2汽车行驶特性

横向力X是汽车行驶的不稳定因素，竖向力是 稳定因素。就横向力而言，只从其值的大小是无法 反映不同重量汽车的稳定程度。例如，5KN的横向 力若作用在小汽车上，可能使其横向倾覆或滑移， 而作用在重型载重汽车上可能是安全的。于是采用 横向力系数来衡量稳定性程度，其定义为单位车重 的横向力，即
X v2 －ih G gR
r0 ―――未变形半径。
3 汽车的驱动力
Mk
汽车驱动轮受力分析
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相抗衡，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相抗衡。驱动力可按下式计算:
Mk Mkn T 0.377 rk V
上式为驱动力T与扭矩M之间的函数关 系式。同样可推导出驱动力T与功率N之间 的关系式为：
第2章
汽车行驶理论
掌握:汽车的动力性和汽车行驶的稳定性
第一节
概述
道路是为汽车行驶服务的，要满足汽车在道 路上行驶安全、迅速、经济、舒适、低公害的要 求，就必须从驾驶者、汽车、道路、交通管理等 方面来保证。在上述因素中，道路的线形设计 与汽车行驶特性最为密切。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 其对道路设计的具体要求。
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：
M Mn N (KW ) 1000 9549 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)。
第一节
wenku.baidu.com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。
道路阻力为滚动阻力与坡度阻力之和， 可按下式计算
RR G f i
式中：RR―――道路阻力 (N) ； f+i―――统称道路阻力系数。
3、惯性阻力 Inertia Resistance
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，统称为惯性阻力。 汽车的质量分为平移质量和旋转质量（如飞 轮、齿轮、传动轴和车轮等）两部分。在汽车变 速运动时，平移质量产生惯性力，旋转质量产生 惯性力矩。
汽车在坡道倾角为α的道路上行驶时，车重 G在平行路面方向的分力为 G sin ，上坡时它与 汽车前进方向相反，阻碍汽车的行驶；而下坡时 与前进方向相同，助推汽车行驶。坡度阻力可用 下式计算 ： Ri G sin
因坡道倾角一般较小，认为sin tg i ，则
Ri Gi
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。
各类路面滚动阻力系数f值
表2-3(P37)
路面类型 水泥及沥青 表面平整黑 混凝土路面 色碎石路面 f值 0.01~0.02 0.02~0.025
碎石路面 干燥平整 的土路 0.03~0.05 0.04~0.05
潮湿不平 整的土路 0.07~0.15
（2） 坡度阻力 Grade Resistance
汽车在行驶过程中所受的空气阻力主要包括： （1）迎面空气质点的压力； （2）车后真空吸力；
（3）空气质点与车身表面的摩擦力。
由空气动力学的研究与试验结果可知，空气阻 力RW可以用下式计算：
RW kAV / 21.15
2
（N）
式中：k―空气阻力系数， F―汽车迎风面积，即正投影面积（m2）； V―汽车与空气的相对速度 (m/s) ，可近似地
这样，汽车的总行驶阻力R为
R RW RR RI
在上述几种阻力中，空气阻力和滚动阻力永 为正值，亦即在汽车行驶的任何情况下都存在； 坡度阻力当上坡时为正值，平坡为零，下坡为负 值；而惯性阻力则是：加速为正值，等速为零， 减速为负值。
三、汽车的行驶条件 The Running Condition
取汽车行驶速度。
车型
迎风面积A
空气阻力系数K
小客车
载重汽车 大客车
1.4~1.9
3.0~7.0 4.0~7.0
0.32~0.50
0.60~1.00 0.50~0.80
•
2.道路阻力 Road Resistance
由道路给行驶的汽车产生的行驶阻力，
主要包括滚动阻力和坡度阻力。
•
（1） 滚动阻力 Rolling Resistance
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.
n 60 nrk V 2rk 0.377 1000
式中：V―――汽车行驶速度 (km/h) ; n―――发动机曲轴转速 (r/min) ; rk―――车轮工作半径 (m) ，即变形半径， 它与内胎气压、外胎构造、 路面刚性与平整性、以 及荷载有关，一般取rk=(0.93~0.96)r0；
l2 i0 hg
2.纵 向 滑 移
对于后轮驱动的汽车，根据附着条件，驱 动力不产生滑移的临界状态是:
G sin Z 2 Gd
因为 所以
sin tg i
i tg Gd G
当坡道倾角α≥α或道路纵坡度i≥i时，汽车 可能产生纵向滑移。 i的大小主要取决于驱动轮
Gd l 2 G hg
所以，汽车行驶的纵向稳定条件为
Gd i i G
只要设计的道路纵坡度满足上式条件，当汽
车满载时, 一般都能保证纵向行驶的稳定性。但
在运输中装载过高时，由于重心高度hg的增大， 有可能破坏纵向稳定性条件，所以，应对汽车装 载高度有所限制。 这就是《标准》中规定的imax=9%，及规定
T GK
式中：GK―――驱动轮荷载，一般情况下，小 汽车为总重的50~65%; 载重汽车为总重的 65~80%； φ―――附着系数，查表2－4(P39)。
第三节
汽车的行驶稳定性 （P44~47）
汽车的行驶稳定性是指汽车在行驶过程中，
在外界不利因素的影响下，尚能保持正常行驶 状态和方向，不致失去控制而产生滑移或倾覆 等的能力。包括横向稳定性和纵向稳定性。 影响汽车行驶稳定性的主要因素有：汽车
（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。
h
gR
h
gR
h

v2 Gv 2 Y Fi h G ih G G gR ih 1 gR
Csin Gasin Csin hg Ga Gacos Ccos C C
i0
i0
Gacos
Gasin Ga
Ccos

曲线内侧 曲线外侧 图2-9 汽车在曲线上行驶的横向力
本身结构、驾驶员、外部因素。
纵向稳定性：
表现：倾覆 滑移（倒溜）
横向稳定性：
表现：倾覆 滑移（侧滑）
一、汽车行驶的纵向稳定性
1.纵 向 倾 覆
当纵坡度i≥i0时，汽 车可能产生纵向倾覆
临界状态：汽车前轮法向反作用力Z1为零 。 Gl2cosα0 - Ghgsinα0=0
l2 tgα 0 hg
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
2. 驱动轮扭矩MK 发动机曲轴上的扭矩M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 动系统的机械效率为η m(η m=η k.η 0)，则 传到驱动轮上的扭矩Mk为
M K 9549Nknk Mm
此时，驱动轮上的转速nK =n/γ , 相应的车速V为:
车轮在路面上滚动所产生的阻力，称为 滚动阻力。一般情况下，滚动阻力与汽车的 总重力成正比，若坡道倾角为α时，其值可按 下式计算：
R f Gf cos
由于坡道倾角一般较小，认为 cos 1.0 , 则
R f Gf
(N)
式中：Rf ―――滚动阻力 (N) ； G―――车辆总重力 (N) ； f―――滚动阻力系数，见表2－3。
超高横坡度ih，合成纵坡IH等指标的理论依据。
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，其作用点在汽 车的重心，方向水平背离圆心。 离心力
Gv 2 F gR
受力分析：
横向力X——失稳 竖向力Y——稳定
在平曲线上行驶的汽车，离心力对其稳定 性的影响很大，它可使汽车向外侧滑移或倾覆。 为了减少离心力的作用，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，呈单向横坡形式，称为横向超高。
荷载Gd与汽车总重力G的比值，以及附着系数
值，因此，要防止汽车滑移一方面要增加汽车重 量，另一方面要增加车轮与路面的附着力。
3. 纵向 稳 定 性 保 证
一般 所以
l 2 / hg
接近于1,而 Gd / G 远远小于1，
i i0

也就是说，汽车在坡道上行驶时，在发生纵向倾覆 前，先发生纵向滑移现象。为保证汽车行驶的纵向 稳定性，道路设计应满足不产生纵向滑移为条件， 这样，也就避免了汽车的纵向倾覆现象。
N T 3600 m V
二、汽车的行驶阻力
汽车在行驶过程中需要不断克服各种阻力， 这些阻力有的来自空气的阻力，有的来自道路摩
擦力，有的来自汽车上坡行驶时产生的阻力，有
的来自汽车变速行驶时克服惯性的阻力，这些阻
力可以分为空气阻力、道路阻力（坡度阻力和滚
动阻力）和惯性阻力，下面分述之。
1.空气阻力 Air Resistance
将离心力F与汽车重力G分解为平行于路面的横向 力X和垂直于路面的竖向力Y，即
X＝F cos －G sin Y F sin ＋G cos
由于路面横向倾角α一般较小，则 sin tg ih , cos 1 其中 ih 称为横向超高坡度（简称超高率）， v2 Gv 2 所以 X F－Gi －Gi G －i
1.必要条件 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。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 RW RR RI
上式是汽车行驶的必要条件，即驱动条件。
2.充分条件
汽车能否正常行驶，还要受轮胎与路面之 间附着条件的制约。即汽车正常行驶的充分条 件是驱动力小于或等于轮胎与路面之间的附着 力(P33)，即：
3
保证道路行车畅通，即保证汽车不受阻
或少受阻。这就需要有足够的视距和路面宽度、
合理地设置平竖曲线，以及减少道路交叉等。
4 尽量满足行车舒适，即采用符合视觉舒 适要求的曲线半径，注意线形与景观的协调、沿 线的植树绿化等。
上述问题将涉及汽车行驶理论的内容。汽车 行驶理论是研究汽车行驶原理、行驶性能（动力