第一章 汽车行驶特性

题目：第一章汽车行驶特性教学目的与要求：使学生了解影响汽车主要性能的因素，掌握汽车纵向稳定性、横向稳定性及急弯陡坡组合稳定性内容与时间分配：共4课时第一课时：概述及影响汽车主要使用性能的各种因素第二课时：汽车的牵引力与行驶阻力第三课时：汽车动力特性第四课时：汽车行驶稳定性重点与难点：重点：1．影响汽车主要使用性能的各种因素2．汽车行驶稳定性难点：汽车行驶稳定性教具准备：教学方式：讲授法课后复习及预习：复习：1、影响汽车主要使用性能的各种因素2、汽车行驶稳定性预习：1、影响平面半径大小的因素有哪些2、回旋线有什么特点作业1、阐述汽车行驶稳定性的含义第一节汽车行驶特性汽车行驶持性是在分析汽车运动规律的基础上，研究汽车的主要使用性能及分析影响汽车主要使用性能的各种因素。

就公路线形设计而言，主要从以下几个方面保证。

1．汽车行驶的稳定性汽车行驶稳定性是指汽车在公路上安全地行驶，并在行驶中在外部因素作用下，汽车不致失去控制而产生滑移、倾覆、倒溜的性能。

2．尽可能地提高车速3．满足行车舒适满足行车舒适的要求，在公路路线设计时要对平曲线、竖曲线的最小半径加以限制．本章主要研究汽车的牵引力和行驶阻力，汽车的动力待性，行驶稳定性，以及汽车动力特性对纵坡设计的影响。

第二节汽车的牵引力与行驶阻力1．发动机曲轴扭矩M有效功率N与扭矩M之间的关系如下：式中：N——发动机的有效功率，kw；M——发动机曲轴的扭矩，N?m；n——曲铀的转速，r／min。

2．驱动轮扭矩Mk驱功轮上：作用有发动机曲轴传递的扭矩Mk，在Mk的作用下驱驶车轮滚动前进。

而从动轮上则无扭距Mk的作用，从动轮的滚动是由驱动轮上的力经车架传到从动轮的轮铀上而产生运动。

3．汽车的牵引力如图1-1-2所示，作用在驱动轮上的扭矩Mk可化为一对力偶Pi和Pk，Pk作用在轮胎与路面的接触点处，在Mk的作用下使车轮对路面产生一周缘力，周缘力Pk是车轮对路面的作用力。

当车轮与路面之间有足够的附着力时，则会产生与此周缘力Pk大小相等、方向相反的路面对车轮的切向反作用力Pa。

Pt作用在轮轴上推动汽车向前行驶，它是驱动汽车行驶的外力，与汽车行驶阻力Z抗衡，通常称为汽车的牵引力，其值为：1-发动机；2-离合器；3-变速器；4-万向传动机构；5-主减速器；6-驱动轮。

式中：Pt——汽车的牵引力；rk——车轮工作半径(m)，即变形半径，它与内胎气压、外胎构造、路面的刚性与平整度以及荷载等有关，一般为末变形半径r的0.93~0.96倍。

此时相应的车速为：式中：v——汽车行驶速度，km/h；n——发动机转速，r／min。

由式(1-1-3)可知，如果要获得较大的牵引力Pt，则必须有较大的变速比ik,i0与其相对应。

但由式(1-1-4)可知，与ik与i0增大，则车速要降低，因此对同一发动机要同时获得较大的牵引力与较高的车速是不可兼得的。

为此，在汽车构造设计时设置了若干个档位。

每一档位都有固定的变速比以及该档位相对应的最大和最小车速。

当采用低档时，变速比取值大．扭矩Mk及牵引力Pt就增大，但车速则降低；反之，则扭矩Mk及牵引力Pt减小而车速v则提高。

二、汽车的行驶阻力汽车行驶时需要不断克服运动中所遇到的各种阻力。

这些阻力有的来自汽车周围的空气介质，有的来自汽车行驶的路面，有的来自汽车上下坡行驶，也有的来自汽车加减速行驶，这些阻力分别称为空气阻力、滚动阻力、坡度阻力和惯性阻力。

1．空气阻力汽车在空气介质中行驶，由于迎面风压力、车前后的空气压力差以及空气质点与车身表面的摩擦等阻碍汽车前进，称为空气阻力。

2．滚动阻力汽车的轮胎具有弹性，当车轮滚动时，将会连续地发生弹塑性变形，这种变形使其材料内部发生摩擦要消耗一部分功率；当汽车在柔性路面上行驶时，不仅轮胎产生变形，而且路面也会产生变形，其接触面之间产生摩擦而消耗一部分功率。

此外，当汽车在不平整的路面上行驶时，由于轮胎的振动和撞击，也会引起功率的消耗。

3．坡度阻力汽车在纵坡度倾角为α的公路上行驶时，汽车重力G在平行于路面方向产生分力Gs inα。

当汽车上坡时，此分力与汽车前进方向相反而阻碍汽车行驶；下坡时，其分力与汽车前进方向相同而形成坡度阻力。

4．惯性阻力汽车变速行驶时，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、离合器、齿轮、传动轴和车轮等)两部分。

汽车变速行驶时，平移质量产生惯性力，旋转质量产生惯性力矩。

三、汽车行驶的条件1．汽车行驶的必要条件为使汽车能向前行驶，汽车的牵引力必须与汽车行驶时所遇到的各项行驶阻力之和相平衡，其牵引平衡方程式为：汽车在公路上行驶，牵引力等于各项行驶阻力之和时，汽车作等速行驶；当牵引力大于各项行驶阻力之和时，汽车作加速行驶；当牵引力小于各项行驶阻力之和时，汽车就作减速行驶，直至停车。

因此，要使汽车向前行驶，牵引力必须大于或等于各项行驶阻力之和，这是汽车行驶的必要条件，即：2．汽车行驶的充分条件汽车的牵引力必须小于或等于轮胎与路面之间的附着力，这是汽车行驶的充分条件，即根据以上汽车行驶的两个条件，在公路设计工作中对路面提出：一是要求路面平整坚实，以尽量减小路面的滚动阻力；二是要求路面租糙，以增大附着力。

第三节汽车的动力特性一、汽车的动力特性图汽车的动力特性是指汽车具有的加速、上坡、最大速度等性能。

其牵引平衡方程式为：上式等号左边P—Pw称为汽车的后备牵引力，其值与汽车的构造和行驶速度有关；等号右边的各项阻力与道路状况和汽车的行驶方式有关。

利用动力特性图，可以求出汽车在某一条件下(即道路附着系数ψ为某一定值时)行驶时所能保持的速度v；并可决定汽车在克服一定行驶阻力所采用的档位；同时还可以近似地确定在比最高速度为低的任何速度v下所能获得的加速度；以及求得低一档位行驶时汽车所能克服的坡度等。

二、汽车的最高速度和最小稳定速度当汽车在一定的行驶条件下作等速行驶，则由式(1-1-16)、式(1-1-17)可知，D＝ψ因此，从图1-1-3可知，D＝f(v)的直线与D＝f(v)曲线的交点b为汽车在道路阻力系数为ψ时的最大行驶速度；同理，Dmax值的水平直线与曲线D＝f(v)相切的切点a的速度称为临界速度vk。

1．当汽车采用v1>vk的速度行驶时，若汽车遇到意外的行驶阻力(加公路纵坡局部增大或碰到坑槽)，汽车可以在原来档位上降低行驶速度，以获得较大的D值来克服意外阻力，待意外阻力消失后立刻提高到原先的速度行驶。

这种行驶状况，称为稳定行驶。

2．当汽车采用v2<vk的速度行驶时，若汽车遇到同样的意外阻力，汽车只能在原来的档位上降低车速，汽车减速行驶反使D值减小。

D值减小后又使车速更低，直至汽车熄火停止。

这样的行驶状况称为不稳定行驶。

因此，临界速度vk是汽车稳定行驶的极限速度．又称为某一档位的稳定行驶的最小速度。

一般汽车行驶的速度均采用大于同一档位的临界速度vk值，以便克服意外阻力而继续行驶。

评价汽车动力性能的指标常采用汽车的最高速度和最小稳定速度。

汽车的最高速度是指节流阀全开，汽车满载(不带挂车)在表面平整坚实的水平公路上作稳定行驶的速度。

汽车的每一个档位都有各自固定的最高速度，一般直接档的最高速度最大。

汽车的最小稳定速度是指汽车满载(不带挂车)在表面平整坚实的木平公路上，稳定行驶的最低速度(即临界速度vk)。

汽车以直接档行驶时的最高速度与最小稳定速度之间的速度差愈大，表示汽车对道路阻力变化的适应性愈强。

汽车以其他档位行驶时，也同样存在着各自的最高速度和最小稳定速度，所以在路线设计时，应对行驶在该公路上的车型的这两项指标进行了解，以便控制道路阻力的变化范围，满足主要设计车型的动力性能要求。

三、汽车行驶对公路纵坡的要求根据前述的汽车动力特性分析可知，汽车上坡时，若道路纵坡较缓，汽车的行驶阻力的代数和小于或等于汽车所用档位牵引力，汽车就能用该档位以等速或加速走完该段纵坡的全长。

若汽车所用的档位愈高，行驶速度就愈快，但爬坡能力愈差。

因此，公路纵坡设计总是力求纵坡较缓为好，特别是等级较高的公路更是如此。

当道路的纵坡较陡，汽车上坡时的行驶阻力的代数和大于汽车所用档位的牵引力时，在坡段较短的情况下，只要在上坡之前加大汽车油门，提高汽车的初速，利用动力冲坡的惯性原理，在车速降到临界速度之前即使不换档也能冲过此段纵坡，但如果道路纵坡既陡又长．汽车利用动力冲坡无法冲过坡顶，此时就必须在车速下降到某一程度时(如临界车速)，换到较低的档位来获得较大的动力因数，从而增大牵引力，汽车才能继续走完全程．但档位愈低，汽车的行驶速度愈慢。

汽车使用低档的行程时间越长或换档次数频繁，会延长行程时间，增加汽车燃料消耗和机件磨损。

此外，从汽车的动力特性可知，道路纵坡对车速的影响极大，因为纵坡越陡，需要的动力因素越大，从而导致采用的档位越低，行驶速度越慢。

为了使汽车能保持较高的车速行驶，少用低档和减少换档次数，对道路纵坡提出如下要求：1．纵坡度力求平缓；2．陡坡宜短，长陡坡的纵坡度应加以严格限制；3．纵坡度变化不宜太多，尤其应避免急剧的起伏变化，力求纵坡均匀。

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的过程中，汽车在外部因素作用下能保持正常行驶状态和方向，不致发生失控而产生滑移、倾覆等现象的能力。

本节主要介绍汽车行驶的纵向稳定性、横向稳定性和急弯陡坡组合稳定性．为公路平面和纵断面设计提供理论依据。

一、汽车行驶的纵向稳定性汽车在直线坡道上行驶时，当公路的纵坡倾角a大到一定程度，就有可能使汽车发生纵向倾覆或纵向倒溜滑移，为简化计算，假定汽车上陡坡道时以低速等速行驶，则可略去空气阻力、滚动阻力和惯性阻力，其受力图如图1-1-5所示。

从以上分析可知，汽车不发生纵向倾覆的必要条件是公路纵坡倾角要小于不发生纵向倾覆的极限平衡纵坡倾角，即a<a0(或i<i0)。

此外，从式(1-1-20)可知，汽车的重心高度h愈低，汽车重心至后轴的距离l2愈大，则汽车能适应的纵坡愈大，纵向稳定性愈好。

2．纵向滑移根据路面对车轮的附着条件，对后轮驱动的汽车．驱动轮不发生纵向滑移的极限平衡方程是：式中：aΨ——发生纵向滑移的极限平衡纵坡倾角；Gk——后轴驱动轮重力．N；Ψ——路面纵向摩擦系数，见表1-1-3。

从以上分析知，汽车不发生纵向滑移的必要条件是公路纵坡倾角要小于纵向滑移的极限平衡纵坡倾角，即a<aΨ(或i<iΨ)。

下，汽车在产生纵向倾覆之前，首先发生纵向滑移。

为保证汽车行驶的纵向稳定性，公路纵坡的确定应以满足汽车不发生纵向滑移为前提条件。

即纵坡设计时最大纵坡和合成坡度以下式进行控制二、汽车行驶的横向稳定性1．汽车转弯行驶时的受力特点与力的平衡汽车转弯时，人坐在车中会感到向弯道外侧偏倒，从物理学可知，这是由于离心力所引起的。