道路規(guī)劃與幾何設(shè)計(jì)一二

道路規(guī)劃與幾何設(shè)計(jì)

同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院

第二章汽車行駛理論本章主要內(nèi)容（共3次）：一、車輛類型、尺寸、重量和構(gòu)造（1）二、汽車的驅(qū)動(dòng)力（1）及行駛阻力（2）三、汽車的動(dòng)力特性及加、減速性能（2）四、汽車的安全穩(wěn)定性及制動(dòng)性能（3）五、車輛運(yùn)行費(fèi)（3）道路運(yùn)輸?shù)妮d運(yùn)工具主要為利用燃油（汽油、柴油）、電或其它能源作動(dòng)力，通過輪胎在各種道路上行駛的車輛，如汽車（客車和貨車等）、無軌電車、各種裝卸載運(yùn)車輛、摩托車等。道路運(yùn)輸工程設(shè)施的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，要考慮并滿足這些設(shè)施的使用對(duì)象——載運(yùn)工具的運(yùn)行特性要求。例如，工程設(shè)施的幾何設(shè)計(jì)要能容納車輛在體積尺寸和通行能力方面的使用要求，而工程設(shè)施的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則要能經(jīng)受住車輛質(zhì)量的重復(fù)作用等。因此，道路工程的規(guī)劃和設(shè)計(jì)人員，雖然不需要了解和掌握運(yùn)載工具的設(shè)計(jì)、制造和使用知識(shí)，但必須了解它們的運(yùn)行特性，以便規(guī)劃和設(shè)計(jì)出能滿足其使用要求的各項(xiàng)工程設(shè)施。本章首先介紹車輛（主要是汽車）的類型、尺寸和質(zhì)量方面的知識(shí)，而后進(jìn)一步介紹同工程設(shè)施規(guī)劃和設(shè)計(jì)有關(guān)的一些運(yùn)行特性，如行駛阻力、功率、加速和減速性能以及車輛運(yùn)行費(fèi)。一、車輛類型、尺寸、重量和構(gòu)造1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

小客車為二軸-四輪車輛，可坐2～6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6.8～18kN范圍內(nèi)；車身長(zhǎng)度在3.5~5.6m之間，前后軸的中心距變動(dòng)于2.3~3.1m之間，車身后緣到后軸的長(zhǎng)度（后懸距離）為0.6~1.5m之間；車身寬度為1.6~2.0m，高度為1.15~1.65m之間。（2）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6～15人。（3）公共汽車

小型公共汽車通常有15～25個(gè)座位，供短途運(yùn)輸用，其車身長(zhǎng)約為5.5～7.6m，寬為2.0～2.5m。中型公共汽車可為二軸或三軸，車身長(zhǎng)9～12m，寬2.4～2.6m，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16～18m，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（圖2-1(a)）?？ㄜ嚢ǘS四輪（輕型卡車）、二軸六輪、三軸（雙后軸）和四軸（三后軸）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45～180kN范圍內(nèi)，而三軸和四軸卡車的總重量可高達(dá)260～300kN。（5）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。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。組合式貨車的總重量一般可達(dá)到400～500kN，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)車輛前面已講過。3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)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80~130kN；雙聯(lián)軸最大允許軸重變動(dòng)于140~210kN；三聯(lián)軸最大允許軸重變動(dòng)于180~270kN?？ㄜ嚨淖畲笤试S總重變動(dòng)于240~400kN；半掛式和全掛式貨車的最大允許總重變動(dòng)于360~500kN。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)準(zhǔn)規(guī)定路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載為雙輪組單軸100KN。具體內(nèi)容應(yīng)在路基路面課程中講述。4汽車的構(gòu)造

/web/jiaoxue/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1-離合器2-變速器3-萬向節(jié)4-驅(qū)動(dòng)橋5-差速器6-半軸7-主減速器8-傳動(dòng)軸圖為傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)縱向安裝在汽車前部，后橋驅(qū)動(dòng)的4×2汽車布置示意圖。發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的動(dòng)力經(jīng)離合器、變速器、萬向傳動(dòng)裝置傳到驅(qū)動(dòng)橋。在驅(qū)動(dòng)橋處，動(dòng)力經(jīng)過主減速器、差速器和半軸傳給驅(qū)動(dòng)車輪。1-發(fā)動(dòng)機(jī)2-離合器3-變速器4-變速器輸入軸5-變速器輸出軸6-差速器7-車速表驅(qū)動(dòng)齒輪8-主減速器從動(dòng)齒輪發(fā)動(dòng)機(jī)前置、縱置，前橋驅(qū)動(dòng)，使得變速器和主減速器連在一起，省掉了它們之間的萬向傳動(dòng)裝置。

傳動(dòng)系：發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線燃料→熱能→活塞、曲軸→機(jī)械能→作功傳動(dòng)系：離合器：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：變速箱：作用：減速增扭

1-輸入軸2-軸承3-接合齒圈4-同步環(huán)5-輸出軸6-中間軸7-接合套8-中間軸常嚙合齒輪此變速器有五個(gè)前進(jìn)檔和一個(gè)倒檔，由殼體、第一軸（輸入軸）、中間軸、第二軸（輸出軸）、倒檔軸、各軸上齒輪、操縱機(jī)構(gòu)等幾部分組成。傳動(dòng)系：萬向傳動(dòng)：作用：柔和接觸、傳動(dòng)1-萬向節(jié)2-傳動(dòng)軸3-前傳動(dòng)軸4-中間支承傳動(dòng)系：主傳動(dòng)器、減速器：作用：①減速、增扭，②動(dòng)力轉(zhuǎn)90°方向。1-軸承；2-左外殼；3-墊片；4-半軸齒輪；5-墊圈；6-行星齒輪；7-從動(dòng)齒輪；8-右外殼；9-十字軸；10-螺栓二、汽車的驅(qū)動(dòng)力及行駛阻力1、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=0.7457kW.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)系：

功率（N)＝(牽引力)扭矩(M)×速度(V)上述四種關(guān)系曲線，構(gòu)成了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性曲線（發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性曲線），油門全開時(shí)稱發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線，否則稱發(fā)動(dòng)機(jī)部分負(fù)荷特性曲線。（1）發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線功率曲線扭矩曲線最小轉(zhuǎn)速最大轉(zhuǎn)速汽油發(fā)動(dòng)機(jī)外特性（2）驅(qū)動(dòng)輪扭矩（3）汽車的牽引力（T）功率（N)＝(牽引力)扭矩(M)×速度(V)Mk用力偶T和Ta表示，Ta平衡路面反作用力F，T平衡汽車阻力R有關(guān)嫁計(jì)算阿的匯波總：(1)M和N的關(guān)系糞（公式2-侍1）(2)r和V的關(guān)系護(hù)（公式2-5）(3)T和V的關(guān)絞系（昌公式2-6戀,2-吃7）汽車驅(qū)政動(dòng)力圖2、汽尖車的生行駛壘阻力汽車燒在道編路上雪行駛腫時(shí)須遺克服享各種爹阻力小，如謝滾動(dòng)鑰阻力都、空更氣阻不力、鞏坡度聞阻力水、彎砍道阻塌力和受慣性墻阻力敲等。樂這些粘阻力些一方感面與皮道路皮的特米性有榆關(guān)，租如路戴面平踩整程前度、伏坡度持、彎鍛道曲雖率半冠徑等猶，另奸一方尤面則滾隨車營(yíng)輛的序運(yùn)行毀特性水而變六，如絮車輛虛總重松、行茫駛速世度、年速度裙變化榆速率液、車乓身迎肅風(fēng)面儉積和綠外廓棗線形葛等。（1）空氣攻阻力(Rw)汽車播行駛起時(shí)的箏空氣銷阻力府包括葬車輛尿迎風(fēng)型面處隸的空逗氣直戚接作仿用、確空氣逐越過洲車輛地表面侄（包倘括車氣底）附的摩它阻力杯以及徑車后互的局亭部真貼空。（3）坡度卸阻力(Ri)汽車荷在坡房誠(chéng)道上箏行駛漁時(shí)，捏車輛低受到唉其重癢量平枯行于吸坡面烘的分殘力的株作用巷。（2）滾鍋動(dòng)阻淘力(Rf)汽車在值道路上臨行駛時(shí)輸?shù)臐L動(dòng)易阻力來限源于輪早胎表面硬于路面鼠之間的原摩阻滑延移，輪狼胎橡膠撥在接觸攏表面處顆的彎曲膊變形，助車輪滾殘過路表喜面突出斧的石子哨或不平夸整的破組碎路面乳，車輛宰從道路誤的低洼首處爬出立，推動(dòng)區(qū)車輪通述過砂、輩雪或泥堤地，在巖輪、軸怪和組合肺器軸承底處以及凈變速齒憂輪中的辯內(nèi)部摩塘阻等。以上均攪與道路釘狀況有別關(guān)，且險(xiǎn)與總重息力成正盼比，表封示為道抄路阻力塌：（5）慣性疑阻力(RI)汽車行鴿駛速度賺變化（緣瑞加速或信減速）叮時(shí)，車友輛受到初運(yùn)動(dòng)慣立性阻力獸的作用大。此慣拆性阻力穿是車輛震重量及鋒加速或邊減速速粉率的函套數(shù)。式中，Rm為車當(dāng)輛總笑行駛廊阻力揪，kg。在車輛狂下坡或宅減速行旦駛時(shí)，婚式中的理坡度阻晃力或慣隨性阻力拘為負(fù)值侍。由上理述各那項(xiàng)阻岸力的利關(guān)系械式可弦以看蛾出，該除空慣氣阻蓋力外垃，其攪它各剪項(xiàng)阻訊力均捆與車涉輛的境總質(zhì)名量成沃正比顧；而查除了離坡度伙阻力后和慣位性阻首力外刃，其插它各票項(xiàng)阻洲力還似與車校輛的變行駛口速度局或速排度平遠(yuǎn)方成略正比殊。因夸此，透車輛匆總質(zhì)倘量和以行駛談速度斬是影幸響行獵駛阻之力大松小的隊(duì)兩項(xiàng)鑰最主鉆要的拐因素腫。綜合上國(guó)述各項(xiàng)胡阻力，怕車輛在誓路上的老總行駛熊阻力為免：T=R時(shí),勻速??；T>昌R,加速塵；T<R腳,減速,考慮到呀部分開爐啟，使懶用負(fù)荷唐率U修正，秤并帶入痕有：3、汽車清的平衡浪方程式爹和行駛富條件（1）平扁衡方程禽式驅(qū)動(dòng)筑輪荷吐載；天附淚著力錢系數(shù)（2）行駛純條件條件一孟：驅(qū)動(dòng)芽力大于準(zhǔn)等于總拴阻力條件二夏：驅(qū)動(dòng)綿力小于擋等于附端著力三塵、汽食車動(dòng)戶力性財(cái)能及趨加、萍減速域行駛汽車繁的動(dòng)幟力性傷能系核指汽務(wù)車所夸具有企的加劫速、禾上坡弓、最喘大速并度等鋸的性免能，柱動(dòng)力芳性能恩越好攜，速游度就尤越高物，所婆能克謠服的抱阻力脹就大躁。這飾里為鹿縱斷提面設(shè)棉計(jì)提眼供依掀據(jù)。1、汽巧車的界動(dòng)力殖特性絹圖2、汽窗車的猴行駛獸狀態(tài)汽車的針動(dòng)力因遷數(shù)D，它表示乒某型汽粒車在海掌平面上殲，滿載捉情況下絡(luò)，沒單視位車重島克服道可路阻力曾和慣性滾阻力的裙性能。穩(wěn)定程行駛掏狀態(tài)不穩(wěn)定腸行駛狀糠態(tài)某檔訂動(dòng)力牢特性始圖3、汽程車的管爬坡抗能力4、汽鐵車的塊加減廈速行隨程四、汽談車的行日駛穩(wěn)定薯性和制項(xiàng)動(dòng)性能1、汽螺車的早縱向肆穩(wěn)定鞋性條件：條勻速、提慣性阻喚力為0，低速撲，忽略膨空氣阻炒力和滾船動(dòng)阻力傾覆：滑移：穩(wěn)定異性保吐證：發(fā)生攏縱向聽傾覆頭前，誰先發(fā)權(quán)生滑晴移。旦原因島是：附著瘡系數(shù)縱坡2、汽共車的彼橫向繼穩(wěn)定培性（腫曲線機(jī)上）原因：括離心力亞的原因衣，部分罪靠超高濕產(chǎn)生的策重力分梁量抵消揪，其余禍靠橫向飾摩擦力嘗抵消。傾覆美：滑移：橫向力依系數(shù)：超高段的概寨念（姐橫向甩坡度）穩(wěn)定性放保證：發(fā)生塌橫向跪傾覆印前，魚先發(fā)禍生滑陳移?；煸虺剩簷M向力院系數(shù)附著系隙數(shù)橫向礎(chǔ)附著組系數(shù)3、汽車葬的縱橫版組合穩(wěn)繩定性上坡速度降外低，耗增費(fèi)增加鉤，而下嶄坡存在繪合成坡暑度，比奧較危險(xiǎn)地。4、制室動(dòng)性迎能制動(dòng)性遣能使用謹(jǐn)制動(dòng)距嚇離來評(píng)汁價(jià)：路面與萄輪胎之