道路勘测设计 2第三章纵断面设计第2节2Sppt课件.ppt 71页

第二节汽车的动力性能一、汽车的行驶理论(theoryofautomobilerunning)的主要内容二、汽车行驶对路线的要求三、汽车的牵引力Pt(tractiveforce)及行驶阻力R(resistancetomotionofmotorvehicle)四、汽车的行驶条件五、动力因数(dynamicforce)及行驶性能图六、汽车的行驶状态汽车的最高速度与最小稳定速度七、理想的最大坡度与不限长度的最大坡度八、加减速行驶行程与坡长限制九、汽车行驶的纵向稳定性 五、动力因数(dynamicforce)及行驶性能图汽车的动力性能：反映汽车行驶性能的指标。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。（一）汽车的动力因数（二）汽车动力特性图 汽车的运动方程式：改变形式：上式等号左端Pt-Rw称为汽车的剩余牵引潜力（后备驱动力）。Pt、Rw之值均与汽车的构造和行驶速度有关。（一）汽车的动力因数 令上式左端为D，即为使不同类型汽车的动力性进行比较，且有相同的评价尺度，将上式两端分别除以车辆总重G，得D称为动力因数，它表征某型汽车在海平面高程上，满载情况下，每单位车重克服道路阻力和惯性阻力的性能。3-283-29或： D可表示为速度V的二次函数：3-30或： 五、动力因数(dynamicforce)及行驶性能图汽车的动力性能：反映汽车行驶性能的指标。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。（一）汽车的动力因数（二）汽车动力特性图 计算出同一个挡位不同n时的V，然后以海平面为标准情况，以这时的Pt、k为标准，按公式3-30计算不同V时的D值，得图3.5。图3.5汽车的动力特性图用曲线表示D与V的函数关系，称为动力特性图。1、绘制过程在已知外特性曲线的前提下，按（二）汽车动力特性图 2、使用中对D的修正动力因数和动力特性图是按海平面及汽车满载情况下的标准值计算绘制的。当道路所在地不在海平面上，汽车也不是满载，由于海拔增高，气压降低，使发动机输出功率、汽车的驱动力及空气阻力都随之降低，所以，应对动力因数D进行修正。方法是给D乘以一个修正系数λ，λ称为海拔荷载修正系数:式中：ξ——海拔系数，见图3-6或：式中：H----为海拔高度（m）；G——满载时汽车的总重力（N）；G′——实际装载时汽车的总重力（N）。则： 满载λ与H的关系图3-6海拔系数图海拔系数ξ 3、D值的使用范围受的控制，增大，Dφ增大，若取最大值，Dφ亦取最大值，D值大于Dφ汽车将不能稳定行驶了。在同一图中绘出Dφ曲线（如图3.5），只有在Dφ曲线以下的部分动力特性才能分析汽车的牵引平衡。图3.5汽车的动力特性图已知：若以代替Pt有： 4、特性图的作用应用汽车动力特性图可以确定：1）汽车各排挡在正常行驶条件下的速度范围：临界速度Vk：D最大时的速度，速度小于Vk将出现不稳定行驶。限制速度Vmax：转速最大时的V，当阻力大于此排挡时的阻力时应换低挡，反之换高挡。2）汽车在一定的道路状况下可能的行驶速度和在一定的速度下可能爬的坡度。3）在一定的道路状况下，确定汽车行驶的加减速情况，并确定最大的加速率和最小减速率。 第二节汽车的动力性能一、汽车的行驶理论(theoryofautomobilerunning)的主要内容二、汽车行驶对路线的要求三、汽车的牵引力Pt(tractiveforce)及行驶阻力R(resistancetomotionofmotorvehicle)四、汽车的行驶条件五、动力因数(dynamicforce)及行驶性能图六、汽车的行驶状态及最高速度与最小稳定速度七、理想的最大坡度与不限长度的最大坡度八、加减速行驶行程与坡长限制九、汽车行驶的纵向稳定性 六、汽车的行驶状态及最高速度与最小稳定速度（一）汽车的几种行驶状态（二）汽车的最高、最小速度 2、汽车加速行驶：六、汽车的行驶状态及最高速度与最小稳定速度由得1、汽车等速行驶：当ψ=D时:a＝03、汽车减速行驶：式中：ψ——道路阻力系数当汽车的动力因数为D，道路阻力为ψ，汽车的行驶状态有以下三种情况：当ψ＜D时当ψ>D时：（一）汽车的几种行驶状态 平衡速度：任意的D＝ψ相应等速行驶的速度，用VP表示。临界速度：每一排档最大动力因数Dmax对应的速度，用Vk表示。图3-7平衡速度与行驶状态分析图3-8某排挡动力特性图 六、汽车的行驶状态及最高速度与最小稳定速度（一）汽车的几种行驶状态（二）汽车的最高、最小速度 （二）汽车的最高、最小速度1、汽车的最高速度：是指节流阀全开、满载（不带挂车）、在表面平整坚实水平路段上作稳定行驶时的速度。某一排档的最高速度Vmax：图3-8某排挡动力特性图 2、汽车的最小稳定速度：是指满载（不带挂车）在路面平整坚实的水平路段上，稳定行驶时的最低速度（即临界速度Vk）。图3-8某排挡动力特性图某一排档的最小速度Vmin：与最大的D对应的速度为本排档位的最小稳定速度Vk 3、平衡速度：任意的D＝ψ相应等速行驶的速度，用VP表示。图3-7平衡速度与行驶状态分析在每一排档，只有采用最高、最小速度之间的速度行驶，行车才是稳定的 第二节汽车的动力性能一、汽车的行驶理论(theoryofautomobilerunning)的主要内容二、汽车行驶对路线的要求三、汽车的牵引力Pt(tractiveforce)及行驶阻力R(resistancetomotionofmotorvehicle)四、汽车的行驶条件五、动力因数(dynamicforce)及行驶性能图六、汽车的行驶状态及最高速度与最小稳定速度七、理想的最大坡度与不限长度的最大坡度八、加减速行驶行程与坡长限制九、汽车行驶的纵向稳定性 七、理想的最大坡度与不限长度的最大坡度（一）汽车的爬坡能力（二）理想的最大坡度i1（三）不限长度的最大坡度i2（四）i1、i2的计算 最大爬坡度：指汽车在坚硬路面上用最低档作等速行驶时所能克服的最大坡度。λDImax=f+iλDImax=f+sinα/cosα解此三角函数方程式，得最大坡角：汽车的爬坡能力是指汽车在良好路面上等速行驶时克服了其它行驶阻力后所能爬上的纵坡度。a=0，则i=λD-f七、理想的最大坡度与不限长度的最大坡度（一）汽车的爬坡能力 七、理想的最大坡度与不限长度的最大坡度（一）汽车的爬坡能力（二）理想的最大坡度i1（三）不限长度的最大坡度i2（四）i1、i2的计算 （二）理想的最大坡度i1所谓理想最大坡度i1就是汽车能以不变的较高的车速行驶，其所能克服的坡度就为理想最大坡度。1、i1的定义：载重汽车在油门全开的情况下，持续以V1行驶所能克服的坡度。2、车型：较重型的载重车。3、V1（称为“希望速度”）的规定：低等级路为设计速度；高等级路为载重车的最高速度，一般以高挡最大速度计。4、i1的计算过程如下：a.根据V1，由动力特性图即D——V曲线查出D1；b.计算c.计算i1。 七、理想的最大坡度与不限长度的最大坡度（一）汽车的爬坡能力（二）理想的最大坡度i1（三）不限长度的最大坡度i2（四）i1、i2的计算 （三）不限长度的最大坡度i2我们总希望道路的坡度小于i1，汽车可以以最高速度行驶，但常因地形等条件的制约往往不易达到，故必须允许汽车行驶速度可以由V1减到V2，以获得克服较大坡度i2的能力。1、的i2定义：汽车行驶速度由V1减到V2，然后以V2的速度等速行驶，这时所能克服的坡度为i2。2、V2的规定：V2称为“允许速度”，其值不得小于1/2V设～2/3V设。3、i2的计算过程如下：a.根据V2，由动力特性图，即D——V曲线查出D2；b.计算c.计算i2 七、理想的最大坡度与不限长度的最大坡度（一）汽车的爬坡能力（二）理想的最大坡度i1（三）不限长度的最大坡度i2（四）i1、i2的计算 （四）i1、i2的计算结果，如表3.5。i1、i2计算表表3.5设计速度V120100806040f（%）f1.01.01.01.51.5减速范围V1V2806580608060604540＜25查图3.5D1D21.92.71.92.91.92.92.93.25.35.9H=0λ=1.2λD1λD22.33.22.33.52.33.53.53.86.47.1i1i21.32.21.32.51.32.52.02.34.95.6H=1000λ=1.06λD1λD22.02.42.03.12.03.13.13.45.66.3i1i21.01.41.02.11.02.11.61.94.14.8H=2000λ=0.94λD1λD21.82.51.82.71.82.72.73.05.05.5i1i20.81.50.81.70.81.71.21.53.54.0H=3000λ=0.83λD1λD21.62.21.62.41.62.42.42.74.44.9i1i20.61.20.61.40.61.40.91.22.93.4从表中计算结果看出海拔高度对i1、i2的影响是较大的，故高原要对坡度进行折减 例3.1某沿海公路，H=0，V设=60公里/小时，设汽车满载。V2=1/2V设，=0.01，试求i2。解：λ=，λ=1，因H=0、汽车满载，则=1、以V2查图3.5得D=0.059，i2=λD-f=0.059-0.01=0.049≈5%。例3.2设H=1500，条件同例3.1，求i2。解：同例3.1得λ=0.835，以V2查图3.5得D=0.059，i2=λD-f=0.835×0.059-0.01=0.049-0.01=0.039≈4%。 第二节汽车的动力性能一、汽车的行驶理论(theoryofautomobilerunning)的主要内容二、汽车行驶对路线的要求三、汽车的牵引力Pt(tractiveforce)及行驶阻力R(resistancetomotionofmotorvehicle)四、汽车的行驶条件五、动力因数(dynamicforce)及行驶性能图六、汽车的行驶状态及最高速度与最小稳定速度七、理想的最大坡度与不限长度的最大坡度八、加减速行驶行程与坡长限制九、汽车行驶的纵向稳定性 八、加减速行驶行程与坡长限制（一）加、减速行程计算公式（二）换档时的速度损失（三）总行程（四）陡坡的最大长度和缓坡的最小长度（五）加、减速行程图应用 由ds=vdt，a=dv/dt，得：八、汽车的加、减速行程和坡长限制（一）加、减速行程计算公式 则：从上式可知，当确定了VI和VE之后就可以通过求积计算出S来，但其是i的函数。由此可以确定：1、汽车在道路上行驶一定距离时，车速从VI变到VE可以克服的坡度；2、汽车在具有一定坡度的道路上行驶时，车速从VI变到VE可能的行程。从而建立了坡度和坡长的关系。3-36设初速V1，终速V2 八、加减速行驶行程与坡长限制（一）加、减速行程计算公式（二）换档时的速度损失（三）总行程（四）陡坡的最大长度和缓坡的最小长度（五）加、减速行程图应用 （二）换档时的速度损失以上从VI变到VE假设是连续的，而汽车是分几个排挡的，从低速加速（或相反），中间是要换挡的，换挡的当口汽车脱离了发动机，而自由滑行产生速度的损失，相当于积分区间的中断，故上述距离要进行修正。1、换挡范围设Ⅰ挡速度范围0～15km/h；Ⅱ挡速度范围15～25km/h；Ⅲ挡速度范围25～45km/h；Ⅳ挡速度范围45～80km/h。 2、速度损失1）换挡时间换挡进程需要一定时间tn，且换挡时汽车在滑行行驶，速度有所降低ΔVn。换挡时间tn与变速器结构及发动机型号有关，如表3.6。变速器型号换挡时间tn（s）汽油发动机柴油发动机无同步器变速器有同步器变速器半自动变速器1～30.2～0.30.05～0.11～51～1.5---换挡时间表表3.6 2）换挡时的速度损失ΔVn换挡时速度的降低ΔVn与tn及公路阻力系数φ有关。换挡时汽车自由滑行，即汽车结构中的摩阻力和空气阻力都可以予以忽略3-373）换挡时的滑行距离车速损失故：则：中的 八、加减速行驶行程与坡长限制（一）加、减速行程计算公式（二）换档时的速度损失（三）总行程（四）陡坡的最大长度和缓坡的最小长度（五）加、减速行程图应用 （三）总行程加速行程3.383.39已经看出S的计算是较繁杂的，而我们实用中并不要求很高的精度，且要应用方便，这样将行程与(f+i)/λ的关系绘成图，称为加减速行程图，如图3.9所示。减速行程 图3.9加减速行程图 应用加减速行程图可以解决如下的问题：1）在已知道路阻力系数(f+i)/λ的条件下，用给定的VI和VE求出加减速行程。2）在已知道路阻力系数(f+i)/λ的条件下，用给定的VI和Smin求出VE。前者用于计算限制坡长，后者用于计算出已设计出的路的沿线可能的最高车速图。 八、加减速行驶行程与坡长限制（一）加、减速行程计算公式（二）换档时的速度损失（三）总行程（四）陡坡的最大长度和缓坡的最小长度 （四）陡坡的最大长度和缓坡的最小长度前面对各种设计车速假定了车型，规定了“希望速度”V1和“容许速度”V2，从而得出了“理想的最大坡度i1和不限长度的最大坡度i2”。以下明确陡坡iD和缓坡iA的意义。iD——陡坡，凡大于i1的坡度都称之为陡坡，汽车在陡坡上行驶将减速行驶，初速为V1，终速为V2，所以当坡度大于i2时，坡长都应限制。iA——缓坡，凡小于等于i1的坡度都称之为缓坡，汽车在缓坡上行驶将加速，初速为V2，终速为V1，所以当道路的设计坡度大于i2时，当汽车的行驶速度下降到V2以前，应按排一段坡度小于i1的坡度，以使车速得以恢复。 限制坡长的具体计算可按如下步骤进行：1、在已知道路设计速度V的前提下，确定V1和V2；2、确定最小坡长Smin，最小坡长的限制是为了避免出现锯齿型崎岖不平的现象，且便于平面的合理布置及平纵的配合。为此最小坡长一般以9秒行程控制，即：3、利用汽车加减速行程图3.9确定在不同的道路阻力系数下，汽车行驶速度从V1（V2）减速（加速）到V2（V1）的行驶距离λS。结果见表3.11。在纵断面的设计中，当陡坡的长度大于限制长度时，应安排一段缓坡，用以恢复在前一段陡坡上降低的速度。初速设为V2，终速为V1，缓坡的长度应适应这个加速过程的需要。所谓陡坡长度是指汽车行驶速度从V1降到V2，在大于i1的坡道上的行驶距离；缓坡长度是指汽车行驶速度从V2恢复到到V1，在小于i1的坡道上的行驶距离。实际设计中，当陡坡未用足限制长度时，其所接的缓坡长度也可适当减短。 东风EQ-140加、减速行程图0 图3-9加减速行程图的用法1）在已知道路阻力系数(f+i)/λ的条件下，用给定的VI和VE求加速最短行程Sa和减速最大行程Sd。2）在已知道路阻力系数(f+i)/λ的条件下，用给定的VI和λSa或λSd求出VE。前者用于计算限制坡长，后者用于计算出已设计出的路的沿线可能的最高车速图。λs应用加减速行程图可以解决如下的问题： 不同纵坡最大坡长表3.11公路等级高速公路一二三四设计速度(km／h)1201008010080608060403020纵坡坡度(％)3900100011001000110012001100120047008009008009001000900100011001100120056007006007008007008009009001000650060050060070070080075005006008300400920030010200 第二节汽车的动力性能一、汽车的行驶理论(theoryofautomobilerunning)的主要内容二、汽车行驶对路线的要求三、汽车的牵引力Pt(tractiveforce)及行驶阻力R(resistancetomotionofmotorvehicle)四、汽车的行驶条件五、动力因数(dynamicforce)及行驶性能图六、汽车的行驶状态及最高速度与最小稳定速度七、理想的最大坡度与不限长度的最大坡度八、加减速行驶行程与坡长限制九、汽车行驶的纵向稳定性 九、汽车的行驶稳定性(runningstability)汽车的行驶稳定性是指汽车在行驶过程中，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。稳定性表现：滑移倾覆 纵向稳定性(longitudinalstability)：表现：倾覆滑移（倒溜） 九、汽车的行驶稳定性(runningstability)（一）汽车行驶的纵向稳定性(longitudinalstability)（二）汽车行驶的横向稳定性(lateralstability)（三）汽车行驶的纵横组合向稳定性 对O2点取矩有：Z1L-Gl2cosα0+Ghgsinα0=0（一）汽车行驶的纵向稳定性(longitudinalstability)1、纵向倾覆： 临界状态：汽车前轮法向反作用力Z1为零。令Z1=0，由式Z1L-Gl2cosα0+Ghgsinα0=0得：结论：当坡道倾角α≥α0（或道路纵坡i≥i0）时，汽车可能产生纵向倾覆。 2、纵向滑移临界状态：下滑力等于驱动轮与路面的附着力Gsinα＝G驱因为sinαtgα=i，则纵向滑移临界状态条件：结论：当坡道倾角α≥α，或道路纵坡度i≥i时，汽车可能产生纵向滑移。 3、纵向稳定性的保证即汽车在坡道上行驶时，在发生纵向倾覆之前，首先发生纵向滑移现象。道路设计只要满足不产生纵向滑移，就可避免汽车的纵向倾覆现象出现。汽车行驶时纵向稳定性的条件为一般接近于1，而远远小于1，所以i