讲义-ch2-汽车行使理论

4学时教学内容：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授课目的：1．了解汽车行驶对道路的基本要求；2．了解汽车的牵引力及行驶阻力；3．掌握汽车的动力特性及动力性能4．了解汽车的燃油经济性5．掌握汽车的行驶稳定性及汽车的制动性；重点：1．汽车的牵引力及行驶阻力；2．汽车的动力特性及动力性能3．汽车的行驶稳定性；4．汽车的制动性。

难点：1．汽车的动力特性及动力性能；2．汽车的加减速行程3．汽车的行驶稳定性参考文献：1．《公路勘测设计》何景华主编2．《汽车应用工程》3．《汽车理论》1．学习目的：道路设计是以满足汽车行驶的要求为前提的。

汽车运动基本规律及对公路的要求，指导公路设计；保证公路的使用品质、服务等级。

汽车行驶理论是公路线形设计的理论基础。

2．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。

3．汽车行驶对道路的基本要求：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。

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道路设计的具体要求，这是道路线形设计的理论基础。

安全：保证汽车的行驶稳定性，避免发生翻车、倒溜、侧滑等；迅速：行驶速度——平均技术速度。

评价汽车运输工作效率的指标有：汽车运输生产率——周转率运输成本——油料及轮胎消耗，保养周期经济：运输成本：低运输生产率：高舒适：视觉上：线形美观，赏心悦目，自然环境与景观设计生理上：平稳、不颠簸，离心力下心理上：轻松，有安全感，心情愉快。

第1节概述一、汽车行驶性能的主要内容1. 动力性能——汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向力决定、所能达到的平均行驶速度，即指决定汽车加速、爬坡和获得最大速度的性能。

线形设计:最大纵坡，坡长限制，长陡坡上陡坡与缓坡的组合。

2. 制动性——汽车行驶中能在短距离内停车且维持行驶方向稳定性和在下长坡时能维持一定车速的能力。

直接关系到行车安全。

线形设计：行车视距3. 行驶稳定性——汽车在行驶过程中，受外部因素作用，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。

线形设计：道路圆曲线极限最小半径，纵、横向组合最大坡度，纵坡度。

4. 操纵稳定性——汽车是否按照驾驶员的意图控制汽车的性能。

它包括汽车的转向特性、高速稳定性和操纵轻便性。

影响汽车在弯道上的行驶轨迹。

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，是汽车的主要使用性能之一。

性能越好，单位行程的燃油消耗量越小。

6. 行驶平顺性——汽车在不平道路上行驶时，汽车免受冲击和震动的能力。

汽车行驶平顺性，对汽车车速、舒适性、运货的完整性等有很大影响。

7. 通过性——汽车在各种道路和无路地带行驶的能力。

汽车通过性能越好，汽车使用的范围就越广。

改善和提高汽车的上述性能，通常有改进汽车设计和提高道路设计两个根本途径。

本章主要就与道路线形设计关系较密切的性能加以论述。

主要内容有：汽车的动力性、行驶稳定性、制动性以及燃料经济性等。

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：保证汽车不发生翻车、倒溜或侧滑。

要求：合理地选用圆曲线的半径，设置纵、横坡度，并提高车轮与路面间的附着力。

2. 尽可能地提高车速：平均行驶速度是影响运输生产率和运输成本的主要因素之一。

为提高平均行驶速度，就需要充分发挥汽车行驶的动力性能。

要求：严格控制曲线半径、最大纵坡及其坡长，合理地设置缓和坡段，采取大半径曲线及平缓的纵坡。

3. 保证道路上的行车连续要求：足够的视距和安全净空，合理地平、竖曲线，减少平面交叉等。

4. 尽量满足行车舒适要求：正确地组合平面线形和纵面线形，注意线形与景观的协调；对平、竖曲线的最小半径要加以限制，以免车辆离心力过大而引起驾驶员和乘客不舒适。

第2节汽车的驱动力及行驶阻力为研究汽车在道路上的运动状况，需要掌握沿汽车行驶方向作用于汽车的各种外力，即驱动力与行驶阻力。

一、汽车的驱动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。

汽车行驶的驱动力来自它的内燃发动机。

在发动机里热能转化成机械能，产生有效功率 N，驱使曲轴以每分钟 n 的转速旋转，发生 M 的扭矩，再经过传动系统（离合器、变速器、传动轴、主传动器、差速器和半轴等一系列的变速和传动），将曲轴的扭矩传给驱动轮，产生Mk的扭矩驱动汽车行驶，轮胎对路面产生向后的水平推力，则路面对车辆产生向前的推力，驱使汽车行驶。

1、发动机曲轴扭矩发动机转速特性曲线-----也称发动机特性曲线。

是发动机的功率P 、扭矩 M 以及燃油消耗率 ge 与发动机曲轴的转速 n 之间的函数关系以的曲线表示。

如果发动机节流阀全开（或高压油泵在最大供油量位置 ），则此特性曲线称为发动机外特性曲线；如果节流阀部分开启 ( 或部分供油 )，则称为发动机部分负荷特性曲线。

进行汽车驱动性能分析时，需要研究发动机外特性曲线图 2-1 为某汽油发动机外特性曲线。

m in n 为发动机的最小稳定工作转速。

随着曲轴转速的增加, 发动机发出的功率和扭矩都在增加。

最大扭矩 Mmax 时的曲轴转速为 M n 。

若转速再增加时，扭矩 M 有所下降，但功率 P 继续增加，一直到最大功率 max P , 此时曲轴转速为N n 。

当转速继续增大时，功率 P 下降。

允许的发动机最高转速为 max n 。

图 2 - 1 某汽油发动机外特性曲线对于不同类型的发动机，其输出的功率不同，故产生的扭矩也不同。

它们之间的关系如下:9549Mnp = （kW ） n NM 9549= （N.m ） （2-1） 式中 : M --发动机曲轴的扭矩 (N.m);P --发动机的有效功率 (KW);n --发动机曲轴的转速 (r/min)o把扭矩M 与转速n 之间的函数关系M=M(n)称为扭矩曲线，而把功率P 和转速n 之间的函数关系P=P(n) 称作功率曲线,通过式(2-1),可以使它们之间相互转换。

其中功率曲线P=P(n)是发动机制造厂通过台架试验获得的。

通常P=P(n)曲线以及由式(2-l)转绘出的扭矩曲线M=M(n)一起绘制在发动机的技术说明书中,同时记载有发动机的最大功率P max 和对应的曲轴转速N n , 以及最大扭矩Mmax 和相应的曲轴转速M n 。

图 2 -2 为东风 EQ-140 型汽车说明书中给出的发动机外特性曲线原始资料,使用时应注意单位的换算。

有时未给定发动机特性曲线 ,只给出 Pmax 和N n ，可通过式 (2-2) 经验公式近似地计算汽油发动机的外特性 P=P(n) 曲线，并由式。

（2-1) 换算成扭矩曲线 M=M(n) 。

])()([33221max N N N n n n n n n p p ααα-+= （KW ） 式中 :Pmax-- 发动机的最大功率 (KW);N n --发动机的最大功率所对应的转速 (r/min);α1 、α2 、α1--与发动机类型有关的系数，对汽油发动机可近似地采用α1=α2 = α3=1.0 。

如果既给定max P 和N n ，也给出 Mmax 和 M n ，则可用式 (2-3) 直接计算扭矩曲线 M=M(n) 。

2max max )()(n n n n M M M M M M N N ----= （N.M ） （2-3）式中：max M --最大扭矩 (N • m); N M --最大功率所对应的扭矩，即N N n p M max9549= （N.m ） N n --最大功率所对应的转速 (r/min):M n --最大扭矩所对应的转速 (r/min);n --转速 (r/min) 。

2. 驱动轮扭矩 k M发动机曲轴上的扭矩 M 经过变速箱 ( 速比 k i ) 和主传动器 ( 速比 0i ) 两次变速，设这两次变速的总变速比为 r=i k •0i , 传动系统的机械效率为 T η，则传到驱动轮上的扭矩k M 为 : k M =T M γη式中：k M --汽车驱动轮扭矩 (N • m);M--发动机 H|| 轴扭矩 (N • m); γ--总变速比，r=ik •0i ，io 和 ik 详见表 2-1;T η--传动系统的机械效率，发动机所发出的功率 P 在传到驱动轮的过程中，为了克 服传动系统各部件中的摩擦，有一部分功率 PT 消耗了，则加 =1-PT/P, 传动 效率因受多种因素影响而变化，但对汽车进行动力性分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。

此时，驱动轮上的转速 k n 为：γn i i n n k k ==0 相应的车速V 为 γγπγnr n V 377.01000602== （kM/h ）式中 :V--汽车行驶速度 (kM/h)n --发动机曲轴转速 (r/min);r --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，一般为未变形半径 0r 的 0.93~0.96 倍。

常见车型未变形直径见表 2-2。

可以看出，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。

3. 汽车的驱动力图 2-3 汽车驱动轮受力分析如图 2 • 3, 把驱动轮上的扭矩 MK 用一对力偶 Ta 和 T 代替 ,Ta 作用在轮缘上与路面水平反力 F 抗衡 ,T 作用在轮轴上推动汽车前进，称为驱动力 ( 或称牵引力 ), 与汽车行驶阻力 R 抗 衡。

T T k M V n r M r M T ηγη377.0=== （N ） （2-6）由式 (2 -6) 可知，如要获得较大的驱动力 T,必须要有较大的总变速比γ。

但γ增大，则车速 ν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。

为此，对汽车设置了几个排档，每一排档都具有固定的总变速比γ以及该挡的最大车速和最小车速。

当使用低排档时，用较大的γ值以获得较大的驱动力 T, 但车速 U 较小；而使用高排档时，用较小的γ值，获得较小的驱动力和较高的车速。

式 (2-6) 为驱动力 T 与扭矩 M 之间的函数关系式。

同样，通过式 (2 -1) 也可推导出驱动力 T 与功率 P 之间的关系式，即T T Vp M V n T ηη3600377.0== （N ） 式中：P --发动机功率 (KW);V --汽车行驶速度 (Km/h)。

二、汽车的行使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，分别称之为空气阻力、道路阻力和惯性阻力。