道路勘测设计纵断面设计

设计
速度 (km/
120
100
80
60
40
30
20
h)
3 900 1000 1100 1200
纵 4 700 800 900 1000 1100 1100 1200
坡5
600 700 800 900 900 1000
坡6
500 600 700 700 800
度7 (%) 8
500 500 600 300 400
汽车的驱动力来自其内燃发动机。在发动机里 热能转化为机械能，产生有效功率P，驱使曲轴以每
分钟n的转速旋转，发生M的扭矩，再经过离合器、
变速器、传动轴等变速和传动，将曲轴的扭矩传给 驱动轮，产生Mk的扭矩驱动汽车行驶。
1、发动机曲轴扭矩
发动机特性曲线：表示发动机的功率P、 扭矩M以及燃油消耗率ge与发动机曲轴转速n 之间函数关系的曲线。
（3）最大纵坡的确定
《标准》采用的代表车型是载重8t的东风重型货车（功率/重
量比为9.3W/kg）。
根据D－V曲线和公式
，就可以确定最大纵坡。
各级公路最大纵坡
（4）高原纵坡折减
1）在高海拔地区，因空气密度下降而使汽车发动机功率、 汽车的驱动力以及空气阻力降低，导致汽车的爬坡能力下降。
2）汽车水箱中的水易于沸腾而破坏冷却系统。
②相邻变坡点之间的距离不宜过短，便插入
适当的竖曲线来缓和纵坡的要求，同时也便于平 纵面线形的合理组合与布置。
②下坡时，则因坡度过陡，坡段过长频繁刹 车，导致制动器发热失效，影响行车安全。
2）最大坡长限制计算与规定
纵坡长度限制主要是依据8t 载重车（功率/ 重量比是9.3W/kg） 的爬坡性能曲线，同时考虑 坡底的入口速度与允许速度差确定的。
标准采用入口的运行速度是通过调查得到的， 允许速度差为20km/h。标准中所规定的坡长限制 是变坡点间的直线距离。
根据发动机节流阀开启程度（油门大 小），该曲线称为发动机外特性曲线或部分 负荷特性曲线。
在汽车驱动性能分析时，只需研究外特 性中功率P、扭矩M与转速n之间的关系曲线。
M=9549 P／ n （N．m） MN=9549 Pmax／ nN （N．m）
2、驱动轮扭矩Mk
发动机曲轴上的扭矩经过变速箱（速比ik） 和主传动器（速比i0）两次变速，设这两次变速的 总变速比为γ= i0 × ik ，传动系统的机械功率为ηT， 则传到驱动轮上的扭矩Mk为：
驱动力T为节流阀全开的情况。如果节流阀部 分开启时，要对驱动力T进行修正。修正系数用U表 示，称之为负荷率，一般负荷率U=80~90%。
2、汽车行驶条件 （1）必要条件（驱动条件）：要使汽车 行驶，必须具有足够的驱动力来克服各种 行驶阻力。即：
T≥R
（2）充分条件（附着条件）：是驱动力小于 或等于轮胎于路面之间的附着力，即：
由式（3-18）可得：
α=λg(D－ψ)／δ
ψ——道路阻力系数，ψ=（f+i）／λ
对不同排档的D—v 曲线，D有一定的使用范围。 排档俞低，D值愈大，车速俞低。
在某瞬时，当汽车的动力因数为D，道路阻力
为ψ，汽车的行驶状态有以下三种： 当ψ＜ D 时， α ＞ 0 加速行驶 ； 当ψ= D 时， α = 0 等速行驶 ； 当ψ ＞ D 时，α ＜ 0 减速行驶 ；
2.改建公路的路基设计标高：
一般按新建公路的规定办理，也可视具体情 况而采用行车道中线处的标高。
第二节 汽车的动力特征Байду номын сангаас纵坡
一、汽车的动力因数与最大纵坡
在进行道路纵断面设计时，应研究汽车在道路 上的行驶特性及其对道路纵坡设计的具体要求，为 道路纵断面设计提供理论依据。 （一）汽车驱动力
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。
高原纵坡折减的规定：
二、汽车的加、减速行程和坡长限制
（一）汽车的加、减速行程 1．加、减速行程计算公式
由
得 令
S
12.96 g
V2
VdV
V1 PV 2 QV (W )
2、加、减速行程图
为加速行程 为减速行程
（二）坡长限制
坡长是纵断面上相邻两变坡点间的水平距离。 坡长限制，主要是对较陡纵坡的最大长度和
3、惯性阻力
汽车变速行驶时，需克服其质量变速运动所产生的惯性
力和惯性力矩称为惯性阻力，用RI表示。汽车的质量分为平 移质量和旋转质量（如飞轮、齿轮、传动轴和车轮等）。变
速时平移质量产生惯性力，旋转质量产生惯性力矩。
平移质量的惯性力：
RI1
ma
G g
a
旋转质量的惯性力矩：
d
RI 2
I dt
设计线：是设计者经过技术上、经济上以及美学上 等多方面比较后定出的一条具有规则形状的几何线， 反映了道路路线的起伏变化情况。
直坡段
坡度＝两变坡高差/平距 坡长：水平距离
上坡为正 下坡为负 平坡为0
纵断面设计线
竖曲线段
凸型竖曲线 凹型竖曲线
半径R 长度L（水平距离） 竖距h
为了设计方便，明显地表示地形起伏情况，纵断
在具有不大于理想的最大纵坡的坡道上，载 重汽车能以最高速度行驶，这样，可以指望载重 汽车与小客车、重车与轻车之间的速差最小，因 而相互干扰也将最小，道路通行能力将最大。
2、不限长度的最大纵坡
（1）定义
允许车速由V1降到V2，以获得更多的动力因 数D 克服较大坡度，在i2的坡道上，汽车将以V2 的速度等速行驶。与容许速度V2相对应的纵坡i2 称为不限长度的最大纵坡。
惯性阻力：
RI
Ga g
1 1 2ik2
汽车的总行驶阻力：R=RW+RR+RI
（三）汽车行使条件
1、汽车的运动方程式
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。当驱动力与各种行驶阻力之代 数和相等的时侯，称为驱动平衡。驱动平衡方程式 （也称汽车的运动方程式）为：
T=R= Rw + RR + RI
1、理想的最大纵坡
（1）定义 指设计车型即载重汽车在油门全开的情况下，
持续以理想速度V1等速行驶所能克服的坡度。 （2）理想速度V1取值
低速路为设计速度 高速路为载重汽车的最高速度 （3）理想的最大纵坡确定 根据V1和动力特性图查出D1，则称i1为理想的最 大纵坡：
i1 D1 f
（4）理想的最大纵坡的意义
T≤φ·Gk 根据汽车行驶条件，对路面提出了一定 的要求：宏观要求路面平整而坚实，尽量 减小滚动阻力；微观上要求路面粗糙而不 滑，以增大附着力。
（四）汽车的动力因数
动力因数D ：表征某型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。
D可表示为V 的二次函数，即： D=PV 2+QV+W
第三章 纵断面设计
第一节 概 述
一、一般概况
1、路线纵断面定义：沿中线竖直剖切再行 展开的断面。 受自然因素的影响及经济性要求，路线 纵断面图是一条有起伏的空间线。 纵断面图上有两条线:地面线和设计线。 地面线是根据中线上各桩点的高程而点 绘的一条不规则的折线，反映了沿中线原地 面的起伏变化情况。
Mk=M. γ. ηT 驱动轮转速 nk=n／ γ 对应车速 v=0.377nr／ γ
经过变速箱和主传动器两次减速，主要目的 是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 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（或牵引力）， 与汽车行驶阻力R抗衡。
由上式可知：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，车速v就降低， 对同一发动机要得到大的驱动力和高的车速，二 者不可兼得。 使用低排档： γ值大，T值大，但v低； 使用高排档： γ值小，T值小，但v高；
（二） 汽车行驶阻力
汽车行驶阻力：空气阻力、道路阻力 （滚动阻力、坡度阻力）、惯性阻力。
大小规定：
《标准》规定，缓和坡段的纵坡应小于3％，长度应满足最 短坡长规定。
设置要求：
①宜设置在直线或较大半径平曲线上。 ②地形困难时，可设在较小半径平曲线上，但缓坡长度应 适当增加，以使缓和坡段端部的竖曲线位于小半径平曲线之外。
3、最小坡长
1）规定最小坡长的原因
①纵断面上若变坡点过多，纵向起伏变化频 繁影响了行车的舒适和安全；
与排之 档对 上应 ，的当速v 度＞称vk为时临，界稳速定度行，驶用；v当k表v示＜。v在k 时该，
不稳定行驶。
克服当阻道力路时阻，力需系换数抵ψ挡更位大行，驶对；应当的道D路max阻仍力不系足数以ψ 更小，本当最高速度vmax对应的Dmin ＞ ψ时，需
换高挡位行驶。
（六）理想最大纵坡和不限长度最大纵坡
在动力特性图上，与任意的ψ= D 相应等速行
驶的速度称为平衡速度，用vp表示。
上车当v行 的＜如驶 行图时 驶v13， 速时-7与 度加所D速v示1＞行=，驶ψv若11，对汽时直应车减到的在速v平道行1 衡为路驶速止阻，度。力直为为到vψv111的。为坡当止道汽；
每一排档上都存在各自的最大动力因数Dmax ，
对不同类型汽车不考虑道路条件而事先通过计 算绘出其动力特性图，即D=f （V ）的关系图。图 3-5是东风EQ-140动力特性图。
动力因数和动力特性图是按海平面及汽车满载 情况下的标准值计算绘制的。实际使用时应对D予 以修正，方法是给D乘以一个修正系数λ。
动力因素修正公式：
（五）汽车的行驶状态
是由弹性轮胎变形和道路的不同路面类型及纵
坡度而产生的阻力，主要包括滚动阻力和坡度阻 力。
RR=G·（f + i） 滚动阻力系数f与路面类型、轮胎结构和行驶 速度有关，一般由试验确定。滚动阻力与汽车的 总重力成正比， Rf=G·f cos α=G·f 汽车在坡度i（倾角α）的道路上行驶时，车 重G在平行于路面方向的分力为G·sinα=G·i，上 坡时它与汽车前进方向相反，阻碍汽车行驶；而 下坡时与前进方向相同，助推汽车行驶。