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道路行车特性

[拼音]:daolu xingche texing

[外文]:vehicle riding characteristics on road

汽车在道路上行驶的特有性能。着重研究汽车行驶与道路的关系以及对道路路线设计的要求,是道路几何设计的主要理论依据。主要内容有:路上的汽车类型和性能;汽车行驶时力的平衡;汽车的动力特性与经济特性;汽车的制动与安全性;汽车夜间行车特性等。

汽车类型和性能

按汽车在道路上的运行特性可分为四种类型:

(1)小客车;

(2)载重汽车;

(3)大客车和公共汽车;

(4)带有拖挂的牵引车。其主要性能有载重量或载客量,空车重量,外形尺寸,轮距和轴距,最高车速,耗油率,最大功率,爬坡能力,最小转弯半径,轮胎尺寸和气压等。在美、日、西欧等工业发达国家,路上以小客车为主,占70%以上;中国道路上以载重汽车和大客车为主,占70%以上。小车车速高,外形小;大车车速低,外形大;两者具有明显不同的行车特点。横断面设计中,有条件时应建造每向快慢车分开的多个车道,以适应不同车型需要,排除互相干扰;车道宽度以及弯道上的加宽值也应按不同车型的外形和性能确定。在道路平面和纵断面设计中,车速、爬坡性能、耗油率等都是确定各几何要素的重要依据。

汽车行驶时力的平衡

汽车在直线上行驶时前进的动力称为牵引力P,它全部消耗于克服汽车运动时的各项阻力,即滚动阻力Zf、空气阻力Zw、升坡阻力Zi及加速阻力Zj

P=Zf+Zw+Zi+Zj

牵引力决定于汽车发动机的有效功率。各项阻力除与车速和车型有关外,还直接与道路的外形和路面状况有关。在道路几何设计中,为合理布设纵坡和坡段长度,必须对汽车行驶时力的平衡进行分析研究。汽车在弯道上行驶时,由于离心力的作用,可能产生横向倾覆与侧向滑移。弯道半径愈小,促使不稳定的横向力愈大,除了依靠路面的横向摩阻外,常采用超高来增强横向稳定。在平面弯道各要素(曲线半径、超高、缓和曲线等)的设计中,除保证行车横向稳定和安全外,还要考虑乘客在车内的舒适程度以及汽车燃料和轮胎的磨耗状况。

汽车的动力特性

汽车行驶的动力来自它的内燃发动机。在发动机里,燃料的热能转变为机械能产生有效功率N(千瓦),使发动机曲轴每分钟旋转n次并在轴上产生转矩M(M=9549N/n,牛顿・米),曲轴转矩传递到驱动轮(一般为汽车后轮),需通过离合器、变速箱、传动轴、主传动器、差速器和后半轴等传力机构,因此需乘上变速箱和主传动器的传动比iki0及传力系统的机械效率η,才能得出驱动轮上的转矩值Mk(MkMηiki0),驱动扭矩使车辆与路面的接触点处发生作用于路面上的周缘力,由此产生的反作用力就是促使汽车前进的牵引力P(P=(Mk/rkrk为车轮半径),作用于汽车上四项阻力中的空气阻力Zw仅与汽车的外形、性能和车速有关而与道路的状况无关,故将牵引力减去空气阻力称为道路上汽车的有效牵引力。将汽车的有效牵引力除以汽车全重G,可得汽车单位重量的有效牵引力,称为汽车动力特性D[D=(P-Zw)/G],它是评价道路上汽车行车特性的基本度量值。

汽车发动机的有效功率与发动机曲轴转速之间的关系曲线称为发动机的外特性,是发动机的基本特性。根据发动机的有效功率可以算出汽车的动力特性,根据曲轴转速除以传动比可得到汽车车速,由此而得出的汽车动力特性与车速的关系曲线,称为汽车动力特性图。解放牌CA-10型汽车动力特性如图所示。有了动力特性图,可以解决在各个不同情况的道路上汽车运动计算方面的许多问题:例如在汽车等速行驶时求算已知道路阻抗情况下的最大可能车速,或计算规定车速时汽车能克服的最大纵坡。道路沿线的阻抗情况是不断变化的,驾驶员常运用变速箱(换挡)以及关闭或开放节流阀(油门)以调节车速和牵引力。运用动力特性图可以分析研究汽车在变速运动中的加速、减速、路上的车速变化和行程时间等较为复杂的问题。

汽车的经济特征

汽车行驶时的燃料消耗是运输成本中的最重要项目,每百公里汽车行程的燃料消耗可作为汽车经济特征的指标。汽车燃料消耗除与发动机特性和汽车构造有关外,直接与道路的技术状况有关。因此,在道路设计时,应把汽车燃料消耗作为评定道路使用品质的一项重要指标。汽车行驶时每百公里的燃料消耗量与车速、变速箱排挡和道路阻抗情况三者之间的关系曲线称为汽车经济特性图。如已知各路段的道路阻抗情况和车速,则可通过动力特性图和经济特性图求得道路全线的燃料消耗量,由此评价道路几何设计的是否合理。

汽车的制动和安全性

制动性能是保证汽车行驶安全的一项重要因素,同时它也影响汽车行驶的平均速度。作用于汽车上的最大制动力决定于轮胎与路面间的附着力,在制动起作用时,空气阻力、滚动阻力和升坡阻力也协助起着制动作用,因此汽车制动时的动力分析与道路线形和路面状况有密切关系。制动距离对道路几何设计中考虑行车安全和计算道路行车视距有着重要的意义。汽车在遇到障碍而施行制动时,驾驭员施加的制动强度必须要与到达障碍的距离相适应,否则将由于制动距离过长而发生车祸。制动距离可按制动的功与减速时的动能消耗相等的原理,并顾及驾驶员的心理反应和制动器生效时间等因素确定。行车的安全性与车速之间无对应的关系,但如果驾驶员偏离该路段的平均速度越多,出现事故的机会也越多。因此,在道路几何设计中应尽量采取措施减少车速变化的幅度,如采用平缓坡、变速车道及立体交叉等均有利于行车安全。

汽车的夜间行驶特性

为保证行车安全,须根据汽车头灯照明距离和角度以及对向行车的眩光范围,在路线设计中采取必要措施,如增大凹形竖曲线半径,设置中间防眩栅等。

探索课题

为满足现代交通对安全、舒适和高速的更高要求,尚须研究高速行车的水膜飘滑,汽车冲撞与防护栅,汽车噪声及防止,汽车振动与人体感觉等问题。

参考书目
  1. 余志生主编:《汽车理论》,机械工业出版社,北京,1981。

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文章名称:《道路行车特性》
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