第2章 汽车行驶特性

法三：已知Nmax/nN/Mmax/nM→经验公式→扭矩曲线 发动机转速特 性经验公式：
M max M N 2 扭距M M max ( n n ) ( N m) M 2 (nN nM )
式中：Mmax——最大扭矩（N·m）； MN——最大功率所对应的扭矩， M N 9549 N max nN——最大功率所对应的转速（r/min）； n N nM——最大扭矩所对应的转速(r／min)；
东风EQ-140发动机外特性曲线
Pt2 Pt3 Pt4
图2-6汽车的牵引特性图
V
发动机特性曲线→汽车牵引特性曲线
2.1 汽车的驱动力及行驶阻力
2.1.1 汽车的驱动力（总结） 汽车驱动力的传递与表达方式：
燃料→发动机→机械能→发动机特性曲线； 发动机特性曲线→功率曲线、扭矩曲线→扭矩M；
发动机扭矩M→驱动轮扭矩Mk；
(2)n和V的关系（公式2-5）
V 2 r nk 60 n 60 nr 2 r 0.377 1000 1000

0.377 n r V
(3)T和V的关系（公式2-6,2-7）
M k M T nM T T 0.377 r r V
Pt Pt
( N)
Pt1、Pt2、Pt3和Pt4分 别表示一、二、三档及 直接档时汽车牵引力与 汽车行驶速度的关系曲 线。
东风EQ-140发动机外特性曲线
Pt2 Pt3 Pt4
图2-6汽车的牵引特性图
V
发动机特性曲线→汽车牵引特性曲线
2.1.2 汽车的行驶阻力
1、空气阻力
2、道路阻力
滚动阻力
坡度阻力
舒适：
视觉上：线形美观，赏心悦目，自然环境与景观设计 生理上：平稳、不颠簸，离心力小 心理上：轻松，有安全感，心情愉快。
2.1 汽车的驱动力及行驶阻力
汽车的构造
2.1 汽车的驱动力及行驶阻力
2.1.1 汽车的驱动力 燃料→热能→活塞→机械能→[产生有效功率N]→曲轴→ [产生每分钟n的转速旋转]→[产生发动机曲轴扭矩M]→ 离合器→变速器→传动轴→主传动器→差速器等→驱动轮 →[产生驱动轮扭矩MK]→驱动轮旋转与地面作用→行驶
G R I1 ma a g
R I2

I
d dt
G RI a g
( N)
式中：δ—惯性力系数/旋转质量换算系数δ＝l＋δ1＋δ2ik2 δ1—汽车车轮惯性力的影响系数→δ1=0.03～0.05； δ2— 发 动 机 飞 轮 惯 性 力 的 影 响 系 数 ， 一 般 小 客 车 δ2=0.05～0.07，载重汽车δ2=0.04～0.05； ik—变速箱的速比。
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nM T N nT N T 0.377 0.377 9549 3600 T V n v V
2.1 汽车的驱动力及行驶阻力
2.1.1 汽车的驱动力（总结） 汽车的驱动力→发动机→发动机特性曲线→牵引特性曲线
M k MT n N T 0.377 MT 3600 T r r V V
3、惯性阻力
2.1.2.1 空气阻力
2.1.2 汽车的行驶阻力
汽车在行驶中，由于迎面空气质点的压力，车后的真空 吸力及空气质点与车身表面的摩擦力阻碍汽车前进，总称为 空气阻力。 1 KAV2 2 R w KAv Rw (N) 21.15 2 式中：K——空气阻力系数，它与汽车的流线型有关； ρ——空气密度，一般ρ=1.2258（N·s2/m4）；
功率(N)：发动机功率,单位千瓦(Kw)/马力（hp）, 1hp = 0.7457 kW. 扭矩(M)：表征汽车牵引力的大小，单位牛顿·米/千 克·米，1千克·米=9.8牛顿·米 燃油消耗(ge)：发动机每小时产生每千瓦功率消耗的燃油 量，单位（克/(千瓦*小时)） 转速(n)：单位：转/分钟
有一个简单的公式可以表明功率、牵引力和速度的关系： 功率(N)＝扭矩(M)×转速(ω) ＝牵引力(T)×速度(V)
2）坡度阻力
汽车在坡道倾角为 α 的道路上行驶时，车重 G 在平行于 路面方向的分力为Gsinα，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。 坡度阻力可用下式计算： Ri=Gsinα
因坡道倾角一般较小，认为sinα≈tgα＝i，则
Ri=Gi 式中：Ri——坡度阻力 （N） （N）；
弹性轮胎反复变形→材料内部发生摩擦→消耗一部分功率
柔性路面→路面变形→接触面之间产生摩擦→消耗部分功 率（路面支反力前移，与车轮重力形成反向力矩）。
路面不平整→轮胎震动和撞击→引起部分功率的消耗。
1）滚动阻力
滚动阻力与汽车的总重力成正比，若坡道倾角为α时： 其值可用下式计算：
Rf＝Gfcosα
( N)
特点：汽车的驱动力与车速成反比。
3、汽车的驱动力
汽车的驱动力→发动机→发动机特性曲线→牵引特性曲线
M k MT n N T 0.377 MT 3600 T r r V V
Pt Pt
( N)
Pt1、Pt2、Pt3和Pt4分 别表示一、二、三档及 直接档时汽车牵引力与 汽车行驶速度的关系曲 线。
2.0 汽车行驶特性－前言
2、研究内容：
研究汽车的驱动力和行驶阻力；
分析汽车运动的基本规律； 研究汽车主要动力性能等行驶特性； 分析影响汽车主要使用性能的主要因素。
2.0 汽车行驶特性－前言
3、汽车行驶性能的主要内容：
动力性能：指汽车所具有的加速、上坡、最大速度等的 性能→汽车的动力性愈好，速度就愈高，所能克服的行 驶阻力也愈大→决定道路的最大纵坡、坡长限制等； 制动性：汽车行驶中强制降低车速以至停车，或在下坡 时能保持一定速度行驶的能力→行车安全→行车视距。 行驶稳定性：汽车在行驶过程中，在外部因素作用下， 汽车尚能保持正常行驶状态和方向，不致失去控制而产 生滑移、倾覆等现象的能力→行车安全→决定平曲线极 限半径、纵横组合坡度等。 操纵稳定性：指汽车能否按驾驶员意图控制汽车的能力 →汽车的转向性、高速稳定性、操纵轻便性→决定行驶 轨迹等→道路线型；
车辆特性在确定交通工程的某些任务中起着重要作用。
车辆的尺寸→影响到道路线型（行车道宽度、弯道加宽、 道路纵坡、行车视距、道路净空、路面及桥涵荷载），交 通结构物的净空，交通设施的设计（如停车场设计）等。 车辆行驶特性→直接影响道路的线型及驾驶员操作性等：
汽车运动基本规律→对公路的要求→指导公路设计 →保证公路的使用品质、服务等级。 汽车行驶理论是公路线形设计的理论基础。
nN
nmax
汽油发动机外特性曲线
1、发动机外特性曲线与发动机曲轴扭矩M
发动机输出的功率N与产生的扭矩M的关系：
T
r
M
功率(N)＝扭矩(M)×转速(ω) ＝牵引力(T)×速度(V)
M M 2n M n N 1000 1000 60 9549
N Mn 9549 (kW)
东风EQ-140发 动机外特性曲线
A——汽车迎风面积（或称正投影面积）（m2）；
v——汽车与空气的相对速度（m/s或km/h ），可近似 地取汽车的行驶速度。
对汽车列车的空气阻力，一般可按每节挂车的 空气阻力为其牵引车的20%折算。
2.1.2.2
道路阻力
道路阻力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。 1）滚动阻力
G——车辆总重力（N）； i ——道路纵坡度，上坡为正；下坡为负。
α G
※
道路阻力
滚动阻力和坡度阻力均与道路状况有关，且都 与汽车的总重力成正比，将它们统称为道路阻力， 以RR表示： RR=G（f+i）
式中：f+i——道路阻力系数。
2.1.2.3 惯性阻力
汽车变速行驶时，需要克服其质量变通运动时产生的惯性 力和惯性力矩称为惯性阻力→RI表示。 汽车的质量：平移质量+旋转质量 平移质量的惯性力： 旋转质量的惯性力矩： 惯性阻力：
由于坡道倾角α一般较小，认为cosα≈1，则 Rf=Gf （N） 式中：Rf——滚动阻力（N）； G——车辆总重力（N）；
f——滚动阻力系数，它与路面类型、轮胎结构和行驶速 度等有关，一般应由试验确定，在一定类型的轮胎和一定车速 范围内，可视为只和路面状况有关的常数，见表2-4（P30）。
α G
表 2-3 滚动阻力系数 f 路面类型 水泥混凝土及沥青混凝土路面 表面平整的黑色碎石路面 碎石路面 干燥平整的土路 潮湿不平整的土路 滚动阻力系数 f 0.01~0.02 0.02~0.025 0.03~0.05 0.04~0.05 0.07~0.15
道路勘测设计
第2章 汽车行驶特性
课前说明：
1、学习要求： 1）了解汽车行驶特性；
2）理解如何应用汽车行驶特性指导于道路设计；
注：并不要求掌握！（区别：理解与掌握） 2、教材对应：
1）第4章 第1节（部分）
2）第3章 第1节（部分）
本章内容
道路是交通的物质基础，是为汽车提供服务的工程 结构物；道路设计是以满足汽车行驶要求为前提。 本章主要介绍汽车的动力性能、行驶特性等内容， 为道路线形设计理论提供理论支持。
2.0 汽车行驶特性－前言
3、汽车行驶性能的主要内容：
燃油经济性：是汽车以最少的燃油消耗量完成单位运输 工作的能力→汽车主要的使用性能之一； 行驶平顺性：汽车在不平道路上行驶时免受冲击和震动 的能力→影响平均技术速度、舒适性、运货完整性等； 通过性：汽车在各种道路和无路地带行驶的能力→决定 汽车的适用性与使用范围。 →改善和提高汽车性能→汽车设计+道路设计。
2、驱动轮扭矩Mk （驱动轮与从动轮）
V 0.377
nr

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：
两次变速的总变速比为：γ=i0·ik；
传动系统的机械效率为：ηT<1.0； 传到驱动轮上的扭矩Mk为：
Mk=MγηT
驱动轮上的转速nk为：
车速V与发电机转速关系：
n n nk i 0i k
n 60 nr V 2r * nk (2r ) * 0.377 1000
(km / h)
两次变速目的：增大扭矩/驱动力以克服行驶阻力。
3、汽车的驱动力
V 0.377
N
nr

M n ( KW ) 9549
M k MT n N T 0.377 MT 3600 T r r V V
驱动轮扭矩Mk→汽车的驱动力P； 汽车的驱动力P→牵引特性曲线！ 结论：发动机特性曲线→牵引特性曲线！
有关计算的汇总：
(1)M和N的关系（公式2-1） C (周长) S (总长) 1 M F r (力臂) F F 2 n 2 F S W N N (单位换算) 60 1000 9549 2n 2n 2n n
N M n ( KW ) 9549
扭矩曲线 相互转化 功率曲线
两种曲线的取得：
法一：发动机厂试验→功率曲线→扭矩曲线 法二：已知Nmax/nN→经验公式→功率曲线→扭矩曲线
n n 2 n 3 发动机转速特 功率N N max 1 2 ( ) 3 ( ) (kw) nN nN 性经验公式： nN 式中：Nmax——发动机的最大功率(kW)； nN——发动机的最大功率所对应的转速（r／min）
2.0 汽车行驶特性－前言
4、汽车行驶对道路的基本要求： 安全：保证汽车的行驶稳定性，避免发生翻车、倒溜、 侧滑等；
迅速：行驶速度——平均技术速度。
经济：运输成本：低 ；运输生产率：高 评价汽车运输工作效率的指标有：
汽车运输生产率——周转率 运输成本——油料及轮胎消耗，保养周期
汽车传动系统：
1、发动机外特性曲线与发动机曲轴扭矩M
发动机特性曲线：发动机功率N/扭矩M/燃油消耗率ge与发动机曲轴转 速n之间的函数关系以曲线表示→发动机转速特性曲线→油门全开时称 发动机外特性曲线→否则称发动机部分负荷特性曲线。
N max M max
功率曲线
扭矩曲线
最小转速
最大转速
nmin
nM
2.0 前言
2.1 汽车的驱动力及行驶阻力（Cha4－1）
※
2.2 汽车的动力特性及加减速行程（Cha4－1） 2.3 汽车的行驶稳定性（Cha3－1） 2.4 汽车的制动性能（Cha4－1）
2.5 汽车的燃油经济性
2.0 汽车行驶特性－前言
1、学习目的： 道路设计是以满足汽车行驶的要求为前提的。