道路工程第二章 道路車輛及運(yùn)行特性課件

1、第二章 道路車輛及運(yùn)行特性第一節(jié) 汽車行駛特性 道路上汽車類型道路上汽車類型 汽車的驅(qū)動(dòng)力及行駛阻力汽車的驅(qū)動(dòng)力及行駛阻力 汽車行駛條件汽車行駛條件 汽車的爬坡能力汽車的爬坡能力軸距軸距后懸后懸前懸前懸傳動(dòng)系、行駛系、轉(zhuǎn)向系、制動(dòng)系傳動(dòng)系、行駛系、轉(zhuǎn)向系、制動(dòng)系 發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速箱、萬向傳動(dòng)軸、差速器、車輛、驅(qū)動(dòng)輪、制動(dòng)器等。機(jī)械式傳動(dòng)系一般組成及布置示意圖傳動(dòng)系傳動(dòng)系傳動(dòng)系：傳動(dòng)系：外特性曲線燃料熱能活塞、曲軸機(jī)械能作功傳動(dòng)系：傳動(dòng)系：作用： （1）保證起步時(shí)工作平穩(wěn)。（2）行進(jìn)中換擋。 （3）傳動(dòng)系不至于過載。1-飛輪 2-從動(dòng)盤 3-壓盤 4-膜片彈簧傳動(dòng)系：傳動(dòng)系：作用：減速增扭

2、傳動(dòng)系：傳動(dòng)系：傳動(dòng)系：傳動(dòng)系：汽車的行駛性能一一 、車輛類型、尺寸、重量和構(gòu)造、車輛類型、尺寸、重量和構(gòu)造1 車輛類型車輛類型 汽車可分為客車和貨車兩大類。客車包括小客車（轎車）、面包車、公共汽車（小型、中型和鉸接式）等。貨車可進(jìn)一步分為卡車（輕型、中型和重型）和組合式貨車（各種拖掛式貨車）兩類。（1） 小客車小客車 小客車為二軸-四輪車輛，可坐26人，主要作為個(gè)人交通工具。按重量和尺寸大小，可分為小型、中型和重型三種。其重量變動(dòng)于6.818kN 范圍內(nèi)；車身長(zhǎng)度在3.55.6m之間，前后軸的中心距變動(dòng)于2.33.1m之間，車身后緣到后軸的長(zhǎng)度（后懸距離）為0.61.5m之間；車身寬度為1.

3、62.0m，高度為1.151.65m之間。（2） 面包車面包車 面包車通常由小客車或輕型卡車的底盤改裝而成，可乘坐615人。（3） 公共汽車公共汽車 小型公共汽車通常有1525個(gè)座位，供短途運(yùn)輸用，其車身長(zhǎng)約為5.57.6m，寬為2.02.5m。中型公共汽車可為二軸或三軸，車身長(zhǎng)912m，寬2.42.6m，約有45個(gè)座位。把半掛車固定地聯(lián)結(jié)在二軸中型公共汽車上，便組成鉸接式公共汽車。其長(zhǎng)度約為1618m，寬度為2.6m，包括站立乘客在內(nèi)約可容納100人以上。（4）卡車）卡車 卡車系指載貨區(qū)和動(dòng)力設(shè)備裝在共同的車架上不能分開的貨車?？ㄜ嚢ǘS四輪（輕型卡車）、二軸六輪、三軸（雙后軸）和四軸（三

4、后軸）卡車四種。輕型卡車的總重量般小于45kN，二軸六輪卡車的總重量大都在45180kN范圍內(nèi)，而三軸和四軸卡車的總重量可高達(dá)260300kN。（5） 組合式貨車組合式貨車 組合式貨車由牽引車或卡車同一個(gè)或多個(gè)掛車組合而成，可總稱為拖掛車拖掛車。牽引車和掛車通過鉸接方式聯(lián)結(jié)時(shí)，彼此可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，因而也可稱為鉸接車鉸接車。組合式貨車的總重量一般可達(dá)到400500 kN，通常用于長(zhǎng)途運(yùn)輸。掛車有兩種：后端有一個(gè)軸或多個(gè)軸但前端無軸的半掛式，其前端放在牽引車的后端上，并把一部分重量傳給前面牽引車；前后各有一個(gè)軸或多個(gè)軸的全掛式，由卡車或帶半掛車的牽引車拖帶，但不把重量轉(zhuǎn)給前面。2 車輛尺寸及設(shè)計(jì)車輛車

5、輛尺寸及設(shè)計(jì)車輛3 車輛的重量車輛的重量車輛的重量通過車軸和車輪傳遞給道路和橋梁結(jié)構(gòu)物。汽車前軸的軸型都為單軸，后軸的軸型可采用單軸、雙聯(lián)軸或三聯(lián)軸。前軸兩側(cè)的車輪都由單輪胎組成，而后軸兩側(cè)的輪胎可由單輪胎或雙輪胎組成。車輛重量大小，主要影響到對(duì)道路和橋梁的結(jié)構(gòu)承載能力的要求。重量特性主要由車輛總重和軸重以及軸型和輪型表征。車輛總重或軸重越大，對(duì)道路和橋梁結(jié)構(gòu)承載能力的要求越高，同時(shí)，在使用過程中對(duì)道路和橋梁的損壞越嚴(yán)重，因而，所建工程的造價(jià)（投資）和工程的運(yùn)營(yíng)（維護(hù)）費(fèi)用便越高。為了兼顧道路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)部門及道路使用者雙方的利益和便利，對(duì)道路上行駛車輛的總重和軸重的最高值進(jìn)行定量限制。 各國(guó)對(duì)

6、道路上行駛車輛的最大軸重和總重有不同的限定。單軸最大允許軸重變動(dòng)于80130kN；雙聯(lián)軸最大允許軸重變動(dòng)于140210kN；三聯(lián)軸最大允許軸重變動(dòng)于180270 kN?？ㄜ嚨淖畲笤试S總重變動(dòng)于240400kN；半掛式和全掛式貨車的最大允許總重變動(dòng)于360500kN。我國(guó)公路部門規(guī)定的單軸最大允許軸重為60kN（每側(cè)單輪胎）或100kN（每側(cè)雙輪胎），雙聯(lián)軸最大允許軸重為100kN （每側(cè)單輪胎）或180kN（每側(cè)雙輪胎），三聯(lián)軸最大允許軸重為120kN（每側(cè)單輪胎）或220kN（每側(cè)雙輪胎）；卡車和單拖掛貨車的最大允許總重為400kN，雙拖掛或三拖掛貨車的最大允許總重為460kN。 我國(guó)公路標(biāo)

7、準(zhǔn)規(guī)定路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載為雙輪組單軸100KN。二、汽車的驅(qū)動(dòng)力及行駛阻力二、汽車的驅(qū)動(dòng)力及行駛阻力1、汽車的驅(qū)動(dòng)力、汽車的驅(qū)動(dòng)力燃料熱能活塞機(jī)械能產(chǎn)生有效功率N 曲軸產(chǎn)生每分鐘n的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn) 產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸扭矩M 離合器變速器傳動(dòng)軸主傳動(dòng)器差速器等驅(qū)動(dòng)輪 產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)輪扭矩MK 功率(N)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率,單位千瓦(Kw)/馬力（hp）, 1hp = 0.7457 kW.扭矩(M),表征汽車牽引力的大小,單位牛頓.米/千克.米,1千克.米=9.8牛頓.米燃油消耗(ge),發(fā)動(dòng)機(jī)每小時(shí)產(chǎn)生每千瓦功率消耗的燃油量，單位（克/千瓦/小時(shí)）轉(zhuǎn)速(n)，單位 轉(zhuǎn)/分鐘有一個(gè)簡(jiǎn)單的公式可以表明功率、牽引力和速度的關(guān)

8、系： 功率（N)(牽引力)扭矩(M)速度(V)2、汽車的行駛阻力、汽車的行駛阻力汽車在道路上行駛時(shí)須克服各種阻力，如滾動(dòng)阻力、空氣阻力、坡度阻力、彎道阻力和慣性阻力等。這些阻力一方面與道路的特性有關(guān)，如路面平整程度、坡度、彎道曲率半徑等，另一方面則隨車輛的運(yùn)行特性而變，如車輛總重、行駛速度、速度變化速率、車身迎風(fēng)面積和外廓線形等。（1 1）空氣阻力）空氣阻力(R(Rw w) ) 汽車行駛時(shí)的空氣阻力包括車輛迎風(fēng)面處的空氣直接作用、空氣越過車輛表面（包括車底）的摩阻力以及車后的局部真空。221VAKRw（3 3）坡度阻力）坡度阻力(R(Ri i) ) 汽車在坡道上行駛時(shí)，車輛受到其重量平行于坡面

9、的分力的作用。iGGRisin（2 2）滾動(dòng)阻力）滾動(dòng)阻力(R(Rf f) ) 汽車在道路上行駛時(shí)的滾動(dòng)阻力來源于輪胎表面于路面之間的摩阻滑移，輪胎橡膠在接觸表面處的彎曲變形，車輪滾過路表面突出的石子或不平整的破碎路面，車輛從道路的低洼處爬出，推動(dòng)車輪通過砂、雪或泥地，在輪、軸和組合器軸承處以及變速齒輪中的內(nèi)部摩阻等。fGfGRfcos滾動(dòng)阻力、坡度阻力均與道路狀況有關(guān)，且與總重力成正比，滾動(dòng)阻力、坡度阻力均與道路狀況有關(guān)，且與總重力成正比，表示為道路阻力：表示為道路阻力：ifGRR（5 5）慣性阻力）慣性阻力(R(RI I) )汽車行駛速度變化（加速或減速）時(shí)，車輛受到運(yùn)動(dòng)慣性阻力的作用。此

10、慣性阻力是車輛重量及加速或減速速率的函數(shù)。 式中，R為車輛總行駛阻力，kg。在車輛下坡或減速行駛時(shí)，式中的坡度阻力或慣性阻力為負(fù)值。由上述各項(xiàng)阻力的關(guān)系式可以看出，除空氣阻力外，其它各項(xiàng)阻力均與車輛的總質(zhì)量成正比；而除了坡度阻力和慣性阻力外，其它各項(xiàng)阻力還與車輛的行駛速度或速度平方成正比。因此，車輛總質(zhì)量和行駛速度是影響行駛阻力大小的兩項(xiàng)最主要的因素。IRwRRRR 綜合上述各項(xiàng)阻力，車輛在路上的總行駛阻力為：agGRI11221ki 汽車的行駛條件：汽車的行駛條件： 汽車在道路上行駛，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力等于汽車在道路上行駛，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力等于各種行駛阻力之和時(shí)，汽車就等速各種行駛阻力之和時(shí)，汽車就等速行駛；

11、當(dāng)驅(qū)動(dòng)力大于各種行駛阻力行駛；當(dāng)驅(qū)動(dòng)力大于各種行駛阻力之和時(shí)，汽車就加速行駛；當(dāng)驅(qū)動(dòng)之和時(shí)，汽車就加速行駛；當(dāng)驅(qū)動(dòng)力小于各種行駛阻力之和時(shí)，汽車力小于各種行駛阻力之和時(shí)，汽車就減速行駛，直至停車。所以，要就減速行駛，直至停車。所以，要使汽車行駛，必須具有足夠的驅(qū)動(dòng)使汽車行駛，必須具有足夠的驅(qū)動(dòng)力來克服各種行駛阻力。力來克服各種行駛阻力。三三 、汽車動(dòng)力性能及加、減速行駛、汽車動(dòng)力性能及加、減速行駛汽車的動(dòng)力性能系指汽車所具有的加速、上坡、最大速度等的性能，動(dòng)力性能越好，速度就越高，所能克服的阻力就大。這里為縱斷面設(shè)計(jì)提供依據(jù)。1、汽車的動(dòng)力特性圖、汽車的動(dòng)力特性圖GKAVrGMUDgaifGR

12、TDRRRTRRRTTwIRwIRw25.21)(02方程表明了汽車行駛時(shí)，驅(qū)動(dòng)力和各行駛阻力之間的平衡關(guān)系。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性、變速器傳動(dòng)比、主減速比、機(jī)械效率、車輪半徑、空氣阻力系數(shù)、汽車迎風(fēng)面積及汽車總質(zhì)量等初步確定后，便可利用此式分析汽車在良好路面（瀝青、混凝土路面）上的行駛能力，即確定節(jié)流閥全開時(shí)，汽車能達(dá)到的最高車速、加速能力和爬坡能力2、汽車的行駛狀態(tài)、汽車的行駛狀態(tài)汽車的動(dòng)力因數(shù)D，它表示某型汽車在海平面上，滿載情況下，每單位車重克服道路阻力和慣性阻力的性能。某檔動(dòng)力特性圖某檔動(dòng)力特性圖3、汽車的爬坡能力、汽車的爬坡能力4、汽車的加減速行程、汽車的加減速行程四、汽車的行駛穩(wěn)定性和

13、制動(dòng)性能四、汽車的行駛穩(wěn)定性和制動(dòng)性能1、汽車的縱向穩(wěn)定性、汽車的縱向穩(wěn)定性條件：勻速、慣性阻力為條件：勻速、慣性阻力為0，低速，忽略空氣阻力和滾動(dòng)阻力，低速，忽略空氣阻力和滾動(dòng)阻力傾覆：傾覆：滑移：滑移：ghltgaii200kGaGsinGGtgaiik穩(wěn)定性保證穩(wěn)定性保證：發(fā)生縱向傾覆前，先發(fā)生滑移。原因是：GGtgaiik1,12GGhlkg2、汽車的橫向穩(wěn)定性（曲線上）、汽車的橫向穩(wěn)定性（曲線上）原因：離心力的原因，部分靠超高產(chǎn)生的重力分量抵消，其余原因：離心力的原因，部分靠超高產(chǎn)生的重力分量抵消，其余靠橫向摩擦力抵消。靠橫向摩擦力抵消。gRGvF2傾覆：傾覆：滑移：滑移：橫向力系數(shù)

14、：橫向力系數(shù)：XYhhiRVigRvGX12722超高的概念（橫向坡度超高的概念（橫向坡度）1cos,sinaitgaahhgihbVR21272hhiVR1272穩(wěn)定性保證：穩(wěn)定性保證：發(fā)生橫向傾覆前，先發(fā)生滑移。原因：)7 . 06 . 0(h5.0,12hghb3、汽車的縱橫組合穩(wěn)定性、汽車的縱橫組合穩(wěn)定性上坡速度降低，耗費(fèi)增加，而下坡存在合成坡度，比較危險(xiǎn)。hiRVii1272max)(i224、制動(dòng)性能、制動(dòng)性能制動(dòng)性能使用制動(dòng)距離來評(píng)價(jià)：2542221VVS路面與輪胎之間的附著系數(shù),道路阻力系數(shù) f+i IRwRRRRT要制動(dòng)就施加制動(dòng)力P：方向與前進(jìn)方向相反，略去風(fēng)阻力。0IRR

15、RPGPGRRagGRI25421VS制動(dòng)到停止： 02V制動(dòng)距離： 五五 、汽車燃安油經(jīng)濟(jì)性、汽車燃安油經(jīng)濟(jì)性燃油消耗雖然同汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的效率密切相關(guān)，但很大程度上也受到道路和交通狀況的影響。燃油消耗隨行駛速度而變化，呈兩端高中間低的規(guī)律，即低速和高速行駛時(shí)油耗大，中速行駛時(shí)油耗相對(duì)較低。隨著路段縱坡的增大，由于需消耗部分功率以克服坡度阻力，燃油消耗迅速增加。而在彎道上行駛時(shí)，由于需克服彎道阻力，燃油消耗相應(yīng)增大，轉(zhuǎn)彎角度越大，油耗增加得越多，并且，行駛速度越高，油耗的增長(zhǎng)率越大。此外，隨著路面不平整程度的增加，由于滾動(dòng)阻力的增加，燃油消耗增大。綜合上述因素的影響，汽車的燃油消耗量可采用下述一

16、般關(guān)系式表示：121)/(PWgfHeHdIRIcvbvaFjs 第二節(jié)第二節(jié) 設(shè)計(jì)車輛設(shè)計(jì)車輛 及幾個(gè)主要問題及幾個(gè)主要問題 規(guī)范對(duì)各種車輛進(jìn)行歸類，將其尺寸標(biāo)準(zhǔn)化，稱為“設(shè)計(jì)車輛”，作為道路設(shè)計(jì)的依據(jù)。1、公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)將機(jī)動(dòng)車分為三種： 小客車 載重汽車 鞍式汽車2、城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范將機(jī)動(dòng)車分為三種： 小型汽車 普通汽車 鉸接車3、城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范將非機(jī)動(dòng)車分為四種： 自行車 三輪車 板車 獸力車路上行駛著不同類型的車輛，各具不同的尺寸，對(duì)道路的幾何尺寸分別提出不同的要求。道路幾何設(shè)計(jì)時(shí)，通常選擇一些車輛作為設(shè)計(jì)車輛設(shè)計(jì)車輛，這些車輛的尺寸和行駛特性要求將對(duì)設(shè)計(jì)起控制作用。設(shè)計(jì)車輛的選

17、擇依據(jù)道路的功能等級(jí)和使用該道路的車輛組成。轎車和卡車一般是道路設(shè)計(jì)選用的最小的車輛。大多數(shù)公路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮選擇一種半掛式組合貨車作為設(shè)計(jì)車輛，特別在彎道處設(shè)有路緣石或分隔帶時(shí)。我國(guó)公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范為三種類型的車輛：小客車、卡車和半掛車（鉸接車），分別規(guī)定了設(shè)計(jì)車輛的外廓尺寸，作為設(shè)計(jì)時(shí)的控制指標(biāo)。表列出了有關(guān)的規(guī)定值。此外，還限定了路上行駛車輛的總長(zhǎng)度不得超過20m；總高度不得超過4.3m；寬度不得超過3m。公路和城市道路設(shè)計(jì)用的設(shè)計(jì)車輛外廓尺寸（m） 車車輛輛類類型型 長(zhǎng)長(zhǎng)度度 寬寬度度 高高度度 前前懸懸 后后懸懸 軸軸距距 小小客客車車 6(5) 1.8(1.8) 2

18、(1.6) 0.8(1.0) 1.4(1.3) 3.8(2.7) 卡卡車車 12(12) 2.5(2.5) 4(4) 1.5(1.5) 4(4) 6.5(6.5) 半半掛掛車車（鉸鉸接接車車） 16(18) 2.5(2.5) 4(4) 1.2(1.7) 2(3.8) 4+8.8(5.8+6.7) 注：括號(hào)外數(shù)值公路的設(shè)計(jì)車輛外廓尺寸；括號(hào)內(nèi)數(shù)值為城市道路的設(shè)計(jì)車輛外廓尺寸。 1 1、計(jì)算行車速度（設(shè)計(jì)車速）、計(jì)算行車速度（設(shè)計(jì)車速） 當(dāng)氣候條件良好，交通密度小，車輛行駛只受道路條件的影響時(shí)，具有中等駕駛技術(shù)的駕駛?cè)藛T能安全順適地駕駛車輛的速度。設(shè)計(jì)速度是公路設(shè)計(jì)時(shí)確定其幾何線形的最關(guān)鍵參數(shù)，我國(guó)從20 世紀(jì)50 年代起引入了設(shè)計(jì)車速的概念作為路線設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)指標(biāo)，根據(jù)車輛動(dòng)力性能和地形條件確定了不同等級(jí)公路的設(shè)計(jì)速度指標(biāo)，各級(jí)公路按地形條件的差別從20km/h 到120km/h 設(shè)計(jì)速度一經(jīng)選定，公路的所有相關(guān)要素如視距、超高