道路勘测设计课程
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现代道路主要服务对象 －－ 汽车 道路设计前提 －－ 满足汽车行驶的要求 汽车行驶总的要求 －－ 安全、迅速、经济、 舒适 一 要保证汽车行驶稳定性，不倒溜、不滑移、不倾覆 二 尽可能提高车速，降低运输成本，以提高运输效率 三 尽量使乘客和驾驶员感到舒适 掌握 汽车的动力特性及其与道路线形设计的基本关 系，了解有关道路勘测设计的基础知识
汽车的总行驶阻力：
R=RW+RR+RI
5.1.3 汽车的运动方程式和行驶条件 5.1.3.1汽车的运动方程式 汽车有足够的牵引力来克服各种行驶阻力
T = R = RW+RR+RI
牵引力 T
MT T U r
将有关公式代入牵引平衡方程式，则汽车的运动方程式
MT KAV 2 G U G( f i) a r 21.15 g
T为牵引力，汽车行驶阻力R抗衡
5.1.1.3 汽车的牵引力
M k MT n N T 0.377 MT 3600 T r r V V
车速V的计算公式 可看出牵引力T与功率N之间的 关系,发动机的有效功率越大，汽车的牵引力越大
n 60 nr V 2r 0.377 1000
此时，驱动轮上的转速nk、相应的车速V为：
n n nk i0 ik
V 2r n 60 nr 0.377 1000
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），一般为 未变形半径r0的0.93~0.96倍。
5.1.1.3 汽车的牵引力
5.1.2 汽车的行驶阻力
汽车行驶时需要不断克服运动中所遇的各种阻力
这些阻力主要包括： 空气阻力 道路阻力 惯性阻力
5.1.2.1 空气阻力 汽车在行驶中，由于迎面空气的压力、车后的真空吸 力及空气与车身表面的摩擦力阻碍汽车前进，总称为空气阻 力。当行驶速度在100 km /h以上，有时一半的功率用来克服 空气阻力。 汽车在运动时所产生的空气阻力Rw可以用下式计算 ：
汽车的动力性能系指汽车所具有的加速、上坡、最大速度等 的性能。研究汽车的动力性能的目的：为道路纵断面设计提供 理论依据 5.2.1 汽车的动力因数
T = R = RW+RR+RI
T - RW = RR + RI
T RW D ( f i) a G g
D 称为动力因数，即为单位车重具备的牵引潜力。它表征 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
汽车的各种外力——牵引力与行驶阻力
牵引力
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。
内燃发动机N
产生曲轴扭矩M
驱动轮扭矩Mk
M k MT n N T 0.377 MT 3600 T r r V V
5.1.1.1 发动机曲轴扭矩M 对汽车驱动性能进行分析时，只需研究功率 N 和扭矩 M 与转数 n 之间的关系曲线
Rf =Gf (N)
式中：Rf——滚动阻力 (N) G ——汽车的总重力 (N) f——滚动阻力系数，见下表
表5－1 各类路面滚动阻力系数 f 值
路面 类型 f值 水泥及沥青 混凝土路面 0.01～0.02 表面平整的 黑色碎石路 面 0.02～0.025 碎石路面 0.03～0.05 干燥平整 的土路 0.04～0.05 潮湿不平 整的土路 0.07～0.15
（2）坡度阻力 汽车在坡道上行驶时，汽车重量在平行于路面方向有分力 ，上坡时分力与汽车前进方向相反，阻碍汽车行驶，而下坡时分 力与前进方向相同，推动汽车行驶。 坡度阻力可用下式计算 RI=Gsinα 当sinα≈tgα=i 时 RI=Gi
式中：RI——坡度阻力 （N） G——车辆总重力 （N） α——道路纵坡倾角 i——道路纵坡度，上坡为正；下坡为负
滚动阻力和坡度阻力均与道路状况有关，且都与汽Biblioteka Baidu的总 重力成正比，将它们统称为道路阻力，以RR表示
RR=G ( f + i ) （N ）
（3）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 性和惯性力矩称为惯性阻力，用RI表示
G RI a g
式中：RI——惯性阻力 （N） G ——车辆总重力 （N） g ——重力加速度 （m/s2） δ ——惯性力系数（或旋转质量换算系数 ）
5.1.3.1汽车的行驶条件
（行使必要条件）
T≥R
(行使充分条件） T≤φGk
式中： φ——附着系数（可理解为滑动摩擦系数），主要取决于路面的粗糙程度和 潮湿泥泞程度，轮胎的花纹和气压，以及车速和荷载等，见表5-2（下页） Gk——作用在驱动轮的荷载。一般情况下，小汽车为总重的0.5~0.65倍， 载重车为总重的0.65~0.80倍
N M 9549 ( N m) n
式中： M——发动机曲轴的扭矩(N· m) N——发动机的有效功率（kW） n——发动机曲轴的转速 (r/min)
5.1.1.2 驱动轮扭矩 M k 发动机曲轴上的扭矩M，经过一系列的变速、传动后传递 给驱动轮，使驱动轮产生扭矩Mk Mk=MγηT
Mk－汽车驱动轮扭矩（N· m） M －发动机曲轴扭矩（N· m） γ－总变速比，γ= i0· ik ηT－传动系统的机械效率
K A V 2 Rw 21.15
式中： K——空气阻力系数 A——汽车迎风面积（m2），KA也称为汽车流线型因数 V——汽车与空气的相对速度（km/s），可近似地取汽车 的行驶速度
5.1.2.2 道路阻力 （1）滚动阻力 路面类型、轮胎结构及行驶速度等有关。 滚动阻力与轮胎承受的力成正比，即
表5－2 各类路面上附着系数φ的平均值 路 面 潮湿 0.5 0.4 0.3 状 况 泥泞 / / 0.2
路面类型 水泥混凝土路面 沥青混凝土路面 过渡式及低级路面
干燥 0.7 0.6 0.5
冰滑 / / 0.1
汽车行驶条件对路面提出了一定要求： 宏观上：要求路面平整而坚实，尽量减小滚动阻力（满足规范平整 度要求） 微观上：要求路面粗糙而不滑，以增大附着力（混凝土路面压纹）
汽车的总行驶阻力：
R=RW+RR+RI
5.1.3 汽车的运动方程式和行驶条件 5.1.3.1汽车的运动方程式 汽车有足够的牵引力来克服各种行驶阻力
T = R = RW+RR+RI
牵引力 T
MT T U r
将有关公式代入牵引平衡方程式，则汽车的运动方程式
MT KAV 2 G U G( f i) a r 21.15 g
T为牵引力，汽车行驶阻力R抗衡
5.1.1.3 汽车的牵引力
M k MT n N T 0.377 MT 3600 T r r V V
车速V的计算公式 可看出牵引力T与功率N之间的 关系,发动机的有效功率越大，汽车的牵引力越大
n 60 nr V 2r 0.377 1000
此时，驱动轮上的转速nk、相应的车速V为：
n n nk i0 ik
V 2r n 60 nr 0.377 1000
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），一般为 未变形半径r0的0.93~0.96倍。
5.1.1.3 汽车的牵引力
5.1.2 汽车的行驶阻力
汽车行驶时需要不断克服运动中所遇的各种阻力
这些阻力主要包括： 空气阻力 道路阻力 惯性阻力
5.1.2.1 空气阻力 汽车在行驶中，由于迎面空气的压力、车后的真空吸 力及空气与车身表面的摩擦力阻碍汽车前进，总称为空气阻 力。当行驶速度在100 km /h以上，有时一半的功率用来克服 空气阻力。 汽车在运动时所产生的空气阻力Rw可以用下式计算 ：
汽车的动力性能系指汽车所具有的加速、上坡、最大速度等 的性能。研究汽车的动力性能的目的：为道路纵断面设计提供 理论依据 5.2.1 汽车的动力因数
T = R = RW+RR+RI
T - RW = RR + RI
T RW D ( f i) a G g
D 称为动力因数，即为单位车重具备的牵引潜力。它表征 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
汽车的各种外力——牵引力与行驶阻力
牵引力
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。
内燃发动机N
产生曲轴扭矩M
驱动轮扭矩Mk
M k MT n N T 0.377 MT 3600 T r r V V
5.1.1.1 发动机曲轴扭矩M 对汽车驱动性能进行分析时，只需研究功率 N 和扭矩 M 与转数 n 之间的关系曲线
Rf =Gf (N)
式中：Rf——滚动阻力 (N) G ——汽车的总重力 (N) f——滚动阻力系数，见下表
表5－1 各类路面滚动阻力系数 f 值
路面 类型 f值 水泥及沥青 混凝土路面 0.01～0.02 表面平整的 黑色碎石路 面 0.02～0.025 碎石路面 0.03～0.05 干燥平整 的土路 0.04～0.05 潮湿不平 整的土路 0.07～0.15
（2）坡度阻力 汽车在坡道上行驶时，汽车重量在平行于路面方向有分力 ，上坡时分力与汽车前进方向相反，阻碍汽车行驶，而下坡时分 力与前进方向相同，推动汽车行驶。 坡度阻力可用下式计算 RI=Gsinα 当sinα≈tgα=i 时 RI=Gi
式中：RI——坡度阻力 （N） G——车辆总重力 （N） α——道路纵坡倾角 i——道路纵坡度，上坡为正；下坡为负
滚动阻力和坡度阻力均与道路状况有关，且都与汽Biblioteka Baidu的总 重力成正比，将它们统称为道路阻力，以RR表示
RR=G ( f + i ) （N ）
（3）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 性和惯性力矩称为惯性阻力，用RI表示
G RI a g
式中：RI——惯性阻力 （N） G ——车辆总重力 （N） g ——重力加速度 （m/s2） δ ——惯性力系数（或旋转质量换算系数 ）
5.1.3.1汽车的行驶条件
（行使必要条件）
T≥R
(行使充分条件） T≤φGk
式中： φ——附着系数（可理解为滑动摩擦系数），主要取决于路面的粗糙程度和 潮湿泥泞程度，轮胎的花纹和气压，以及车速和荷载等，见表5-2（下页） Gk——作用在驱动轮的荷载。一般情况下，小汽车为总重的0.5~0.65倍， 载重车为总重的0.65~0.80倍
N M 9549 ( N m) n
式中： M——发动机曲轴的扭矩(N· m) N——发动机的有效功率（kW） n——发动机曲轴的转速 (r/min)
5.1.1.2 驱动轮扭矩 M k 发动机曲轴上的扭矩M，经过一系列的变速、传动后传递 给驱动轮，使驱动轮产生扭矩Mk Mk=MγηT
Mk－汽车驱动轮扭矩（N· m） M －发动机曲轴扭矩（N· m） γ－总变速比，γ= i0· ik ηT－传动系统的机械效率
K A V 2 Rw 21.15
式中： K——空气阻力系数 A——汽车迎风面积（m2），KA也称为汽车流线型因数 V——汽车与空气的相对速度（km/s），可近似地取汽车 的行驶速度
5.1.2.2 道路阻力 （1）滚动阻力 路面类型、轮胎结构及行驶速度等有关。 滚动阻力与轮胎承受的力成正比，即
表5－2 各类路面上附着系数φ的平均值 路 面 潮湿 0.5 0.4 0.3 状 况 泥泞 / / 0.2
路面类型 水泥混凝土路面 沥青混凝土路面 过渡式及低级路面
干燥 0.7 0.6 0.5
冰滑 / / 0.1
汽车行驶条件对路面提出了一定要求： 宏观上：要求路面平整而坚实，尽量减小滚动阻力（满足规范平整 度要求） 微观上：要求路面粗糙而不滑，以增大附着力（混凝土路面压纹）