第2章 汽车行驶特性
第2讲 汽车行驶特性2-1
油污程度，汽车的行驶速度，以及汽车的构造，量测滚动阻 力系数 值的方法等都有关系。滚动阻力系数 的数值由实验确 定，在实际应用中可近似的按路面类型选用（表2.1.2）。
滚动阻力系数 f 路面类型 水泥混凝土及沥青混凝土路面 表面平整的黑色碎石路面 碎石路面 干燥平整的土路 潮湿不平整的土路
表 2.1.2 滚动阻力系数 f 0.01~0.02 0.02~0.025 0.03~0.05 0.04~0.05 0.07~0.15
1． 滚动阻力（ Rf ） 滚动阻力（ Rf ）是车轮在路面上滚动时，因路面与轮胎变形而 引起产生的阻力。它与路面种类、状态、车速、轮胎结构及充气 压力有关。滚动阻力 Pf 与轮胎负荷 G 成正比，即 Pf = fG 。全部车 轮上的滚动阻力即为：
Rf = fGa
其中 G —车轮负荷（N ） Ga —汽车总重量（N） f —滚动阻力系数。与路面状况、行驶速度、轮胎的性质 等多种因数有关。 滚动阻力系数 f 是车辆在一定条件下滚动时所需的推力与车轮 总重之比，即单位车重所需的推力。滚动阻力系数 f 是一个综合 性的阻力系数，其影响因数较多。它与轮胎的变形，轮胎与路面 间的摩擦，路面的平整度，路面的干燥潮湿程度，路面的清洁及
汽车传动系统： 汽车传动系统：
1．汽车发动机外特征曲线 ． 发动机输出的功率N与产生的扭矩 的关系 发动机输出的功率 与产生的扭矩M的关系： 与产生的扭矩 的关系：
M⋅n N= 9549 ( kW )
M n 2πr M⋅n N= ⋅ ⋅ = r 60 1000 9549
T r
M
发动机转速特性曲线： 发动机转速特性曲线： Ne-ne曲线、Me-ne曲线、耗油量 e-ne曲线 曲线、 曲线、耗油量q
第二节 1.动力因素和动力特性图
道路勘测设计第二章汽车的行驶特性资料
2）超高
为了减小离心 力的影响，保证汽 车在平曲线上稳定 行驶，必须使平曲 线上路面做成外侧 高、内侧低呈单向 横坡的形式，称为 横向超高。
图2-8 曲线上汽车的受力分析
3）力的方程
X F cos G sin Y F sin G cos
横向力系数如下：
Gv2
v2
X
F Gih
gR
Gih
最大爬坡能力是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。
i f D
因为值较大
D1,max f cos sin
1,m a x
arcsin
D1,m a x
f
1
2 1,m ax
1 f 2
f
2
最大爬坡坡度为：
imax tan 1,max
2.3 汽车的行驶稳定性
2.3.1 汽车行驶的纵向稳定性
a
G —汽车总重力
g —重力加速度
a —汽车的加速度或减速度
—惯性力系数
汽车的总行驶阻力为:
R Rw RR RI
2.1.3 汽车的运动方程式及行驶条件
（1）汽车的运动方程式
T R Rw RR RI (节流阀全开) TU R Rw RR RI (节流阀部分开启)
（2）汽车的行驶条件
T R (汽车行驶的必要条件) T Gk (汽车行驶的充分条件)
—附着系数
Gk —驱动轮荷载
2.2 汽车的动力特性
2.2.1 汽车的动力因数
（1）动力因数公式
T
Rw
G(
f
i)
G g
a
D T Rw ( f i) a
G
g
（2）定义
某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。
道路勘测设计--第2章-汽车行驶特性
.
16
第二节 汽车的动力特性及加、减速行程
动力特性：反映汽车动力性能指标。
汽车动力性能：汽车具有的加速、上坡、最大速度等的性能。汽 车的动力性愈好，速度就愈高，能克服行驶阻力也愈大。
一、汽车的动力因数
汽车运动方程式：T = Rw+RR+RI
滚动阻力与汽车总重力成正比，若坡道倾角为α时，其值
Rf＝Gfcosα 坡道倾角α一般较小，认为cosα≈1，
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，
.
11
(2). 坡度阻力
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。
第二章 汽车行驶特性
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。
.
1
汽车行驶对道路基本要求
➢ 安全：保证汽车行驶稳定性，避免发生翻车、倒溜、侧滑
➢ 迅速：行驶速度——平均技术速度。
➢ 经济：运输成本：低
Rw
1KAv2
2
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），近似取汽车 行驶
速度。
.
10
2. 道路阻力
道路阻力包括滚动阻力和坡度阻力。
(1). 滚动阻力
2汽车行驶特性
第一节
概述
道路线形设计要保证： 1 保证汽车行驶的稳定性，即保证安全行 车，不翻车、不倒溜、不侧滑，这就需要合理设 置纵横坡度、弯道，以及保证车轮与地面的附着 力等。 2 尽可能提高车速。车速是评价运输效率 的主要影响因素，因此为提高车速，路线应具有 良好的线形(如曲线半径、最大纵坡等)，充分发 挥汽车行驶的动力性能。
（P35~39）
汽车在道路上行驶时，必须具备两个条
件：其一是有足够的驱动力来克服各种行驶 阻力，这是必要条件；其二是驱动力小于或 等于轮胎与路面间的最大摩擦力(附着力)，这 是保证汽车正常行驶不致使车轮空转打滑的 条件，也就是充分条件。P39
一、汽车的驱动力
1、发动机曲轴扭矩M 汽车行驶的驱动力来自它的内燃发动 机，其传力过程如下：在发动机里热能转 化为机械能 → 有效功率N → 曲轴旋转 （转速为 n），产生扭矩M → 经变速和传 动，将M传给驱动轮，产生扭矩MK → 驱 动汽车行驶。
性能、越野性、制动性、行驶稳定性、平顺性和
操纵稳定性等）和使用性能的科学。本章主要简 要介绍汽车的驱动力和行车阻力，汽车的动力特 性，汽车的行驶稳定性、制动性等基本理论。深 入的研究可学习有关《汽车应用工程》、《汽车
理论》等课程。
汽车由发动机、底盘、车身和电气设备等组成
第二节 汽车的驱动力及行驶阻力
平移质量的惯性力
旋转质量的惯性力矩
RI 1
G ma a g
RI 2
I
d dt
式中：I―――旋转部分的转动惯量；
d dt
―――旋转部分转动时的角加速度。
为简化计算，一般给平移质量惯性力乘以大于1 的系数δ，来近似代替旋转质量惯性力矩的影响，即： G RI＝ a （N） g 式中： RI―――惯性阻力 (N) ； G―――车辆总重力 (N) ； g―――重力加速度 (m/s2) ； a―――汽车的加速度（正值）或减速度 （负值）(m/s2) ； δ―――惯性力系数.
第二章 汽车行驶特性
a Im ax arcsin
2 2 DIm ax f 1 2 DIm ax f
坡道倾角； 式中： aIm ax 最低档所能克服的最大 DIm ax 最低档的最大动力因数 。
1 f
2
用imax=tanaImax计算最大爬坡坡度。
道路勘测设计
四. 汽车的行驶稳定性
汽车在行驶过程中，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，为汽车的行驶稳定性。 影响汽车行驶稳定性的因素：汽车结构参数、驾驶员操作 技术及道路、环境等外部因素。 （一）汽车行驶的纵向稳定性
Gk i i G
道路勘测设计
四. 汽车的行驶稳定性
（二）汽车行驶的横向稳定性
1、汽车在平曲线上行驶时力的平衡 汽车在平曲线上行驶时会产生离心力， 2 公式为：
Gv F g R
离心力可能使汽车向外侧滑移或倾覆，为保证 行驶稳定性，路面做成外侧高、内侧低呈单向横 坡的形式（横向超高）。车重水平分力X可以抵消 一部分离心力的作用。
1.纵向倾覆
产生纵向倾覆的临界状态：汽车前轮法向 反作用力Z1为零，对O2点取矩并让Z1=0，得：
i0 tga0 l 2/ hg
当坡道倾角a≥a0（或i≥i0），汽车可能发 生纵向倾覆。由上式可以看出纵向稳定性与汽车 重心至后轴的距离l2和重心高度hg有关。
道路勘测设计
四. 汽车的行驶稳定性
T R
汽车行驶必要条件（即驱动条件）
汽车能否正常行驶，还要受驱动轮与路面之间附着条件的 制约，即：
T Gk
汽车行驶充分条件 (附着条件)
根据以上汽车行驶条件，对路面提出一定要求，宏观要求 路面平整而坚实，减少滚动阻力；微观上要求路面粗糙而不滑， 以增大附着力。
道路勘测与设计第二章汽车行使特性
＝1.07*（20^2－60^2）/254((0.03+0.04)/2－0.02－
○衡 （公式）
2. 横向倾覆
（公式）
2）横向倾覆
（公式）
2.4汽车的制动性、燃油经济性
一．评价指标：制动效能、制动距离、热稳定性、方向稳定性
2. 制动距离：p＝Gφ ① 制动减速度
（公式）
3. 燃油经济性 ① 运输成本中20－30％的燃料费用，燃料消耗方程式：
0.06)
＝300（m）
本题汽车若以60km/h等速爬坡，则此破断坡度i＝？（设λ ＝1）
答案：若不降低车速 i＝D－f＝0.01，但坡长不限。
例3：
试求东风EQ－140型满载汽车在沥青混凝土里面上以车速35km/h 行驶时，可以克服的最大坡度为多少？并验证当路面在潮湿状态时， 车轮是否产生空转现象？（海拔高度H＝0，满载）
一、汽车牵引力与行使阻力
1、发动机曲轴扭矩 M 发动机功率 N 发动机曲轴转速 n
扭矩曲线：M＝9549 N / n
图
功率曲线：N＝M n / 9549
（差公式，右边加图2－1）
2、驱动轮扭矩Mk
M经离合器、变速箱（速比ik）和主传动器（速比i0） 两次变速到达驱动轮形成扭矩Mk
总变速比为 γ＝ i0*ik，设传动系统的机械效率为ŋT
第二章 汽车行使特性
道路勘测设计课后答案第三版杨少伟
课后习题参考答案第二章 汽车行驶特性2.1 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90％时，挂IV 档以30km/h 的速度等速行驶，试求（1）H ＝0，（2）H =1500m 海拔高度上所能克服的最大坡度。
解：f ＝0.015，G /G ′＝1/0.9，负荷率取为：U ＝90％，则 海拔0m 时，海拔系数ξ＝1.0，λ＝（ξ G /G ′）＝1.111 海拔1500m 时，海拔系数ξ＝（1-2.26×105×1500）5.3＝0.833，λ＝0.925 IV 档时，36T max N 32N M 17.036()P =+=7.875710(-)21.15Ug h M M K A G g n n -⎡⎤-⋅--⨯⎢⎥⎣⎦24T Mmax N 2N M 5.305Q =() 2.917510(-)Ug h n M M r G n n --=⨯2-2max max 2-[-] 5.532210(-)N T MN M V M Ugh W M n rG n n ==⨯ 2 5.699%D PV QV W =++=H =0时，000arcsin0.04832.77tan 4.839%i αα=====o故：同理：H ＝1500时，1500150015002.162tan 3.775%i αα===o故：2.3 假定某弯道的最大横向力系数为0.10，则：（1） 当R =500m ，i h ＝5％时，允许最大车速为多少？（2） 当V ＝80km/h ，i h ＝－2%（反超高）时，平曲线半径至少应为多大？ 解；由2h =127V i Rμ-，（1）97.6km /h V ===（2）2280629.92m 127()127(0.100.02)h V R i μ===+⨯- 2.4 设某条道路规定的最大纵坡为5%，当汽车以80km/h 的车速在半径为250m 、超高横坡度为8%的平曲线上行驶时，求折减后的最大纵坡度。
第二章 汽车行驶特性
析时可看作一个常数， 析时可看作一个常数，一般载重汽车为 0. 80～0.85，小客车 ～ ， 为 0.85～0.95。 ～ 。
15
此时， 此时，驱动轮上的转速 nK 为
n n nK = = i0iK γ
相应的车速 V 为
n 60 nr V = 2π r = 0.377 γ 1000 γ
式中： ——汽车行驶速度 汽车行驶速度(km／h)； 式中： V ——汽车行驶速度 ／ ；
公式中驱动力T为节流阀全开的情况。 公式中驱动力 为节流阀全开的情况。如 为节流阀全开的情况 果节流阀部分开启时，要对驱动力T进行修 果节流阀部分开启时，要对驱动力 进行修 修正系数用U表示 称之为负荷率。 表示， 正。修正系数用 表示，称之为负荷率。即
M K = M γηT
γ ——
ηT ——
(0.1)
式中： M K ——汽车驱动轮扭矩 ·m)； ——汽车驱动轮扭矩 汽车驱动轮扭矩(N· ； 式中：
M —— 发动机曲轴扭矩 ·m)； 发动机曲轴扭矩(N· ；
总变速比， 总变速比， γ = i0 ik ，大于 1.0； ； 传动系统的机械效率， 传动系统的机械效率，对汽车进行动力性分
20
1．空气阻力： ．空气阻力：
1 2 RW = KAρv 2
式中： ——空气阻力系数 它与汽车的流线型有关， 空气阻力系数， 式中： K ——空气阻力系数，它与汽车的流线型有关，可查阅 有关资料； ——空气密度 空气密度， 有关资料； ρ ——空气密度，一般 ρ ＝1. 2258(N·s2／m4)； · ；
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第2章 汽车行驶特性
第1节 汽车的驱动力及行驶阻力
• 1)动力性能(dynamic force)
• 2)通过性（cross-country power ） • 3)制动性 (braking power)
• 4)行驶稳定性(running stability) • 5)行驶平顺性(smooth running) •
6)操纵稳定性(operating stability)
•
第2节 汽车的驱动力及行驶阻力(running resistance)
一 汽车的驱动力(driving force)
内燃机N —机械能—扭矩M —驱动扭矩MK —牵引
N=M •w=M •n •0.1047 M=9.549N/n
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)
二 汽车的行驶阻力
2
．坡度阻力：汽车爬坡时，重力的分力对行车的阻力
由于公路纵坡α较小(α<5°) 所以 R i =G · i
道路阻力:R R =G·（i+f)
2) 惯性阻力：RI=δ · G · a/g
（包括汽车整体质量保持原来的运动状态所产生的线性惯性阻力G · a/g 和由汽车各转动部件加/减速产生的旋转惯性阻力） 3） 空气阻力
⑴．空气阻力的产生原因
①．汽车在行驶中，由于迎面空气质点的压力。
②．车后的真空吸力
③．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。
K —空气阻力系数，它与汽车的流线型有关。
将车速v （
m/s ）化为V （Km/h ）并化简，得并化简，得
思考题：汽车在平直的公路上作匀速行驶，受哪几种阻力的影响？
三. 汽车的运动方程式与行驶条件
1.汽车的运动方程式
保证汽车在道路上加或等速行驶，T>=R=R W +R R +R I 减速行驶直至停止：T<R=R W +R R +R I 2.汽车的行驶条件
● 必要条件：T>=R
● 充分条件：T<=ϕ·G K
第2节汽车的动力特性(dynamic characterization)及加减速行程
一.汽车的动力因数
汽车的运动方程:T=R W+R R+R I
受速度影响大的合并,即T-R W=R R+R I即:T-R W=G（f+i)+δ•G · a/g
令D=(T-R W )/G，ϕ= f+i(D为动力因数，表示单位重力的后备牵引力，ϕ道路阻力系数）牵引力相同，重量轻的汽车具有较好的牵引性能。
（）
二.动力特性图
1. D-V曲线图（V为横坐标，D为纵坐标）
2. D-V曲线图的应用
1）求排挡；
2）求速度、加速度；
3）求坡度
例1.碎石路面的某一公路纵坡度为i=0.06,汽车作等速行驶,试求其车速与所使用的排挡.
查表,滚动阻力系数f=0.04,i=0.06,a=0,则D= ϕ=f+i=0.10
查动力特性图,当Di=0.10时,v=17km/h (Ⅲ排挡)
例2.路面为渣油表处,求解放牌载重汽车以30km/h等速行驶时,可以爬升的最大坡度.
查f=0.02,查动力特性图,v=30km/h,D=0.083(Ⅲ档),i=D-f=0.083-0.02=0.063
思考:若要求汽车用Ⅲ档爬更大的坡,则采取什么措施?
三.汽车的行驶状态
对不同排挡的动力特性曲线来说动力特性值D有一定的使用范围。
档位越低，D值就越大，速度亦越低。
对每一档位来说，又存在着一个Dmax值，此最大值所对应的速度称临界速度Vk。
注：在某档Dmax处，在该档无法加速，若要加速，必须减少ϕ。
1.临界速度
汽车的临界速度Vk是汽车稳定运动的极限速度。
如汽车采用某一档位作稳定行驶，当公路阻力为D2＝ϕ2时，则汽车可以采用IV1或V2的任一速度行驶，其V1>Vk，而V2＜Vk。
2.稳定行驶和不稳定行驶
1)当汽车采用V1＞Vk的速度行驶时，若遇到额外的阻力，汽车可以降低行驶速度，以采用较大的D值来克服额外阻力，待额外阻力消失后，汽车可立刻提高到原先的速度行驶。
这样的行驶情况，称为稳定行驶；
2)当汽车采用V2＜VK的速度行驶时，若遇到额外阻力，汽车降低行驶速度，反使D值减小，这样速度愈来愈小，D值也愈来愈低，直至汽车熄火而迫使停止。
这样的行驶情况，称为不稳定行驶。
因此，临界速度V k是汽车稳定运动的极限速度，一般汽车行驶的速度均采用大于同一档位的临界速度V K值。
3.汽车的最高速度
指节流阀门全开、满载（不带挂车），在表面平整坚实的水平路段上作稳定行驶时的速度。
四.汽车的爬坡能力
1.含义
是指汽车在良好的路面上等速行驶时克服了其它阻力后能爬上的纵坡度。
即：I=D-f, D 可根据一定的行车速度V，利用D-V图求得。
但动力因数和D-V图是按理想状况（海平面高程和汽车处于满载情况）绘制的。
但一般道路不在海平面，汽车也不是满载，且随高度增加，气压降低，必会影响发动机的功率，因此对动力因数需进行修正，乘上一个系数λ，则爬上的纵坡度为i= λ•D-f。
2.汽车的最大爬坡能力
指汽车在坚硬的路面上用低档作等速行驶时所能克服的最大坡度。
它是评定汽车爬坡能力的指标。
汽车动力爬坡是指（）
A、在坡道上加速
B、在上坡前
C、在坡道利用多次换档加速
D、利用上坡时的加速产生的惯性力
E、利用上坡时的减速产生的惯性力
五.从动力特性图看汽车在坡道上行驶的要求
1.坡陡且短
增大速度可冲上去(动力上坡原理)
2.坡陡且长
动力上坡无法冲过坡道,速度降低,换低档,增大D,增大牵引力,走完全程;若汽车已换为最低档,仍克服不了行驶阻力,无法提供更大的动力因素,最后熄火.
为了保持较高的车速行驶,少用低档和减少换档数,要求道路:
(1) 纵坡度力求平缓
(2) 陡坡宜短,长坡度的纵坡度应加以限制
(3) 纵坡度变化不宜太多,尤其应避免剧急起伏变化,力求纵坡均匀
第3节 汽车的行驶稳定性
一.汽车行驶的纵向稳定性
1.纵向倾覆
纵向倾覆的临界状态是汽车前轮法向反作用力为零，汽车绕后轮发生倾覆现象。
力矩平衡：汽车重G ，在纵坡为i0即坡角为α0，有Gl2cos α0-Ghgsin α0=0, i0=tg α0=l2/hg,可以看出，当有道路纵坡i >=i0时，汽车可能发生倾覆。
2.纵向滑移
根据附着条件，当Gsin αϕ >ϕ=Gk 时，即αϕ ≥ϕGk/G ，汽车可能发生滑移。
3.稳定性的保证：比较l2/hg 与ϕGk/G 的大小，可知l2/hg 大于 ϕGk/G ，则表明纵向稳定
性以满足不发生纵向滑移为基本条件。
二.汽车行驶的横向稳定性
1.受力分析 沿路面方向：X=Fcos α- Gsin α ， 沿垂直方向：Y=Fsin α+Gcos α 由上式有，
横向力系数越大，单位车重的横向力也越大，则汽车在曲线上行驶的稳定性越差。
（ ）
2.横向倾覆条件分析
汽车在具有超高的平曲线上行驶时，由于横向力的作用，可能使汽车绕外侧车轮触地点产生向外横向倾覆的危险。
为使汽车不产生倾覆，必须使倾覆力矩小于或等于稳定力矩。
即
2
)(2b G Fi b Y
Xh h h +=≤因 比 小得多，可略去不计，
h Fi G
gR Gv F 2
=
3.横向滑移条件分析
汽车在平曲线上行驶时，可能使汽车沿横向力的方向产生横向滑移。
为使汽车不产生横向滑移，必须使横向力小于或等于轮胎和路面之间的横向附着力，即
4.
为此，在道路设计中应保证汽车不产③装载过高时可能发生倾覆现象。
三.汽车行驶的纵横向组合稳定性
纵横向组合即合成坡度方向，由于在直线上无离心力存在，而弯道上有离心力的作用，因此对曲线上的纵坡应加以限制。
h i R
v i i ⋅-≤1272
max ( i max 为直线纵坡，i 为曲线纵坡）
ϕ。