汽车行驶理论知识
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(3)纵向倒溜
下滑力= Ga sin ，附着力= Z 2 将（2-22）带入得
Ga sin
Ga cos L1 Ga sin hg
L
tan
L1 hg tan
L
（2-24）
因 h, tan 较小，可略去不计，并且
L1 L
Gd Ga
，
tan
L1
L
Gd Ga
§ 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性
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
率用来克服空气阻力。
§ 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)
§ 2.2 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。
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↓
4.牵引平衡和汽车行驶的必要条件
(1) 牵引平衡
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候，称为驱动平衡。其驱动平衡 方程式(也称汽车的运动方程式)为
Pt Pf Pi Pw Pj
(2 -15)
(2) 汽车行驶的两个条件 ①必要条件（即驱动条件）―――牵引力必须能够克服各项行 驶阻力， Pt P 。 ②充分条件（附着条件）――引力必须≤轮胎与路面间的最
§ 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。
§ 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） 直线上行驶
Z1
Ga
cos
(L2
frk ) Ga
Pjy
hg
• cos
Zz
Ga
B 2
cos
Gahg
sin
Pjy B
B 2
sin
Pjy
hg
cos
（2-5） （2-6）
§ 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)
§ 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。
2）坡度阻力：汽车爬坡时，重力的分 力对行车的阻力。
Ri G • sin
由于公路纵坡α较小 (α<5°) 所以
sin tg i
Ri G • i
§ 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）汽车的行驶阻力
② 空气阻力的计算
RW
1 KAv 2
2
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 KAV 2
RW 21.15
§ 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)
Pt
Mk rk
M eik i0M
rk
又
V
2rk
ne ik i0
60 1000
= 0.377
ne rk ik i0
(km / h)
所以有牵引力
Pt
0.377 ne V
M eM
3600 N eM
V
(N)
（2-10）
§ 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．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
0.07～0.15
§ 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
第2章 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
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)
（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
。
RI
G g
a
(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.
（2）汽车的行驶阻力
4）惯性阻力
平移质量的惯性力
G RI1 ma g a
旋转质量的惯性力矩
RI2
I d
dt
I -- 旋转部分的转动惯量； d 旋转
部分转动的角加速度。
dt
§ 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)
1 1 2ik2
§ 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
汽车的总行驶阻力为
R R f Ri Rw RI
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
1.汽车行驶的纵向稳定(longitudinal stability)
(4)纵向稳定性的保证
要求公路纵坡满足：
tan tan tan 0 亦即
t a n Gd L2
Ga
hg
（2-26）
例如一般载重车满载时， Gd 0.66 ~ 0.76 ， Ga
附着系数 见表所示，泥泞时可为 0.2，冰滑时为 0.1，带入式（2-26），则 泥泞时： tan 0.132 ~ 0.152 冰滑时： tan 0.060 ~ 0.076
要求道路：纵坡平缓，路面平整、粗糙。
§ 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
hg
sin L
Pj1hg
M
j1
M
j2
Pwhw
（2-1）
Z2
Ga
cos (L1
frk ) Ga hg
sin L
Pj1hg
M
j1
M
j2
Pw hw
（2-2）
§ 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
Zr
Ga
B cos 2
Gahg
sin
Pjy B
B sin 2
的动力性能，这个数值称为动力因数(driving force factor)，用 D 表示，
表征汽车克服道路阻力和惯性阻力的能力，随车速而变化。
§ 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：
D=f+i=ψ
ψ 称为道路阻力系数 （2）动力特性图 D-----V 关系图
1）滚动阻力
2）坡度阻力
3）空气阻力 4）惯性阻力
§ 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：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。
Rf f G
f 与路面的种类 、行驶车速、轮胎性质有关。
§ 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。
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
这就是确定最大纵坡 imax=9%（四级公路山岭重丘区）、
规定超高横坡 iB 、合成坡度 ih 等指标的依据之一。
§ 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
§ 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性
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。
§ 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
§ 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)
(1)汽车在直坡道上的受力分析
1）对后轮着地点 B 取矩，则可求得前轮垂直反力：
Z1L Ga cosL2 Ga sin hg
Z1
Ga
cosL2
Ga L
s in hg
2）对前轮着地点 A 取矩，则可得后轮垂直反力：
Z 2 L Ga cosL1 Ga sin hg
Z2
Ga
cosL1
Ga L
s in hg
（2-21） （2-22）
§ 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)
(2)纵向倾覆
Z1
Ga
cosL2
L
Ga
sin hg
（2-21）
Z1 0
tan 0
L2 hg
>>1
45º 100％
§ 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)
大摩擦力， Pt Gd 。
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
5.动力性能(dynamic force)分析
dv
Pt Pw Ga ( f i) Ga g dt
（2-18）
D = Pt Pw f i dv
Ga
g dt
（2-19）
式中左边 Pt Pw 代表汽车单位重量的有效牵引力；右边为汽车 Ga
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。
③. 轮胎性质：胎压，轮胎材料，结构。
§ 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.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=nM Ke／ MneiK1i0M i0=n1／nK
Me
10Leabharlann Baidu0 60
2
Ne ne
9549 N e ne
下滑力= Ga sin ，附着力= Z 2 将（2-22）带入得
Ga sin
Ga cos L1 Ga sin hg
L
tan
L1 hg tan
L
（2-24）
因 h, tan 较小，可略去不计，并且
L1 L
Gd Ga
，
tan
L1
L
Gd Ga
§ 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性
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
率用来克服空气阻力。
§ 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)
§ 2.2 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。
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↓
4.牵引平衡和汽车行驶的必要条件
(1) 牵引平衡
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候，称为驱动平衡。其驱动平衡 方程式(也称汽车的运动方程式)为
Pt Pf Pi Pw Pj
(2 -15)
(2) 汽车行驶的两个条件 ①必要条件（即驱动条件）―――牵引力必须能够克服各项行 驶阻力， Pt P 。 ②充分条件（附着条件）――引力必须≤轮胎与路面间的最
§ 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。
§ 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） 直线上行驶
Z1
Ga
cos
(L2
frk ) Ga
Pjy
hg
• cos
Zz
Ga
B 2
cos
Gahg
sin
Pjy B
B 2
sin
Pjy
hg
cos
（2-5） （2-6）
§ 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)
§ 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。
2）坡度阻力：汽车爬坡时，重力的分 力对行车的阻力。
Ri G • sin
由于公路纵坡α较小 (α<5°) 所以
sin tg i
Ri G • i
§ 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）汽车的行驶阻力
② 空气阻力的计算
RW
1 KAv 2
2
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 KAV 2
RW 21.15
§ 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)
Pt
Mk rk
M eik i0M
rk
又
V
2rk
ne ik i0
60 1000
= 0.377
ne rk ik i0
(km / h)
所以有牵引力
Pt
0.377 ne V
M eM
3600 N eM
V
(N)
（2-10）
§ 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．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
0.07～0.15
§ 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
第2章 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
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)
（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
。
RI
G g
a
(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.
（2）汽车的行驶阻力
4）惯性阻力
平移质量的惯性力
G RI1 ma g a
旋转质量的惯性力矩
RI2
I d
dt
I -- 旋转部分的转动惯量； d 旋转
部分转动的角加速度。
dt
§ 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)
1 1 2ik2
§ 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
汽车的总行驶阻力为
R R f Ri Rw RI
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
1.汽车行驶的纵向稳定(longitudinal stability)
(4)纵向稳定性的保证
要求公路纵坡满足：
tan tan tan 0 亦即
t a n Gd L2
Ga
hg
（2-26）
例如一般载重车满载时， Gd 0.66 ~ 0.76 ， Ga
附着系数 见表所示，泥泞时可为 0.2，冰滑时为 0.1，带入式（2-26），则 泥泞时： tan 0.132 ~ 0.152 冰滑时： tan 0.060 ~ 0.076
要求道路：纵坡平缓，路面平整、粗糙。
§ 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
hg
sin L
Pj1hg
M
j1
M
j2
Pwhw
（2-1）
Z2
Ga
cos (L1
frk ) Ga hg
sin L
Pj1hg
M
j1
M
j2
Pw hw
（2-2）
§ 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
Zr
Ga
B cos 2
Gahg
sin
Pjy B
B sin 2
的动力性能，这个数值称为动力因数(driving force factor)，用 D 表示，
表征汽车克服道路阻力和惯性阻力的能力，随车速而变化。
§ 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：
D=f+i=ψ
ψ 称为道路阻力系数 （2）动力特性图 D-----V 关系图
1）滚动阻力
2）坡度阻力
3）空气阻力 4）惯性阻力
§ 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：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。
Rf f G
f 与路面的种类 、行驶车速、轮胎性质有关。
§ 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。
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
这就是确定最大纵坡 imax=9%（四级公路山岭重丘区）、
规定超高横坡 iB 、合成坡度 ih 等指标的依据之一。
§ 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
§ 2.3 汽车在道路上行驶的稳定性
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。
§ 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
§ 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)
(1)汽车在直坡道上的受力分析
1）对后轮着地点 B 取矩，则可求得前轮垂直反力：
Z1L Ga cosL2 Ga sin hg
Z1
Ga
cosL2
Ga L
s in hg
2）对前轮着地点 A 取矩，则可得后轮垂直反力：
Z 2 L Ga cosL1 Ga sin hg
Z2
Ga
cosL1
Ga L
s in hg
（2-21） （2-22）
§ 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)
(2)纵向倾覆
Z1
Ga
cosL2
L
Ga
sin hg
（2-21）
Z1 0
tan 0
L2 hg
>>1
45º 100％
§ 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)
大摩擦力， Pt Gd 。
§ 2.2 汽车的牵引力与牵引平衡
5.动力性能(dynamic force)分析
dv
Pt Pw Ga ( f i) Ga g dt
（2-18）
D = Pt Pw f i dv
Ga
g dt
（2-19）
式中左边 Pt Pw 代表汽车单位重量的有效牵引力；右边为汽车 Ga
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。
③. 轮胎性质：胎压，轮胎材料，结构。
§ 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.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=nM Ke／ MneiK1i0M i0=n1／nK
Me
10Leabharlann Baidu0 60
2
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