第二章 汽车行驶特(修改)

26第二章汽车行驶性能本章摘要：本章主要介绍汽车行驶性能及其对路线的要求；汽车的驱动力、行驶阻力及行驶条件；汽车的动力特性、行驶状态、爬坡能力及加、减速行程；汽车行驶的纵向、横向及纵横组合向稳定性；汽车的制动力和制动距离以及汽车的燃油经济性等内容。第一节概述道路设计是以满足汽车行驶的要求为前提的。汽车行驶总的要求是安全、迅速、经济与舒适，它是通过人、车、路和环境等方面来保证的。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，这是道路线形设计的理论基础。一、汽车行驶性能的主要内容汽车行驶性能的范围广、内容多，其主要研究内容有：1．动力性能是指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向力决定、所能达到的平均行驶速度，即指决定汽车加速、爬坡和获得最大速度的性能。汽车的动力性能越好．就会具有较高的车速、较好的爬坡能力和加速能力。动力性能决定道路的最大纵坡、坡长限制及长陡坡上陡坡与缓坡的组合。2．制动性指汽车行驶中能在短距离内停车且维持行驶方向稳定性和在下长坡时能维持一定车速的能力。汽车制动性的好坏，直接关系到行车安全。制动性能越好，汽车才能以较高的车速行驶，在下长坡时保障行车安全。制动性能与道路的行车视距直接相关。3．行驶稳定性指汽车在行驶过程中，受外部因素作用，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。汽车行驶稳定性直接关系到行车的安全，其决定道路圆曲线极限最小半径和纵、横向组合最大坡度的取值，也影响道路纵坡度的设置。4．操纵稳定性指汽车是否按照驾驶员的意图控制汽车的性能。它包括汽车的转向特性、高速稳定性和操纵轻便性。汽车的转向特性影响着汽车在弯道上的行驶轨迹。275.燃油经济性是指汽车以最少的燃油消耗量完成单位运输工作的能力，它是汽车的主要使用性能之一。汽车燃油经济性越好，单位行程的燃油消耗量越小。6．行驶平顺性指汽车在不平道路上行驶时，汽车免受冲击相震动的能力。汽车行驶平顺性，对汽车平均技术车速、驾驶员和乘客的舒适性、运货的完整性等有很大影响。7．通过性是指汽车在各种道路和无路地带行驶的能力。汽车通过性能越好，汽车使用的范围就越广。改善和提高汽车的上述性能，通常有改进汽车设计和提高道路设计两个根本途径。本章主要就与道路线形设计关系较密切的性能加以论述。主要内容有：汽车的动力性（包括汽车的驱动和行驶阻力、汽车的动力特性及加、减速行程）、行驶稳定性、制动性以及燃料经济性等。表2—1列出了几种有代表性的国产汽车的主要技术性能，对于其它车型可查阅有关资料。二、汽车行驶对路线的要求要满足汽车在道路上安全、迅速、经济及舒适的行驶，从道路路线设计来讲，主要从以下几个方面来保证：1．保证汽车在道路上行驶的稳定性为保证汽车在道路上行驶的稳定性，即保证汽车行驶时不发生翻车、倒溜或侧滑，道路线形设计时，在研究汽车行驶过程中力系的平衡和行车稳定性的基础上，需要合理地选用圆曲线的半径和设置纵、横坡度，并提高车轮与路面间的附着力。2．尽可能地提高车速评价运输工作效率的指标是汽车运输生产率和运输成本。影响运输生产率和运输成本的因素很多，平均行驶速度是主要的因素之一。为了提高平均行驶速度，就需要充分地发挥汽车行驶的动力性能，因此在公路设计时必须严格控制曲线半径、最大纵坡及其坡长，合理地设置缓和坡段，并尽可能地采取大半径曲线及平缓的纵坡。3．保证道路上的行车连续为了保证道路上行车的均匀连续，公路线形设计需要保证有足够的视距和安全净空，合理地设置平、竖曲线，并尽可能地减少平面交叉等。4．尽量满足行车舒适在道路线形设计时，需正确地组合平面线形和纵面线形，注意线形与景观的协调，以增进驾驶者和乘客在视觉上和心理上的舒适感；对平、竖曲线的最小半径要加以限制，以免车辆离心力过大而引起驾驶员和乘客不舒适。如上所述，道路线形设计与汽车行驶时各主要使用性能是密切相关的，因此汽28车行驶性能是道路线形设计的基础。第二节汽车的驱动力及行驶阻力为研究汽车在道路上的运动状况，需要掌握沿汽车行驶方向作用于汽车的各种外力，即驱动力与行驶阻力。一、汽车的驱动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。在发动机里热能转化成机械能，产生有效功率N，驱使曲轴以每分钟n的转速旋转，发生M的扭矩，再经过离合器、变速器、传动轴、主传动器、差速器和半轴等一系列的变速和传动，将曲轴的扭矩传给驱动轮，产生kM的扭矩驱动汽车行驶。1．发动机曲轴扭矩M如将发动机的功率N、扭矩M以及燃油消耗率eg与发动机曲轴的转速n之间的函数关系以曲线表示，则该曲线称为发动机转速特性曲线或简称为发动机特性曲线。如果发动机节流阀全开（或高压油泵在最大供油量位置），则此特性曲线称为发动机外特性曲线；如果节流阀部分开启（或部分供油），则称为发动机部分负荷特性曲线。在进行汽车驱动性能分析时，只需研究外特性中功率N、扭矩M与转数n之间的关系曲线。图2-1为某汽油发动机外特性曲线。minn为发动机的最小稳定工作转速。随着曲轴转速的增加，发动机发出的功率和扭矩都在增加。最大扭矩maxM时的曲轴转速为Mn。若转速再增加时，扭矩M有所下降，但功率N继续增加，一直到最大功率maxN，此时曲轴转速为Nn。当转速继续增大时，功率N下降。允许的发动机最高转速为maxn。图2-1某汽油发动机外特性曲线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：)(9549kWnMN)(9549mNnNM（2-1）29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）。把扭矩M与转速n之间的函数关系)(nMM称为扭矩曲线，而把功率N和转速n之间的函数关系)(nNN称作功率曲线，通过式（2-1），可以使它们之间相互转换。其中功率曲线)(nNN是发动机制造厂通过台架试验获得的。通常，)(nNN曲线以及由式（2-1）转绘出的扭矩曲线)(nMM一起绘制在发动机的技术说明书中，同时记载有发动机的最大功率maxN和对应的曲轴转速Nn，以及最大扭矩maxM和相应的曲轴转速Mn。图2-2为东风EQ-140型汽车说明书中给出的发动机外特性曲线原始资料，使用时应注意单位的换算。图2-2东风EQ6100-Ⅰ型发动机外特性曲线有时未给定发动机特性曲线，只给出maxN和Nn，可通过式（2-2）经验公式近似地计算汽油发动机的外特性)(nNN曲线，并由式（2-1）换算成扭矩曲线)(nMM。33221maxNNNnnnnnnNN（kW）（2-2）式中：maxN——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）；321、、——与发动机类型有关的系数，对汽油发动机可近似地采用0.1321。如果既给定maxN和Nn，也给出maxM和Mn，则可用式（2-3）直接计算扭矩曲线)(nMM。)·()(2maxmaxmNnnnnMMMMMMNN（）（2-3）式中：maxM——最大扭矩（N·m）；NM——最大功率所对应的扭矩，即)(9549maxmNnNMNN30Nn——最大功率所对应的转速（r/min）；Mn——最大扭矩所对应的转速（r/min）；n——转速（r/min）。2．驱动轮扭矩kM根据受力情况的不同，汽车车轮分为驱动轮与从动轮。驱动轮上有发动机曲轴传来的扭矩kM，在kM的作用下驱使车轮滚动前进。而从动轮上则无扭矩的作用，它的滚动是驱动轮上的力经车架传至从动轮的轮轴上而产生运动。普通汽车均系前轮从动，后轮驱动，只有某些特殊用途的汽车前后轮均为驱动轮。发动机曲轴上的扭矩M经过变速箱（速比ki）和主传动器（速比0i）两次变速，设这两次变速的总变速比为kii0，传动系统的机械效率为T，则传到驱动轮上的扭矩kM为：TkMM（2-4）式中：kM——汽车驱动轮扭矩（N·m）；M——发动机曲轴扭矩（N·m）；——总变速比，kii0，0i和ki详见表2-1；T——传动系统的机械效率，发动机所发出的功率N在传到驱动轮的过程中，为了克服传动系统各部件中的摩擦，有一部分功率TN消耗了，则NNTT/1，传动效率因受多种因素影响而变化，但对汽车进行动力性分析时可看作一个常数，一般载重汽车为0.80～0.85，小客车为0.85～0.95。31几种国产汽车的主要技术性能表表2-1汽车型号解放CA140东风EQ140黄河JN150黄河JN151北京BJ130上海SH130奥迪Audi100桑塔纳SANTANA标致5O5SW5富康ZX夏利TJ7100依维柯45·10生产厂名第一汽车制造厂第二汽车制造厂济南汽车制造厂济南汽车制造厂北京汽车二厂上海汽车制造厂第一汽车制造厂上海大众汽车有限公司广州标致汽车公司第一汽车制造厂天津市汽车工业公司南京汽车制造厂外形尺寸全长（mm）689569107600760047104635479345464901407036106000总宽（mm）243824702400240018501800181416901737170016002000总高（mm）23502325260026002100207014461407-140413852730自重（kg）419040806800660018001755116010301340955740-总重（kg）94159290150601486040753950171014601980135511704500轴距（mm）400039504000400028002500268725482900-23403310轮距前桥（mm）180018101927192714801440147614141496-13851692后桥（mm）180018001744174414701440148314221400-13651544发动机最大功率（kw/r/min）103/-99.3/-117.7/-117.7/-55.2/-55.2/-66/550062.7/520072/550054/560038/560076/3800最大扭矩（N·m/r/min）392/-352.8/-686/-607.6-171.5/-156.8/-145/3300138/3300167/3000120/360075.5/3200230.3/-油耗（L/100km/km/h）-28/-25/-24/-15/-14/-5.9/907.7/1206.3/908.3/120-4.9/906.7/1204.5/608.0/-技术性能最高车速（km/h）889071678585175169160170145～120最大爬坡度（%）202827273631.5--22--≥30°最小转弯半径（m）8.08.08.258.255.76.05.810.85/211.10/210.45/24.512.10/2变速箱速比ki一档7.707.487.647.646.095.0003.5453.4453.5920.29263.0906.194二档4.104.314.274.273.092.8072.1051.7892.0880.55261.8423.894三档2.342.452.602.601.711.6331.3001.2861.3670.78371.2302.260四档1.511.541.591.591.001.0000.9430.9091.0001.02560.8641.428五档1.001.001.001.00--0.789-0.8231.3030-1.000倒档8.278.195.955.954.956.1803.5003.1673.6340.27903.1425.692传动器速比0i6.396.334.885.795.836.1674.111-4.222-4.5003.91032此时，驱动轮上的转速kn为niinnkk0相应的车速V为：