；發(fā)動機的最大功率所對應的轉(zhuǎn)速（r/min）；與發(fā)動機類型有關的系數(shù)，對汽油發(fā)動機可近似地采用。如果既給定和，也給出和，則可用式（2-3）直接計算扭矩曲線。（2-3）式中：最大扭矩（Nm）；最大功率所對應的扭矩，即最大

10、功率所對應的轉(zhuǎn)速（r/min）；最大扭矩所對應的轉(zhuǎn)速（r/min）；轉(zhuǎn)速（r/min）。2驅(qū)動輪扭矩根據(jù)受力情況的不同，汽車車輪分為驅(qū)動輪與從動輪。驅(qū)動輪上有發(fā)動機曲軸傳來的扭矩，在的作用下驅(qū)使車輪滾動前進。而從動輪上則無扭矩的作用，它的滾動是驅(qū)動輪上的力經(jīng)車架傳至從動輪的輪軸上而產(chǎn)生運動。普通汽車均系前輪從動，后輪驅(qū)動，只有某些特殊用途的汽車前后輪均為驅(qū)動輪。發(fā)動機曲軸上的扭矩經(jīng)過變速箱（速比）和主傳動器（速比）兩次變速，設這兩次變速的總變速比為，傳動系統(tǒng)的機械效率為，則傳到驅(qū)動輪上的扭矩為：（2-4）式中：汽車驅(qū)動輪扭矩（Nm）；發(fā)動機曲軸扭矩（Nm）；總變速比，和詳見表2-1；傳動系統(tǒng)的

11、機械效率，發(fā)動機所發(fā)出的功率在傳到驅(qū)動輪的過程中，為了克服傳動系統(tǒng)各部件中的摩擦，有一部分功率消耗了，則，傳動效率因受多種因素影響而變化，但對汽車進行動力性分析時可看作一個常數(shù)，一般載重汽車為0.800.85，小客車為0.850.95。幾種國產(chǎn)汽車的主要技術性能表表2-1汽車型號解放CA140東風EQ140黃河JN150黃河JN151北京BJ130上海SH130奧迪Audi100桑塔納SANTANA標致5O5SW5富康ZX夏利TJ7100依維柯4510生產(chǎn)廠名第一汽車制造廠第二汽車制造廠濟南汽車制造廠濟南汽車制造廠北京汽車二廠上海汽車制造廠第一汽車制造廠上海大眾汽車有限公司廣州標致汽車公司第一

12、汽車制造廠天津市汽車工業(yè)公司南京汽車制造廠外形尺寸全長（mm）689569107600760047104635479345464901407036106000總寬（mm）243824702400240018501800181416901737170016002000總高（mm）23502325260026002100207014461407-140413852730自重（kg）419040806800660018001755116010301340955740-總重（kg）94159290150601486040753950171014601980135511704500軸距（mm）40003

13、9504000400028002500268725482900-23403310輪距前橋（mm）180018101927192714801440147614141496-13851692后橋（mm）180018001744174414701440148314221400-13651544發(fā)動機最大功率（kw/r/min）103/-99.3/-117.7/-117.7/-55.2/-55.2/-66/550062.7/520072/550054/560038/560076/3800最大扭矩（Nm/r/min）392/-352.8/-686/-607.6-171.5/-156.8/-145/330

14、0138/3300167/3000120/360075.5/3200230.3/-油耗（L/100km/km/h）-28/-25/-24/-15/-14/-5.9/907.7/1206.3/908.3/120-4.9/906.7/1204.5/608.0/-技術性能最高車速（km/h）889071678585175169160170145120最大爬坡度（%）202827273631.5-22-30最小轉(zhuǎn)彎半徑（m）8.08.08.258.255.76.05.810.85/211.10/210.45/24.512.10/2變速箱速比一檔7.707.487.647.646.095.0003.54

15、53.4453.5920.29263.0906.194二檔4.104.314.274.273.092.8072.1051.7892.0880.55261.8423.894三檔2.342.452.602.601.711.6331.3001.2861.3670.78371.2302.260四檔1.511.541.591.591.001.0000.9430.9091.0001.02560.8641.428五檔1.001.001.001.00-0.789-0.8231.3030-1.000倒檔8.278.195.955.954.956.1803.5003.1673.6340.27903.1425.69

16、2傳動器速比6.396.334.885.795.836.1674.111-4.222-4.5003.910此時，驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)速為相應的車速V為：（2-5）式中：汽車行駛速度（km/h）；發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)速（r/min）；車輪工作半徑（m），即變形半徑，它與內(nèi)胎氣壓、外胎構(gòu)造、路面的剛性與平整度以及荷載等有關，一般為未變形半徑的0.930.96倍。常見車型未變形直徑見表2-2。常見車型后輪未變形直徑表2-2車型解放CA10B東風EQ140黃河JN150躍進NJ130上海SH760A直徑（mm）10185101851018894087555可以看出，通過變速箱和主傳動器的二次降速，其主要目的在于增大扭

17、矩和驅(qū)動力以克服汽車的行駛阻力。3汽車的驅(qū)動力如圖2-3，把驅(qū)動輪上的扭矩用一對力偶和代替，作用在輪緣上與路面水平反力F抗衡，T作用在輪軸上推動汽車前進，稱為驅(qū)動力（或稱牽引力），與汽車行駛阻力R抗衡。（2-6）圖2-3 汽車驅(qū)動輪受力分析由式（2-6）可知，如要獲得較大的驅(qū)動力T，必須要有較大的總變速比。但增大，則車速V就降低，對同一發(fā)動機要得到大的驅(qū)動力和高的車速，二者是不可兼得的。為此，對汽車設置了幾個排檔，每一排檔都具有固定的總變速比，以及該檔的最大車速和最小車速。當使用低排檔時，用較大的值以獲得較大的驅(qū)動力T，但車速V較??；而使用高排檔時，用較小的值，獲得較小的驅(qū)動力和較高的車速。式

18、（2-6）為驅(qū)動力T與扭矩M之間的函數(shù)關系式。同樣，通過式（2-1）也可推導出驅(qū)動力T與功率N之間的關系式，即（2-7）式中：N發(fā)動機功率（kW）；V汽車行駛速度（km/h）。二、汽車的行駛阻力汽車行駛時需要不斷克服運動中所遇到的各種阻力。這些阻力有來自汽車周圍空氣介質(zhì)的阻力，有來自道路的路面不平整和上坡行駛所形成的阻力，也有來自汽車變速行駛時克服慣性的阻力，分別稱之為空氣阻力、道路阻力和慣性阻力。1空氣阻力汽車在行駛中，由于迎面空氣質(zhì)點的壓力，車后的真空吸力及空氣質(zhì)點與車身表面的摩擦力阻礙汽車前進，總稱為空氣阻力?，F(xiàn)代汽車的行駛速度很高，空氣阻力對汽車行駛的動力性和燃料消耗的經(jīng)濟性影響較大，

19、當行駛速度在100km/h以上，有時一半的功率用來克服空氣阻力。由空氣動力學的研究和試驗可知，汽車在空氣介質(zhì)中運動時所產(chǎn)生的空氣阻力可以用下式計算：式中：空氣阻力系數(shù)，它與汽車的流線型有關，可參考表2-3選用或查閱有關資料；空氣密度，一般=1.2258（Ns2/m4）；汽車迎風面積（或稱正投影面積）（m2）；汽車與空氣的相對速度（m/s），可近似地取汽車的行駛速度。用V（km/h）表達上述公式并化簡，得 （2-8）對汽車列車的空氣阻力，一般可按每節(jié)掛車的空氣阻力為其牽引車的20%折算。2道路阻力道路阻力是由彈性輪胎變形和道路的不同路面類型及縱坡度而產(chǎn)生的阻力，主要包括滾動阻力和坡度阻力。汽車的

20、空氣阻力系數(shù)與迎風面積表2-3車型迎風面積A（m2）空氣阻力系數(shù)K小客車1.41.90.320.50載重車3.07.00.601.00大客車4.07.00.500.80（1）滾動阻力彈性輪胎反復變形時，其材料內(nèi)部發(fā)生摩擦要消耗一部分功率。在柔性路面上的汽車行駛時不僅輪胎變形，而且路面也會變形，其接觸面之間產(chǎn)生摩擦要消耗部分功率。另外，由于路面的不平整而造成輪胎震動和撞擊引起部分功率的消耗。滾動阻力與汽車的總重力成正比，若坡道傾角為時，其值可用下式計算：由于坡道傾角一般較小，認為，則（N）式中：滾動阻力（N）；車輛總重力（N）；滾動阻力系數(shù)，它與路面類型、輪胎結(jié)構(gòu)和行駛速度等有關，一般應由試驗確

21、定，在一定類型的輪胎和一定車速范圍內(nèi)，可視為只和路面狀況有關的常數(shù)，見表2-4。各類路面滾動阻力系數(shù)f值表2-4路面類型水泥及瀝青混凝土路面表面平整的黑色碎石路面碎石路面干燥平整的土路潮濕不平整的土路f值0.010.020.020.0250.030.050.040.050.070.15（2）坡度阻力汽車在坡道傾角為的道路上行駛時，車重G在平行于路面方向的分力為，上坡時它與汽車前進方向相反，阻礙汽車行駛；而下坡時與前進方向相同，助推汽車行駛。坡度阻力可用下式計算因坡道傾角一般較小，認為，則（N）式中：坡度阻力（N）；車輛總重力（N）；道路縱坡度，上坡為正；下坡為負。滾動阻力和坡度阻力均與道路狀況

22、有關，且都與汽車的總重力成正比，將它們統(tǒng)稱為道路阻力，以表示（N）（2-9）式中：統(tǒng)稱道路阻力系數(shù)。3慣性阻力汽車變速行駛時，需要克服其質(zhì)量變速運動時產(chǎn)生的慣性力和慣性力矩稱為慣性阻力，用表示。汽車的質(zhì)量分為平移質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量（如飛輪、齒輪、傳動軸和車輪等）兩部分。變速時平移質(zhì)量產(chǎn)生慣性力，旋轉(zhuǎn)質(zhì)量產(chǎn)生慣性力矩。平移質(zhì)量的慣性力旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力矩式中：旋轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動慣量；旋轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動時的角加速度。旋轉(zhuǎn)質(zhì)量組成部分較多，且各部分的轉(zhuǎn)動慣量和角加速度不同，計算比較復雜，為方便計算，一般給平移質(zhì)量慣性力乘以大于1的系數(shù)，來代替旋轉(zhuǎn)質(zhì)量慣性力矩的影響。即（N）（2-10）式中：慣性阻力（N）；車輛總重

23、力（N）；重力加速度（m/s2）；汽車的加速度（正值）或減速度（負值）（m/s2）慣性力系數(shù)（或旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)）。慣性力系數(shù)主要與飛輪的轉(zhuǎn)動慣量、車輪的轉(zhuǎn)動慣量以及傳動系的傳動比有關，其值可用下式計算：（2-11）式中：表示汽車車輪慣性力的影響系數(shù)，一般=0.030.05；表示發(fā)動機飛輪慣性力的影響系數(shù)，一般小客車=0.050.07，載重汽車=0.040.05；變速箱的速比，（本檔）=，或查表2-1。這樣，汽車的總行駛阻力R為三、汽車行駛條件 1汽車的運動方程式汽車在道路上行駛時，必須有足夠的驅(qū)動力來克服各行駛阻力。當驅(qū)動力與各種行駛阻力之代數(shù)和相等的時侯，稱為驅(qū)動平衡。驅(qū)動平衡方程式（也稱

24、汽車的運動方程式）為（2-12）公式（2-12）中驅(qū)動力T為節(jié)流閥全開的情況。如果節(jié)流閥部分開啟時，要對驅(qū)動力T進行修正。修正系數(shù)用U表示，稱之為負荷率。即一般，負荷率=80%90%。將有關公式代入式（2-12），則汽車的運動方程式為（2-13）2汽車的行駛條件汽車在道路上行駛，當驅(qū)動力等于各種行駛阻力之和時，汽車就等速行駛；當驅(qū)動力大于各種行駛阻力之和時，汽車就加速行駛；當驅(qū)動力小于各種行駛阻力之和時，汽車就減速行駛，直至停車。所以，要使汽車行駛，必須具有足夠的驅(qū)動力來克服各種行駛阻力，即（2-14）上式是汽車行駛的必要條件（即驅(qū)動條件）。只有足夠的驅(qū)動力還不能保證汽車正常地行駛。若驅(qū)動輪與

25、路面之間的附著力不夠大，車輪將在路面上打滑，不能行進。所以，汽車能否正常行駛，還要受輪胎與路面之間附著條件的制約。汽車行駛的充分條件是驅(qū)動力小于或等于輪胎于路面之間的附著力，即 （2-15）式中：附著系數(shù)，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，計算時可按表2-5選用；驅(qū)動輪荷載。一般情況下，小汽車為總重的0.50.65倍，載重車為總重的0.650.80倍。根據(jù)以上汽車行駛條件，在實際工作中對路面提出了一定要求，從宏觀上講要求路面平整而堅實，盡量減小滾動阻力；從微觀上講又要求路面粗糙而不滑，以增大附著力。各類路面上附著系數(shù)的平均值表2-5路面類型路面狀況干燥

26、潮濕泥濘冰滑水泥混凝土路面0.705/瀝青混凝土路面0.60.4/過渡式及低級路面0.50.30.20.1第三節(jié)汽車的動力特性及加、減速行程汽車的動力性能系指汽車所具有的加速、上坡、最大速度等的性能。汽車的動力性愈好，速度就愈高，所能克服的行駛阻力也愈大。本節(jié)主要介紹汽車的最高速度、最小穩(wěn)定速度以及汽車的加、減速行程，為道路縱斷面設計提供理論依據(jù)。一、汽車的動力因數(shù)為便于分析，將式（2-12）作如下改變上式等號左端稱為汽車的后備驅(qū)動力，其值與汽車的構(gòu)造和行駛速度有關，等號右端為汽車在道路上行駛時的道路阻力和慣性阻力之和，其值主要與道路狀況和汽車的行駛方式有關，將右端行駛阻力表達式代入，得為使不

27、同類型汽車的動力性進行比較，且有相同的評價尺度，將上式兩端分別除以車輛總重G，得 （2-16）令上式左端為D，即 （2-17）D稱為動力因數(shù)，它表征某型汽車在海平面高程上，滿載情況下，每單位車重克服道路阻力和慣性阻力的性能。將有關公式代入式（2-17）顯然，D可以表示為V的二次函數(shù)，即 （2-18）式中：為使用方便，也可用曲線表示D與V的函數(shù)關系，稱為動力特性圖。利用該圖可直接查出各排檔下不同車速對應的動力因數(shù)值。表2-6為東風EQ-140載重車原始計算數(shù)據(jù)。圖2-4為東風EQ-140載重車的動力特性圖。圖2-4 東風EQ-140動力特性圖 東風EQ-140原始計算數(shù)據(jù)表2-6項目計算參數(shù)單位

28、352.8Nm316Nm3000r/min1300r/min91135N0.94.185m20.49m6.330.030.04動力因數(shù)和動力特性圖是按海平面及汽車滿載情況下的標準值計算繪制的。若道路所在地不在海平面上，汽車也不是滿載，由于海拔增高，氣壓降低，使發(fā)動機的輸出功率、汽車的驅(qū)動力及空氣阻力都隨之降低，所以，應對動力因數(shù)D進行修正。方法是給D乘以一個修正系數(shù)，即 （2-19）稱為動力因數(shù)D的海拔荷載修正系數(shù)，其值為式中：海拔系數(shù)，見圖2-5，或，式中H為海拔高度（m）；滿載時汽車的總重力（N）；實際裝載時汽車的總重力（N）。圖2-5 海拔系數(shù)圖二、汽車的行駛狀態(tài)由式（2-19）可得 （

29、2-20）式中：道路阻力系數(shù)，。對不同排檔的曲線，值都有一定使用范圍，檔位愈低，值愈大，而車速愈低。在某瞬時，當汽車的動力因數(shù)為，道路阻力為，汽車的行駛狀態(tài)有以下三種情況：當時 減速行駛在動力特性圖上，與任意的=相應等速行駛的速度稱為平衡速度，用表示。因為則解此，得 （2-21）如圖2-6，若汽車在道路阻力為的坡道上行駛時，與對應的平衡速度為。當汽車的行駛速度時減速行駛，直到為止；當時加速行駛，直到為止。每一排檔都存在各自的最大動力因數(shù)，與之對應的速度稱作臨界速度，用表示。如圖2-7，若汽車以某一排檔作等速行駛，當時，汽車可采用或的任一速度行駛。當采用的速度行駛時，若道路阻力額外增加（如道路局

30、部坡度增大，路面出現(xiàn)坑凹或松軟等），汽車可在原來排檔上降低車速，以獲得較大D值來克服額外阻力，待阻力消失后可立即提高到原的速度行駛。這種行駛狀態(tài)稱為穩(wěn)定行駛。當汽車采用的速度行駛時，若道路阻力額外增加，汽車減速行駛而D值隨之減小，如果此時不換檔或開大節(jié)流閥，汽車將因發(fā)動機熄火而停駛。這種行駛狀態(tài)稱不穩(wěn)定行駛。因此，臨界速度是汽車穩(wěn)定行駛的極限速度。一般情況下汽車都采用大于某一排檔的臨界速度作為行駛速度，以便克服額外阻力而連續(xù)行駛。如果道路阻力更大，使得車速降低較快，若車速降至本檔時需要換低檔行駛；相反，道路阻力更小時車速增加較快，當增至本檔最高車速時需要換高檔行駛。汽車的最高速度是指節(jié)流閥全開

31、、滿載（不帶掛車）、在表面平整堅實水平路段上作穩(wěn)定行駛的速度。每一排檔都有各自的最高速度，除個別車型外，一般直接檔的最高速度最大。某一排檔的最高速度可由下式計算。圖2-6 平衡速度與行駛狀態(tài)分析圖2-7 某排檔動力特性圖 （km/h） （2-22）式中：汽車發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)速（r/min）。汽車的最小穩(wěn)定速度是指滿載（不帶掛車）在路面平整堅實的水平路段上，穩(wěn)定行駛時的最低速度（即臨界速度）。某一排檔的最小穩(wěn)定速度可以從動力特性圖上查得，也可用下式計算。由，得 （km/h） （2-23）汽車的最高速度與最小穩(wěn)定速度之間的差值愈大，表示汽車對道路阻力的適應性愈強。其它排檔也同樣存在著這兩個對應值。三

32、、汽車的爬坡能力汽車的爬坡能力是指汽車在良好路面上等速行駛時克服了其它行駛阻力后所能爬上的縱坡度。因，則 （2-24）汽車的最大爬坡能力是用最大爬坡坡度評定的。最大爬坡度系指汽車在堅硬路面上用最低檔作等速行駛時所能克服的最大坡度。最大爬坡度是汽車動力性的主要評定指標，但不作為決定道路最大縱坡的依據(jù)。由于最低檔爬坡能力大，坡道傾角也大，此時，應該用下式計算解此三角函數(shù)方程式，得 （2-25）式中：最低檔所能克服的最大坡道傾角；滾動阻力系數(shù)；最低檔的最大動力因數(shù)。用計算最大爬坡坡度。四、汽車的加、減速行程1加、減速行程計算公式圖2-8 東風EQ-140加、減速行程圖a)五檔；b)四檔；c）三檔由及

33、加、減速度，得設初速，終速，對上式積分，并用V（km/h）表達上述公式，得將代入，得 （2-26）令（1）（即）時 （2-27）當時，為加速行程；當時，為減速行程。（2）（即）時 （2-28）因，只能減速行駛，且。（3）（即）時 （2-29）式中：以弧長計。當時，為減速行程。2加、減速行程圖為使用方便，根據(jù)已知數(shù)據(jù)將加、減速行程繪成圖，以備查用。圖2-8a）c）為東風EQ-140型載重車加、減速行程圖。圖中左下到右上曲線為加速行程，左上到右下為減速行程。本圖采用直角坐標繪制，橫坐標為距離行程，單位為m；縱坐標為車速，單位為km/h。曲線上數(shù)字代表道路阻力系數(shù)。3加、減速行程圖的用法圖2-9是圖

34、2-8a）中任意抽出的兩條曲線。經(jīng)簡化處理后的圖形用以說明加、減速行程圖的用法，主要有兩種：圖2-9 加、減速行程圖的用法已知、初速和終速，求加速最短行程和減速最大行程。即另一種用法是已知或，求。此法用于繪制沿線最大車速圖。第四節(jié) 汽車的行駛穩(wěn)定性汽車的行駛穩(wěn)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(tài)和方向，不致失去控制而產(chǎn)生滑移、傾覆等現(xiàn)象的能力。影響汽車行駛穩(wěn)定性的因素主要有汽車本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)、駕駛員的操作技術以及道路與環(huán)境等外部因素的作用。一、汽車行駛的縱向穩(wěn)定性圖2-10為汽車等速上坡受力圖，慣性阻力為零，因車速低可略去空氣阻力和滾動阻力。圖中為汽車總重力，為

35、坡道傾角，為重心高度，和為作用在前、后輪上的法向反作用力，和為作用在前、后輪上的切向反作用力，為汽車軸距，和為汽車重心至前、后軸的距離，O點為汽車重心，和為前、后輪與路面接觸點。圖2-10 汽車等速上坡受力示意圖1縱向傾覆產(chǎn)生縱向傾覆的臨界狀態(tài)是汽車前輪法向反作用力為零，此時，汽車可能繞點發(fā)生傾覆現(xiàn)象。對點取矩并讓=0得 （2-30）式中：為零時極限坡道傾角；為零時道路的縱坡度。當坡道傾角（或道路縱坡）時，汽車可能發(fā)生縱向傾覆。由式（2-30）可知，縱向傾覆的穩(wěn)定性主要與汽車重心至后軸的距離和重心高度有關。愈大，愈低，縱向穩(wěn)定性愈好。2縱向滑移對后輪驅(qū)動的汽車，根據(jù)附著條件，驅(qū)動輪不產(chǎn)生滑移的

36、臨界狀態(tài)是因為則 （2-31）式中：產(chǎn)生縱向滑移臨界狀態(tài)時坡道傾角；產(chǎn)生縱向滑移臨界狀態(tài)時道路縱坡度，其它符號意義同前。當坡道傾角（或道路縱坡度）時，汽車可能產(chǎn)生縱向滑移。的大小主要取決于驅(qū)動輪荷載與汽車總重力的比值以及附著系數(shù)值，詳見式（2-15）和表2-5。3縱向穩(wěn)定性的保證分析式（2-30）和（2-31），一般接近于1，而遠遠小于1，所以或也就是說，汽車在坡道上行駛時，在發(fā)生縱向傾覆之前，首先發(fā)生縱向滑移現(xiàn)象。為保證汽車行駛的縱向穩(wěn)定性，道路設計應滿足不產(chǎn)生縱向滑移為條件，這樣，也就避免了汽車的縱向傾覆現(xiàn)象出現(xiàn)。所以，汽車行駛時縱向穩(wěn)定性的條件為 （2-32）只要設計的道路縱坡度滿足上式

37、條件，當汽車滿載時一般都能保證縱向行駛的穩(wěn)定性。但在運輸中裝載過高時，由于重心高度的增大而破壞縱向穩(wěn)定性條件，所以，應對汽車裝載高度有所限制。二、汽車行駛的橫向穩(wěn)定性1汽車在平曲線上行駛時力的平衡汽車在平曲線上行駛時會產(chǎn)生離心力，其作用點在汽車的重心，方向水平背離圓心。一定質(zhì)量的汽車其離心力大小與行駛速度平方成正比，而與平曲線半徑成反比，計算公式為式中：離心力（N）；平曲線半徑（m）；汽車行駛速度（m/s）。離心力對汽車在平曲線上行駛的穩(wěn)定性影響很大，它可能使汽車向外側(cè)滑移或傾覆。為了減小離心力的作用，保證汽車在平曲線上穩(wěn)定行駛，必須使平曲線上路面做成外側(cè)高、內(nèi)側(cè)低呈單向橫坡的形式，稱為橫向超

38、高。如圖2-11所示，汽車行駛在具有超高的平曲線上時，其車重的水平分力可以抵消一部分離心力的作用，其余部分由汽車輪胎與路面之間的橫向摩阻力與之平衡。圖2-11 曲線上汽車的受力分析將離心F與汽車重力G分解為平行于路面的橫向力X和垂直于路面的豎向力Y，即由于路面橫向傾角一般很小，則，其中稱為橫向超高坡度（簡稱超高率），所以橫向力X是汽車行駛的不穩(wěn)定因素，豎向力是穩(wěn)定因素。就橫向力而言，只從其值的大小是無法反映不同重量汽車的穩(wěn)定程度。例如5kN的橫向力若作用在小汽車上，可能使其產(chǎn)生橫向傾覆的危險，而作用在重型載重汽車上則可能是安全的。于是采用橫向力系數(shù)來衡量穩(wěn)定性程度，其意義為單位車重的橫向力，即

39、用V（km/h）表達上述公式，則 （2-33）式中：平曲線半徑（m）；橫向力系數(shù)；行車速度（km/h）；橫向超高坡度。式（2-33）表達了橫向力系數(shù)與車速、平曲線半徑及超高之間的關系。值愈大，汽車在平曲線上的穩(wěn)定性愈差。此式對確定平曲線半徑、超高率以及評價汽車在平曲線上行駛時的安全性和舒適性有十分重要的意義。2橫向傾覆條件分析汽車在具有超高的平曲線上行駛時，由于橫向力的作用，可能使汽車繞外側(cè)車輪觸地點產(chǎn)生向外橫向傾覆的危險。為使汽車不產(chǎn)生傾覆，必須使傾覆力矩小于或等于穩(wěn)定力矩。即因比G小得多，可略去不計，則 （2-34）式中：汽車輪距（m）；汽車重心高度（m）。將式（2-34）代入式（2-33

40、）并整理，得 （2-35）利用此式可計算汽車在平曲線上行駛時，不產(chǎn)生橫向傾覆的最小平曲線半徑或最大允許行駛速度。3橫向滑移條件分析汽車在平曲線上行駛時，因橫向力的存在，可能使汽車沿橫向力的方向產(chǎn)生橫向滑移。為使汽車不產(chǎn)生橫向滑移，必須使橫向力小于或等于輪胎和路面之間的橫向附著力，即 （2-36）式中：橫向附著系數(shù)，一般值詳見表2-5。將式（2-36）代入式（2-33）并整理，得 （2-37）利用此式可計算出汽車在平曲線上行駛時，不產(chǎn)生橫向滑移的最小平曲線半徑R或最大允許行駛速度V。4橫向穩(wěn)定性的保證由式（2-34）和式（2-36）可知，汽車在平曲線上行駛時的橫向穩(wěn)定性主要取決于橫向力系數(shù)值的大

41、小?，F(xiàn)代汽車在設計制造時重心較低，一般，即，而，所以。也就是汽車在平曲線上行駛時，在發(fā)生橫向傾覆之前先產(chǎn)生橫向滑移現(xiàn)象，為此，在道路設計中應保證汽車不產(chǎn)生橫向滑移，同時也就保證了橫向傾覆的穩(wěn)定性。只要設計采用的值滿足式（2-36）條件，一般在滿載情況下能夠保證橫向行車的穩(wěn)定性。但裝載過高時可能發(fā)生傾覆現(xiàn)象。三、汽車行駛的縱橫組合向穩(wěn)定性汽車行駛在具有一定縱坡的小半徑平曲線上時，較直線上增加了一項彎道阻力。對上坡的汽車耗費的功率增加，使行車速度降低。對下坡的汽車有沿縱橫組合的合成坡度方向傾斜、滑移和裝載偏重的可能，這對汽車的行駛是危險的。為此，對合成坡度的最大值應加以限制，以利于行車的穩(wěn)定性。如

42、圖2-12，汽車行駛在縱坡為和超高橫坡為的下坡路段上，作用在前軸上荷載為圖2-12 汽車下坡平曲線上受力圖離心力F分配在前軸上的荷載為因傾角和很小，則前軸總荷載為在平直路段上，作用于前軸的荷載為在有平曲線的坡道上，前軸荷載增量與的比值為對載重汽車，一般，則在直坡道上，則。即汽車沿直坡道下坡時，前軸荷載增量與在平直路段前軸荷載的比率等于該路段的縱坡度。在曲線上如果也以直線上相同大小的最大縱坡作為控制，則有下式成立用V（km/h）表達上述公式并整理，得 （2-38）此式即為汽車沿縱橫組合方向的穩(wěn)定條件，也是最大縱坡在平曲線上的折減條件。第五節(jié)汽車的制動性汽車的制動性是指汽車行駛中強制降低車速以至停

43、車且能維持行駛方向和在下坡時能保持一定速度行駛的能力。汽車的制動性直接關系到汽車的行駛安全，一些重大交通事故往往與制動距離太長有關，所以，具有良好的制動性能，是汽車行駛安全的重要保障。影響制動性的因素主要有汽車的制動機構(gòu)、人體機能以及路面狀況等。一、汽車制動性的評價指標評價汽車制動性的指標主要有制動效能、制動效能的恒定性及制動時汽車的方向穩(wěn)定性三個方面。其中制動效能是指在良好路面上，汽車迅速降低車速直至停車的制動距離，這是制動性能最基本的評價指標。另兩個評價指標主要用于汽車設計制造時考慮。汽車制動的全過程包括：駕駛員發(fā)現(xiàn)前方的障礙物或接到緊急停車信號后作出的行動反應、制動器起作用、持續(xù)制動和放

44、松制動器四個階段。一般所指的制動距離是汽車從制動生效到汽車完全停住，這段時間內(nèi)所走的距離。二、汽車制動力汽車制動時，給車輪施加以制動力P以阻止車輪前進。在急剎車時P值最大，而最大的P值取決于輪胎與路面之間的附著力。在附著系數(shù)較小的路面上，若制動力大于附著力，車輪將在路面上滑移，易使制動方向失去控制。所以，P值的極限值為 （2-39）式中：分配到制動輪上的汽車重力?，F(xiàn)代汽車全部車輪均為制動輪，G值為汽車的總重力（N）；路面與輪胎之間的附著系數(shù)，與輪胎、路面及制動等條件有關，其值見表2-5。三、制動距離1制動減速度制動減速時，制動力P的方向與汽車運動方向相反。另外，因制動時速度減小很快，可略去空氣阻力的影響，所以，汽車制動平衡方程式為：即 （2-40） （2-41