汽车行驶理论
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汽车行驶理论
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2020/11/23
汽车行驶理论
§ 2.1 概 述 § 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡 § 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性 § 2.4 汽车的制动性能 § 2.5 汽车在道路上的行驶轨迹
§ 2.1 概 述
1.研究汽车行驶理论的意义
• 汽车行驶理论(theory of automobile running)是
（1） 直线上行驶
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汽车行驶理论
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
1.汽车行驶中的受力分析
（2）曲线上行驶
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汽车行驶理论
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
2.牵引力(tractive force)的产生及传递
（1）牵引力 1）汽车发动机的基本指标 ①有效功率N ：单位时间内具有的做功的能力。(KW) ②转速n ：发动机曲轴单位时间内的旋转次数(n/min) ③扭矩M ：发动机产生于曲轴上的转动力矩。(N·m) ④转动角速度ω：单位时间内曲轴转动的角度(rad/s)
汽车行驶理论
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
3.汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle)
（2）汽车的行驶阻力
4）惯性阻力
旋转质量组成部分较多，且各部分的转动惯量和角加 速度不同，计算比较复杂，为方便计算，一般给平质量惯 性力乘以大于1的系数，来代替旋转质量惯性力矩的影响 。
汽车行驶理论
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
3.汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle) （2）汽车的行驶阻力
1）滚动阻力
2）坡度阻力
3）空气阻力 4）惯性阻力
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§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
3.汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle) （2）汽车的行驶阻力
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汽车行驶理论
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
3.汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle)
（2）汽车的行驶阻力
3） 空气阻力
① 空气阻力的产生原因 A.汽车在行驶中，由于迎面空气质点的压力
。 B.车后的真空吸力 C.空气质点与车身表面的摩擦力。 当行驶速度在100KM/h,以上，有时一半的功
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§ 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性
2.汽车行驶的横向稳定(lateral stability)
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汽车行驶理论
§ 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性
2.汽车行驶的横向稳定(lateral stability)
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汽车行驶理论
§ 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性
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汽车行驶理论
§ 2.4 汽车的制动性能
1.汽车的制动过程分析
• 汽车的制动性 (braking power) -----指汽车在行
驶中强制降低车速以至停车，或在下坡时保持一 定速度行驶的能力。
• 汽车的制动过程车轮制动是利用制动器内的摩擦 阻力矩来形成与汽车运动方向相反的路面对车轮 的切向摩擦阻力，简称为车轮制动力。
影响因素： ①汽车本身的结构参数； ②驾驶员的因素； ③作用于汽车的外因。
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§ 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性
汽车的行驶稳定性
纵向滑移 纵向稳定性
纵向倾覆
横向稳定性
纵向滑移 纵向倾覆
纵坡、重心、 先后
横坡、速度、 弯道半径、先后
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§ 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性
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汽车行驶理论
§ 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性
1.汽车行驶的纵向稳定(longitudinal stability)
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汽车行驶理论
§ 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性
2.汽车行驶的横向稳定(lateral stability)
（1）汽车在曲线上行驶所产生的横向作用力
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汽车行驶理论
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
2.牵引力(tractive force)的产生及传递 2）发动机曲轴扭矩及外特性曲线
发动机有效功率与曲轴扭矩的关系
N=M·ω/1000 (KW)
ω=2πn/60(rad/s) N=2πM·n/1000×60=M·n/9549 则：M=9549×N/n (N·m) 该曲线称发动机的特性曲线 外特性曲线—节流阀全开，对应的 曲线称为发动机的外特性曲线。
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§ 2.4 汽车的制动性能
2.制动时汽车的运动方程
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汽车行驶理论
§ 2.4 汽车的制动性能
3.汽车制动性能(braking power)的评价指标
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汽车行驶理论
§ 2.5 汽车在道路上的行驶轨迹
行驶中的汽车重心的轨迹有以下几何特征：
• 1) 轨迹连续且圆滑； • 2) 曲率是连续的，即轨迹上任意一点不出现两个
率用来克服空气阻力。
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§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
3.汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle) （2）汽车的行驶阻力
② 空气阻力的计算
K——空气阻力系数，它与汽车的流线型有关，可参 考表2—3选用或查阅有关资料
将车速v（m/s）化为V（Km/h）并化简，得并化简，得
1）滚动阻力：车轮滚动时轮胎与路面之间的摩擦阻 力，是由于轮胎与路面变形引起的。
f 与路面的种类 、行驶车速、轮胎性质有关。 ①．路面种类：
路面类型 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 干燥平整的土路
0.03～0.05
0.04～0.05
潮湿不平 整的土路
1.汽车行驶的纵向稳定(longitudinal stability)
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汽车行驶理论
§ 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性
1.汽车行驶的纵向稳定(longitudinal stability)
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汽车行驶理论
§ 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性
1.汽车行驶的纵向稳定(longitudinal stability)
(N)
—惯性力系数(或旋转质量换算系数)。
惯性力系数主要与飞轮的转动惯量、车轮的转动惯量以 及传动系的传动比有关.
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汽车行驶理论
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
3.汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle) （2）汽车的行驶阻力
滚动阻力 坡度阻力 空气阻力 惯性阻力
曲率值； • 3) 曲率变化是连续的，即轨迹上任意一点不出
现两个曲率变化率值。
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汽车行驶理论
§ 2.5 汽车在道路上的行驶轨迹
1.汽车在弯道上行驶的力
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汽车行驶理论
§ 2.5 汽车在道路上的行驶轨迹
2.汽车在弯道上行驶的轨迹(running trace)
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1）汽车在平曲线上行驶时的横向稳定性主要取决于横向力系数值的大 小。 2）横向倾覆和滑移的条件分别是：
现代汽车在设计制造时重心较低，一般
而
所以
。
，即
，
可见，在发生横向倾覆之前先产生横向滑移现象，为此，在道路设计中 应保证汽车不产生横向滑移，同时也就保证了横向倾覆的稳定性。
3） 装载过高时可能发生倾覆现象。
D=f+i=ψ
ψ 称为道路阻力系数 （2）动力特性图 D-----V 关系图
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汽车行驶理论
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
5.动力性能(dynamic force)分析
（3）提高汽车的运行效率，从三方面入手： 1）提高汽车牵引力； 2）提高路面与轮胎间的附着力； 3）减小行驶阻力。
汽车的总行驶阻力为
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汽车行驶理论
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
4.牵引平衡和汽车行驶的必要条件
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汽车行驶理论
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
5.动力性能(dynamic force)分析
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汽车行驶理论
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
5.动力性能(dynamic force)分析 （1）当汽车作等速行驶：
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汽车行驶理论
பைடு நூலகம்
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
2.牵引力(tractive force)的产生及传递 2）发动机曲轴扭矩及外特性曲线
由图可见： ① 当n=nmin，为最小稳定工作转速 ②当n增大时，N，M都增大。 N=nM时，M=Mmax ③当n=nN时，N=Nmax ④ 当n>nN时，N下降。
③. 轮胎性质：胎压，轮胎材料，结构。
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汽车行驶理论
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
3.汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle) （2）汽车的行驶阻力
2）坡度阻力：汽车爬坡时，重力的分 力对行车的阻力。
由于公路纵坡α较小 (α<5°) 所以
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汽车行驶理论
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
2.牵引力(tractive force)的产生及传递
• 发 动 机 曲 轴 扭 矩 Ｍ e—→ 离 合 器 —→ 变 速 器 iK—→传动轴—→主传动器i0—→车轮ＭＫ— → Pt
• iK=ne／n1 i0=n1／nK
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一门在分析汽车行驶基本规律的基础上，研究汽车行 驶原理、使用性能和行驶性能的学科。
•
通过研究，进一步分析影响汽车使用和行驶性能
的各种因素，最大限度地从汽车构造、公路设计以及
其它行车条件等方面发挥汽车的使用效益。
§ 2.1 概 述
2.汽车的行驶性能
• 1)动力性能(dynamic force) • 2)通过性（cross-country power） • 3)制动性 (braking power) • 4)行驶稳定性(running stability) • 5)行驶平顺性(smooth running) • 6)操纵稳定性(operating stability)
Pt↑： Me↑ γ↑ η↑ ↑：路表粗糙、加强排水、改进轮胎 P↓：路面平整Pf↓、降低纵坡Pi↓、
改进车型Pj↓
要求道路：纵坡平缓，路面平整、粗糙。
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汽车行驶理论
§ 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性
汽车行驶的稳定性(running stability) -----指汽车在
行驶过程中，受外部因素作用，而不发生侧滑、倾 覆现象的能力。 – 按方向分： 纵向稳定性 \ 横向稳定性 – 丧失稳定的方式分：滑动稳定性 \ 倾覆稳定性
汽车行驶理论
§ 2.5 汽车在道路上的行驶轨迹
2.汽车在弯道上行驶的轨迹(running trace)
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§ 2.5 汽车在道路上的行驶轨迹
2.汽车在弯道上行驶的轨迹(running trace)
2.汽车行驶的横向稳定(lateral stability)
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汽车行驶理论
§ 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性
2.汽车行驶的横向稳定(lateral stability)
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汽车行驶理论
§ 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性
2.汽车行驶的横向稳定(lateral stability)
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汽车行驶理论
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
3.汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle) （2）汽车的行驶阻力
4）惯性阻力 平移质量的惯性力
旋转质量的惯性力矩
I -- 旋转部分的转动惯量；
部分转动的角加速度。
旋转
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汽车行驶理论
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
1.汽车行驶中的受力分析
• （1）由汽车轮胎与路面接触而产生的路面摩擦力 。 • （2）因路面凹凸不平而产生的力。 • （3）由于路面结构而产生的力。
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汽车行驶理论
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
1.汽车行驶中的受力分析
0.07～0.15
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§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
3.汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle) （2）汽车的行驶阻力
②．行驶车速：受车速影响较大。 V<50时，f 变化较小。V>100时，f增加较快。
V=150-200时，f 急剧增大。
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汽车行驶理论
§ 2.1 概 述 § 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡 § 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性 § 2.4 汽车的制动性能 § 2.5 汽车在道路上的行驶轨迹
§ 2.1 概 述
1.研究汽车行驶理论的意义
• 汽车行驶理论(theory of automobile running)是
（1） 直线上行驶
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§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
1.汽车行驶中的受力分析
（2）曲线上行驶
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汽车行驶理论
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
2.牵引力(tractive force)的产生及传递
（1）牵引力 1）汽车发动机的基本指标 ①有效功率N ：单位时间内具有的做功的能力。(KW) ②转速n ：发动机曲轴单位时间内的旋转次数(n/min) ③扭矩M ：发动机产生于曲轴上的转动力矩。(N·m) ④转动角速度ω：单位时间内曲轴转动的角度(rad/s)
汽车行驶理论
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
3.汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle)
（2）汽车的行驶阻力
4）惯性阻力
旋转质量组成部分较多，且各部分的转动惯量和角加 速度不同，计算比较复杂，为方便计算，一般给平质量惯 性力乘以大于1的系数，来代替旋转质量惯性力矩的影响 。
汽车行驶理论
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
3.汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle) （2）汽车的行驶阻力
1）滚动阻力
2）坡度阻力
3）空气阻力 4）惯性阻力
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§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
3.汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle) （2）汽车的行驶阻力
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汽车行驶理论
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
3.汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle)
（2）汽车的行驶阻力
3） 空气阻力
① 空气阻力的产生原因 A.汽车在行驶中，由于迎面空气质点的压力
。 B.车后的真空吸力 C.空气质点与车身表面的摩擦力。 当行驶速度在100KM/h,以上，有时一半的功
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§ 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性
2.汽车行驶的横向稳定(lateral stability)
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汽车行驶理论
§ 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性
2.汽车行驶的横向稳定(lateral stability)
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§ 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性
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§ 2.4 汽车的制动性能
1.汽车的制动过程分析
• 汽车的制动性 (braking power) -----指汽车在行
驶中强制降低车速以至停车，或在下坡时保持一 定速度行驶的能力。
• 汽车的制动过程车轮制动是利用制动器内的摩擦 阻力矩来形成与汽车运动方向相反的路面对车轮 的切向摩擦阻力，简称为车轮制动力。
影响因素： ①汽车本身的结构参数； ②驾驶员的因素； ③作用于汽车的外因。
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汽车行驶理论
§ 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性
汽车的行驶稳定性
纵向滑移 纵向稳定性
纵向倾覆
横向稳定性
纵向滑移 纵向倾覆
纵坡、重心、 先后
横坡、速度、 弯道半径、先后
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§ 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性
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汽车行驶理论
§ 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性
1.汽车行驶的纵向稳定(longitudinal stability)
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§ 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性
2.汽车行驶的横向稳定(lateral stability)
（1）汽车在曲线上行驶所产生的横向作用力
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汽车行驶理论
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
2.牵引力(tractive force)的产生及传递 2）发动机曲轴扭矩及外特性曲线
发动机有效功率与曲轴扭矩的关系
N=M·ω/1000 (KW)
ω=2πn/60(rad/s) N=2πM·n/1000×60=M·n/9549 则：M=9549×N/n (N·m) 该曲线称发动机的特性曲线 外特性曲线—节流阀全开，对应的 曲线称为发动机的外特性曲线。
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§ 2.4 汽车的制动性能
2.制动时汽车的运动方程
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§ 2.4 汽车的制动性能
3.汽车制动性能(braking power)的评价指标
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汽车行驶理论
§ 2.5 汽车在道路上的行驶轨迹
行驶中的汽车重心的轨迹有以下几何特征：
• 1) 轨迹连续且圆滑； • 2) 曲率是连续的，即轨迹上任意一点不出现两个
率用来克服空气阻力。
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§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
3.汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle) （2）汽车的行驶阻力
② 空气阻力的计算
K——空气阻力系数，它与汽车的流线型有关，可参 考表2—3选用或查阅有关资料
将车速v（m/s）化为V（Km/h）并化简，得并化简，得
1）滚动阻力：车轮滚动时轮胎与路面之间的摩擦阻 力，是由于轮胎与路面变形引起的。
f 与路面的种类 、行驶车速、轮胎性质有关。 ①．路面种类：
路面类型 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 干燥平整的土路
0.03～0.05
0.04～0.05
潮湿不平 整的土路
1.汽车行驶的纵向稳定(longitudinal stability)
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汽车行驶理论
§ 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性
1.汽车行驶的纵向稳定(longitudinal stability)
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汽车行驶理论
§ 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性
1.汽车行驶的纵向稳定(longitudinal stability)
(N)
—惯性力系数(或旋转质量换算系数)。
惯性力系数主要与飞轮的转动惯量、车轮的转动惯量以 及传动系的传动比有关.
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汽车行驶理论
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
3.汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle) （2）汽车的行驶阻力
滚动阻力 坡度阻力 空气阻力 惯性阻力
曲率值； • 3) 曲率变化是连续的，即轨迹上任意一点不出
现两个曲率变化率值。
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§ 2.5 汽车在道路上的行驶轨迹
1.汽车在弯道上行驶的力
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§ 2.5 汽车在道路上的行驶轨迹
2.汽车在弯道上行驶的轨迹(running trace)
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1）汽车在平曲线上行驶时的横向稳定性主要取决于横向力系数值的大 小。 2）横向倾覆和滑移的条件分别是：
现代汽车在设计制造时重心较低，一般
而
所以
。
，即
，
可见，在发生横向倾覆之前先产生横向滑移现象，为此，在道路设计中 应保证汽车不产生横向滑移，同时也就保证了横向倾覆的稳定性。
3） 装载过高时可能发生倾覆现象。
D=f+i=ψ
ψ 称为道路阻力系数 （2）动力特性图 D-----V 关系图
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汽车行驶理论
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
5.动力性能(dynamic force)分析
（3）提高汽车的运行效率，从三方面入手： 1）提高汽车牵引力； 2）提高路面与轮胎间的附着力； 3）减小行驶阻力。
汽车的总行驶阻力为
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§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
4.牵引平衡和汽车行驶的必要条件
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§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
5.动力性能(dynamic force)分析
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§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
5.动力性能(dynamic force)分析 （1）当汽车作等速行驶：
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பைடு நூலகம்
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
2.牵引力(tractive force)的产生及传递 2）发动机曲轴扭矩及外特性曲线
由图可见： ① 当n=nmin，为最小稳定工作转速 ②当n增大时，N，M都增大。 N=nM时，M=Mmax ③当n=nN时，N=Nmax ④ 当n>nN时，N下降。
③. 轮胎性质：胎压，轮胎材料，结构。
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§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
3.汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle) （2）汽车的行驶阻力
2）坡度阻力：汽车爬坡时，重力的分 力对行车的阻力。
由于公路纵坡α较小 (α<5°) 所以
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§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
2.牵引力(tractive force)的产生及传递
• 发 动 机 曲 轴 扭 矩 Ｍ e—→ 离 合 器 —→ 变 速 器 iK—→传动轴—→主传动器i0—→车轮ＭＫ— → Pt
• iK=ne／n1 i0=n1／nK
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一门在分析汽车行驶基本规律的基础上，研究汽车行 驶原理、使用性能和行驶性能的学科。
•
通过研究，进一步分析影响汽车使用和行驶性能
的各种因素，最大限度地从汽车构造、公路设计以及
其它行车条件等方面发挥汽车的使用效益。
§ 2.1 概 述
2.汽车的行驶性能
• 1)动力性能(dynamic force) • 2)通过性（cross-country power） • 3)制动性 (braking power) • 4)行驶稳定性(running stability) • 5)行驶平顺性(smooth running) • 6)操纵稳定性(operating stability)
Pt↑： Me↑ γ↑ η↑ ↑：路表粗糙、加强排水、改进轮胎 P↓：路面平整Pf↓、降低纵坡Pi↓、
改进车型Pj↓
要求道路：纵坡平缓，路面平整、粗糙。
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§ 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性
汽车行驶的稳定性(running stability) -----指汽车在
行驶过程中，受外部因素作用，而不发生侧滑、倾 覆现象的能力。 – 按方向分： 纵向稳定性 \ 横向稳定性 – 丧失稳定的方式分：滑动稳定性 \ 倾覆稳定性
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§ 2.5 汽车在道路上的行驶轨迹
2.汽车在弯道上行驶的轨迹(running trace)
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§ 2.5 汽车在道路上的行驶轨迹
2.汽车在弯道上行驶的轨迹(running trace)
2.汽车行驶的横向稳定(lateral stability)
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§ 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性
2.汽车行驶的横向稳定(lateral stability)
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§ 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性
2.汽车行驶的横向稳定(lateral stability)
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§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
3.汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle) （2）汽车的行驶阻力
4）惯性阻力 平移质量的惯性力
旋转质量的惯性力矩
I -- 旋转部分的转动惯量；
部分转动的角加速度。
旋转
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§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
1.汽车行驶中的受力分析
• （1）由汽车轮胎与路面接触而产生的路面摩擦力 。 • （2）因路面凹凸不平而产生的力。 • （3）由于路面结构而产生的力。
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§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
1.汽车行驶中的受力分析
0.07～0.15
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§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
3.汽车的行驶阻力(resistance to motion of motor vehicle) （2）汽车的行驶阻力
②．行驶车速：受车速影响较大。 V<50时，f 变化较小。V>100时，f增加较快。
V=150-200时，f 急剧增大。