《道路勘测设计》第一章ppt课件.ppt

《《道路勘测设计》第一章ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《道路勘测设计》第一章ppt课件.ppt（144页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、道路勘测设计,道路勘测设计: 道路的几何设计 (道路的宽度、线形的几何构成) 路基路面: 道路的结构设计,第一章 绪 论,第二章 汽车行使理论,第三章 平面设计,第四章 纵断面设计,第五章 横断面设计,第六章 选线,第七章 定线,第八章 道路交叉设计,1.2道路现状及发展趋势,1.1城市交通运输体系,1.3道路分类与技术标准,1.4 道路的基本组成,绪论,1.5 道路勘测设计阶段,1.7通行能力,1.6道路勘测设计的依据,芝加哥的城市交通,一交通运输的概念,交通(Traffic) 人、车、物以及信息在两地之间的往来、传递、输送。,地面交通,地下交通,水上交通,空中交通,信息交通,地面交通,法国

2、的轻轨交通,自行车交通,磁悬浮交通,管道交通,1.1城市交通运输体系,道路运输、铁路运输、水上运输、航空运输和管道运输共同构成城市综合交通运输体系,二各类交通运输方式,运输方式比较,世界十大斜拉桥排名,苏通大桥具有高、深、长、大的工程结构特点。高，主要体现在塔高米，为世界第一高桥塔；深，苏通大桥主墩基础由根长约米、直径.米至.米的钻孔灌注桩组成，是世界规模最大、入土最深的桥梁桩基础。 ；长，苏通大桥主跨跨径达1088米，斜拉索长度达580米，均为世界之最；大，是由于高、深、长等桥梁结构特点和特殊的建设条件，苏通大桥具有超大型的工程规模，且设计、科研、施工和建设管理的难度很大，存在较多的工程技术

3、难点和风险。,苏通大桥是世界第一跨度斜拉桥，是成为中国由桥梁大国向桥梁强国转变的第一个标志性建筑。,世界十大悬索桥排名,日本明石海峡大桥,目前世界上主跨最长的悬索桥，1998年4月5日建成通车。它跨越日本本州四国岛之间的明石海峡，最终实现了日本人一直想修建一系列桥梁把4个大岛（本州、九州、北海道和四国岛）连在一起的愿望，创造了上世纪世界建桥史的新纪录。大桥全长3910m，主跨长1990m，桥面宽35m，设6车道；桥塔高280m，基础沉箱的直径约80m，高约70m；两根大缆各由290根高强钢索构成，直径为1.222m；总投资约40亿美元。大桥按可以承受里氏8.5级强烈地震和抗150年一遇的80m

4、/s的暴风设计。1995年1月17日，日本坂神发生里氏7.2级大地震（震中距桥址才4公里），大桥附近的神户市内5000人丧生，10万幢房屋夷为平地，但该桥经受住了大自然的无情考验，只是南岸的岸墩和锚锭装置发生了轻微位移，使桥的长度增加了0.8m。除地震以外，还必须保证大桥在台风季节能够经受住时速超过200公里狂风的袭击。为此对桥梁进行了1%模型的风洞试验，在桥塔上安装了20个质量阻尼装置。 明石海峡大桥是世界上第一座主跨超过1英里(为1609m)及l海里(合l852m)的桥梁。两边跨也很大，每跨达960m，是目前世界上最长的边跨。钢桥塔高为280m，是世界上最高的桥塔。用钢衍式加劲梁，横截面尺

5、寸为35.5m14.0m。其梁高比其它任何一座悬索桥都高。本桥桥面设有6车道，通航净空高为65m。,1.2道路现状及发展趋势,1.历史概况,2.道路现状,3.存在问题,4.道路规划,5.发展趋势,1.历史概况,我国公路建设始于1908年(光绪末年)。1908年3月，满清政府为镇压人民起义，广西巡府拔军响十万银元派驻军苏元春部修建镇南关(友谊关)凭详那堪龙州公路(55公里)。谭洗明部各营修建龙州水口关公路(长33公里)。 1949年新中国成立时，全国公路网通车里程仅8.1万KM。,京津塘高速路91年,京沈高速公路99年,至2005年底，全国公路总里程达到181万km,至2009年底，全国公路总里

6、程达到386万 km，其中高速公路总里程约6.5万公里，在世界上排在第二位，仅次于美国；全国农村公路约334万公里，92.7%的乡镇通了沥青（水泥）路，东部地区95.6%、中部地区88.5%的建制村通了沥青（水泥）路，西部地区90.1%的建制村通了公路。 至2010年底，我国公路网总里程达到398.4万公里，高速公路通车总里程达7.4万公里。,2.道路现状,目前，美国拥有约10万公里高速公路，居世界第一。,3.存在问题,城市道路与公路路网密度均较低，美国公路密度每百平方公里为67公里，英国为160公里，法国为147公里，日本为303公里，印度为61公里，而我国只有17.5公里。每万人拥有公路长

7、度，美国为242公里，英国为63公里，法国为140公里，日本为91.5公里，印度为22公里，而我国只有11公里。平均城市道路路网密度及面积率仅为国外平均值的1/4,人均道路面积仅为国外的1/8.,公路数量少 发达国家相比，仍然相差较大。如美国为630万公里，日本140万公里。(2005年),公路通行能力不足，交通控制及交通管理不善 国道有约35的路段超负荷运行，许多公路混合交通严重，交通堵塞频发，路面维修养护不够。,公路技术标准较低，质量较差二级以上公路里程达到 249741 km，占总里程的比例为 13.1%。高级公路仅占公路总里程的0.82。而发达国家已达1.5左右，如加拿大为1.88，德

8、国已达1.72，美国为1.37，印度、马来西亚等发展中国家高速公路发展也很快。东西部发展不平衡,（highway planning）,“五纵七横”国道主干线 规划于1992年由交通部正式提出，总长约35万公里，由12条国道主干线和公路主枢纽及信息系统构成，是全国公路网的主骨架，主要路线都采用高速公路技术标准。 “五纵七横”国道主干线于2007年底全部开通 。,4.道路规划,“两纵两横三个重要路段”的线路有：“两纵”：1、黑龙江同江至海南三亚线 2、北京至珠海线“两横”： 1、连云港至霍尔果斯线 2、上海至成都线“三个重要路段”指的是：1、北京至沈阳线，是丹东至拉萨国道主干线中交通流量最大的一部

9、分。长约700公里，规划目标全部为高速公路。2、北京至上海线，是由北京至福州主干线上的北京至泰安段、同江至三亚主干线上的淮阴至上海以及泰安至淮阴主干线连接线组成，长约1350公里。3、西南地区出海通道，该线走向是重庆至贵阳至南宁至北部湾地区，长约1270公里。,“两纵两横三个重要路段”,“五纵七横”国道主干线,“五纵七横”国道主干线示意图,高速公路规划,2.国家高速公路网 2005年1月提出，采用放射线与纵横网格相结合的布局形态，构成由中心城市向外放射以及横连东西、纵贯南北的公路交通大通道，包括7条首都放射线、9条南北纵向线和18条东西横向线，简称为“7918网”，总规模大约为8万5千公里,趋

10、 势 城市道路进入了快速发展的阶段，道路里程的平均年增长率达到10，且主要集中于联系城市各功能组团的高等级城市快速路以及联系城市与周围卫星城和附属城镇的高等级城际道路上。,城市经济和城市化进程的不断发展所带来的交通需求强度的压力,城市综合水平的提高和城市生产、交换、分配等功能对交通效率的要求使城市道路交通网络体系要求整体升级,5.发展趋势,城市道路发展趋势,道路工程发展趋势,系统规划,科学设计,综合管理,整体建设,高新技术,GIS,GPS,CAD,ITS,综合应用,新材料,新工艺,新设备,新观念,绿色交通运输体系,采用交通工程理论充分发掘已有道路资源潜力重视环境保护和城市景观,轻质、高强砼改性

11、沥青复合材料等,盾构施工等,施工机械国产化研发大型沥青砼和水泥砼自动联合摊铺机等,5.发展趋势,1.3道路分类与技术标准,道路分类,按使用特点分类,国道省道县道乡道,厂矿道路林区道路,快速路主干路次干路支路,公路线路编号中的字母代表线路的行政等级，G代表国道，S代表省道，X代表县道，Y代表乡道。,国道编号,国道，是国家干线公路的简称，是在国家公路网中具有全国性、经济意义，并经确定为国家干线的公路。根据地理走向，我国国道分为三类：第一类以首都北京为中央，呈扇面辐射的公路；第二类是我国版图之内南北走向的公路；第三类是东西走向的公路。,目前全国共有70条国道。每一条公路干线均采用三位数字表示，其中第

12、一位数字表示国道的类别：即1*代表第一类国道，现有12条；2*代表第二类国道，现有28条；3*代表第三类国道，现有30条。编号中的第二、第三位数字表示国道的排列顺序，1*的*就是第一类国道自正北开始按顺时针方向排列的序数，其他两类国道也同样排列。,1.3道路分类与技术标准,一、公路分级与技术标准二、城市道路分类与技术标准,一、公路分级与技术标准,1.公路分级,公路等级根据交通部20040301实施的公路工程技术标准JTGB012003(以后简称标准)将公路根据使用任务、功能和适应的交通量分为：高速公路、一级公路、二级公路、三级公路、四级公路五个等级。,1.公路分级,高速公路为专供汽车分向、分车

13、道行驶并全部控制出人的干线公路。 四车道高速公路一般能适应按各种汽车折合成小客车的远景设计年限平均昼夜交通量为25000辆一55000辆。 六车道高速公路一般能适应按各种汽车折合成小客车的远景设计年限平均昼夜交通量为45000辆一80000辆。 八车道高速公路一般能适应按各种汽车折合成小客车的远景设计年限平均昼夜交通量为60000辆一100000辆。,一级公路：为供汽车分向、分车道行驶的公路，一般能适应各种汽车折合成小客车的远景设计年限年平均昼夜交通量为15000-30000辆。. 二级公路：一般能适应各种车辆折合成中型载重汽车的远景设计年限年平均昼夜交通量为3000-7500辆,折合成小客车

14、的年平均日交通量500015000。三级公路：一般能适应各种车辆折合成中型载重汽车的远景设计年限年平均昼夜交通量为1000-4000辆,折合成小客车的年平均日交通量20006000。四级公路：一般能适应各种车辆折合成中型载重汽车的远景设计年限年平均昼夜交通量为:双车道1500以下(折合成小客车2000辆以下)；单车道200(折合成小客车400)以下。,二级公路 四级公路,根据交通部20040301实施的公路工程技术标准JTGB012003,公路等级的选用原则应根据公路功能、路网规划、交通量，并充分考虑项目所在地区的综合运输体系、远期发展等，经论证后确定。一条公路，可分段选用不同的公路等级或同一

15、公路等级不同的设计速度、路基宽度，但不同公路等级、设计速度、路基宽度间的衔接应协调，过渡应顺适。预测的设计交通量介于一级公路与高速公路之间，拟建公路为干线公路时，宜选用高速公路；拟建公路为集散公路时，宜选用一级公路。干线公路宜选用二级及二级以上公路。,各级公路远景设计年限： 高速公路和一级公路为20年 二级公路为15年 三级公路为15年 四级公路一般为10年。 设计路段长度： 按不同计算行车速度设计的各路段不宜过短。 高速公路不宜小于15km 一级、二级公路不宜小于10km。,一、公路分级与技术标准,2.技术标准,技术标准选取原则 路线在公路网中的性质及任务；远景设计交通量及交通组合；地形及其

16、他自然条件；采用的计算行车速度。,车速选用高速公路一般选用120km/h的计算行车速度，当受条件限制时，可选用100或80的计算行车速度。特殊困难的局部路段，且因新建工程可能诱发工程地质病害时，应论证并报主管部门批准，该局部路段的设计车速可采用60km/h ，但长度不宜大于15km，或仅限于相邻两互通式立体交叉之间，与其相邻路段的设计车速不应大于80km/h ；,2.技术标准,一级公路作为干线公路时，设计车速宜采用100km/h或80km/h。一级公路作为集散公路时，根据混合交通量、平面交叉间距等因素，设计车速宜采用60km/h或80km/h。二级公路作为干线公路时，设计车速宜采用80km/h

17、。二级公路作为集散公路时，混合交通量较大，平面交叉间距较小的路段，设计车速宜采用60km/h。二级公路位于地形、地质等自然条件复杂的山区，经论证该路段的设计速度可采用40km/h。,二、城市道路分类与技术标准,1.城市道路分类,2.各级城市道路技术指标比较,城市道路分类根据我国城市道路设计规范（CJJ3790）将城市道路分为四类十级：快速路、主干路、次干路、支路四类，除快速路以外的每类道路按其所在城市的规模、设计交通量、地形等又分为、级。,1.城市道路分类,快速路：主要用于主、副城区间的、大量的、长距离的快速交通运输，是城市路网系统中的骨架道路，具有双向六车道或以上、中央分隔带和外部辅道，进出

18、车流全部受控为连续流的大容量机动车交通载体。设计车速达6080km/h。,全封闭,隧道式,全立交,主干路：负担城市的主要交通流量，起到联系城市各区域间的、大型交通枢纽和对外交通的功能。与快速路共同构成城市路网系统中的骨架道路，设计车速达3060km/h。,交通性,生活性,次干路：城市次干路主要是分流城市主干路交通，并连接城市支路，将支路交通吸引至主干路。它配合主干路共同形成城市干道网。次干路主要承担城市小区间中等距离的交通流，兼有交通性和生活性功能，其主要功能是“到达”，起着交通流量的集散作用。设计车速为2050km/h。,支路：支路是次干道之间的衔接道路，主要将居民内的交通流输送到城市次干路

19、，将城市主干路、次干路的交通流分散到小区。支路的主要功能是“到达”，同时为小区内的居民生活提供交通便利。设计车速为2040km/h。,城市道路分级及技术标准,道路线形,道路结构,道路附属物,纵断面线形,横断面线形,道路组成,平面线形,路 基,路 面,综合管线,其 它,挡 墙,护 坡,标志标线,桥 梁,隧 道,涵 洞,1.4 道路的基本组成,道路的基本组成,路面结构,面 层,基 层,垫 层,土 基,综合管线,道路的基本组成,道路的基本组成,桥 梁,隧 道,涵 洞,道路的基本组成,挡 墙,干垒挡土墙,道路的基本组成,护 坡,标 线,道路的基本组成,标 志,公路规划、勘测设计、施工、养护。具体步骤：

20、1依长远规划或项目建议书进行可行性研究。2依可行性研究，编制计划任务书(设计任务书)。3根据批准的计划任务书，现场勘测，编制初步设计文件及概算。4根据初步设计文件，编制施工图设计和工程预算。5列入年度基本建设计划。6进行施工前的各项准备工作。7编制施工组织计划及开工报告。8竣工验收，决算。,一公路基本建设程序,1.5 道路勘测设计阶段,1.5 道路勘测设计阶段,可行性研究一般由下级单位编制后按规定上报审批，包括： 区域或地区综合运输网交通运输现状，现有公路在综合运输网中的地位和作用； 现有公路状况及存在的问题； 公路建设项目提出的背景、建设的必要性、紧迫性及社会经济意义； 公路项目所在地区的经

21、济特征及其与建设项目的关系； 公路运输量、交通量预测； 公路建设规模与技术标准；,(一)可行性研究阶段,1.5 道路勘测设计阶段,建设条件；路线走向、方案比选和主要控制点；主要工程数量;投资估算和资金筹措； 建设安排和实施计划；经济评价;收费公路的财务分析；环境影响评价。,(一)可行性研究阶段,1.5 道路勘测设计阶段,对于技术简单、方案明确的小型建设项目，可采用一阶段设计，即阶段施工图设计；公路工程基本建设项目一般采用两阶段设计，即初步设计和施工图设计。技术上复杂、基础资料缺乏和不足的建设项目或建设项目中的特大桥、互通式立体交叉、隧道、高速公路和一级公路的交通工程及沿线设施中的机电设备等，必

22、要时采用三阶段设计、即初步设计、技术设计和施工图设计。,(二)勘测设计阶段,依据工程性质的要求可分三阶段：,一阶段设计：,两阶段设计：,三阶段设计：,1.5 道路勘测设计阶段,公路建筑限界与公路用地,公路建筑限界：是保证公路上规定的车辆正常运行与安全，在一定宽度和高度范围内不允许有任何障碍物侵入的空间范围，又称建筑净空。公路用地：是指为修建、养护公路及其修建沿线设施而依照国家规定所征用的地幅。 (填方地段为公路路堤两侧排水沟外缘以外不小于1m的土地; 挖方地段为路堑坡顶截水沟外边缘以外不小于1m的土地.,城市道路红线的规划,道路红线：指城市道路用地的分界控制线。包括车行道、人行道、绿化带在内的

23、总宽度。,1.6道路勘测设计的依据(控制要素),道路勘测设计的基本设计依据：,设计车速(design speed),设计车辆(design vehicle),设计交通量(design traffic volume ),通行能力（traffic capacity),服务水平(level of service),最高时速汽车按其机械性能和动力性能可能达到的最高速度。如：东风EQ-140型载重车为90km/h， 桑塔纳小客车为169km/h。,经济时速汽车在一段公路上行驶的最经济（耗油、磨耗最小）的时速。如：解放牌CA-10B型载重车为3545km/h。,平均技术速度汽车在公路上实际行驶的平均速度。

24、在一条公路上路段的技术条件各不相同，这些速度称为技术车速，各路段技术车速的平均值，表示该公路实际汽车可能行驶的最大车速。,计算行车速度即具有控制性的路段上,是当气候条件良好、交通密度小、车辆行驶只受公路本身的道路条件的影响时，具有中等驾驶技术的驾驶人员能安全顺适地驾驶车辆的速度。它对确定公路的曲线半径、超高、视距等技术指标起着决定的作用，同时也影响着车道的尺寸和数目以及路肩宽度等指标的确定，是决定公路几何形状的基本依据。,设计车速,设计车速的制定：主要有三种方法,行政命令,统计方法,调查法,各级公路的计算行车速度,1概念：作为公路设计依据的车型称设计车辆车辆的几何尺寸、重量、性能直接关系到行车

25、道宽度、弯道加宽、道路纵坡、行车视距、道路净空等道路的基本参数。,设计车辆,2. 设计车辆的规定：,公路设计车辆外廓尺寸,城市道路设计车辆的外廓尺寸见下表：,1 交通量：单位时间内通过道路某断面的车辆数(或行人数) 交通量是交通规划、交通建设规模、公路几何线形设计的主要依据。 交通量的单位：辆/年，辆/日(年平均日交通量)，辆/小时。,2设计交通量：公路远景设计年限能达到的年平均日交通量(辆/日)，是确定道路等级的基本依据。 设计交通量的推算： 根据年平均增长率推算:Nd=No(1+) n-1 根据年平均增长量推算：Nd=No+ n,3设计小时交通量：远景设计年限主要方向标准高峰小时交通量(单

26、向)。,小时交通量：以小时为单位的交通量。是确定车道数的主要依据。,高峰小时交通量：一年或一日中的最大小时交通量。,设计交通量,. 标准高峰小时交通量：全年8760小时个交通量按照大小的顺序排列，取30位小时交通量 为标准高峰小时交通量。,设计小时交通量与年平均日交通量的关系 Nh=NdkD D-方向不均匀系数。k-设计小时交通量系数,4交通量的折算,交通量在计算时，应将行驶中的车辆折算为某种标准车辆， 公路中一般以小客车作为标准车辆，城市道路中一般以小汽车为标准车辆.,通行能力是指在一定的道路交通条件下，单位时间内通过的最大车辆数。通行能力反应了道路上某一路段适应车流的能力。它是正常条件下道

27、路交通的极限值，故也叫饱和交通量。,一.通行能力的定义（traffic capacity）,二.通行能力的分类,1.基本通行能力basic traffic capacity：在理想道路交通条件下，单位时间内一个车道或一条车道某一路段可以通过的小客车最大数，是计算各种通行能力的基础。,通行能力,其计算采用：车头时距和车头间距推求,2. 可能通行能力possible traffic capacity：在一般道路交通条件下，每条车道以一定的车速连续安全行驶每小时能通过的最大车辆数。,其中1车道折减系数 2交叉口折减系数 3车道宽度折减系数 4行人折减系数,3.设计通行能力（design traffi

28、c capacity) 道路交通的运行状态保持在一定的服务水平时，单位时间内道路上某一路段可通过的最大车量数。,因此 Nd= Nk v/c V服务交通量。 C道路通行能力。,服务水平,服务水平-道路的使用者对道路提供服务的满意程度。,高峰小时系数 是以15分钟高峰区间推算所得,它是对交通流出现集中程度的反映,其值越大,则产生交通拥堵的概率也越大,此时段的服务水平越低.高峰小时系数,就是高峰小时交通量与高峰小时内某一时段的交通量扩大为高峰小时的交通量之比.,一级服务水平：交通量小、驾驶员能自由或较自由地选择行车速度并以设计速度行驶，行驶车辆不受或基本不受交通流中其他车辆的影响，交通流处于自由流状

29、态，超车需求远小于超车能力，被动延误少，为驾驶员和乘客提供的舒适便利程度高。,各级公路设计采用的服务水平,二级服务水平：随着交通量的增大，速度逐渐减小，行驶车辆受别的车辆或行人的干扰较大，驾驶员选择行车速度的自由度受到一定限制，交通流状态处于稳定流的中间范围，有拥挤感；到二级下限时，车辆间的相互干扰较大，开始出现车队，被动延误增加，为驾驶员提供的舒适便利程度下降，超车需求与超车能力相当。,三级服务水平：当交通需求超过二级服务水平对应的服务交通量后，驾驶员选择车辆运行速度的自由度受到很大限制，行驶车辆受别的车辆或行人的干扰很大，交通流处于稳定流的下半部分，并已接近不稳定流范围，流量稍有增长就会出

30、现交通拥挤，服务水平显著下降；到三级下限时行车延误的车辆达到80%，所受的限制已达到驾驶员所允许的最低限度，超车需求超过了超车能力，但可通行的交通量尚未达到最大值。,四级服务水平：交通需求继续增大，行驶车辆受别的车辆或行人的干扰更加严重，交通流处于不稳定流状态；靠近下限时每小时可通行的交通量达到最大值，驾驶员已无自由选择速度的余地，交通流变成强制状态，所有车辆都以通行能力对应的但相对均匀的速度行驶。一旦上游交通需求和来车强度稍有增加，或交通流出现小的扰动，车流就会出现走走停停的状态，此时能通过的交通量很不稳定，其变化范围从基本通行能力到零，时常发生交通阻塞。,2.2牵引力与牵引平衡,2.1概述

31、,2.3汽车行驶的稳定性,2.4 汽车的制动性能,汽车行驶理论,2.5 汽车行驶轨迹,本章主要介绍汽车的行驶特性，为道路线形设计作准备。,学习目的道路设计是以满足汽车行驶的要求为前提的。汽车运动基本规律及对公路的要求，指导公路设计,保证公路的使用品质、服务等级。汽车行驶理论是公路线形设计的理论基础。,2.1概述,研究内容研究汽车的驱动力和行驶阻力；分析汽车运动的基本规律；研究汽车主要动力性能；分析影响汽车主要使用性能的因素。,汽车行驶对道路的基本要求安全：保证汽车的行驶稳定性，避免发生翻车、倒溜、侧滑等；迅速：行驶速度平均技术速度。经济：运输成本：低；运输生产率：高评价汽车运输工作效率的指标有

32、： 汽车运输生产率周转率 运输成本油料及轮胎消耗舒适： 视觉上：线形美观，赏心悦目，自然环境与景观协调 生理上：平稳、不颠簸，离心力小 心理上：轻松，有安全感，心情愉快。,2.1概述,汽车的行驶性能动力性能指汽车所具有的牵引力所决定的汽车加速、爬坡和最大速度的性能。汽车的动力性能越好，就会有较高的车速、较好的爬坡能力和加速能力。通过性（越野性）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，汽车使用的范围越广。制动性指汽车强制停车和降低车速的能力。行驶平顺性指汽车在不平道路上行驶时，汽车免受冲击和震动的能力。操纵稳定性指汽车是否按驾驶员的意图控制汽车的性能。包括汽车的转向特性、高速稳定

33、性和操纵轻便性。,2.2牵引力与牵引平衡,1.汽车行驶中的受力分析,2.牵引力的产生和传递,3.汽车的行驶阻力,4.牵引平衡和汽车行驶的条件,5.动力性能分析,1.汽车行驶中的受力分析,汽车运动时所受到的力路面摩擦力由汽车轮胎与路面接触而产生，司机可以通过加速、制动而改变作用力，以控制汽车的运行；因路面凹凸不平而产生的力包括垂直方向及前后、左右的力，它恶化了汽车的耐久性和平顺性，影响了行驶的稳定性；由于路面结构而产生的力包括路拱超高侧向力、由于路面形状而产生的力、弯道引起的力。,1.汽车行驶中的受力分析,运动状态,直线行驶,曲线行驶,图2.1 汽车直线上坡加速行驶的受力示意图,1.汽车行驶中的

34、受力分析,直线行驶,Ga重力；Pw空气阻力， Pj1汽车加速时产生的惯性力；Mf1、Mf2滚动阻力矩；Mj1、Mj2惯性力矩；X1、X2车轮上的切向反作用力；Z1、Z2车轮上的法向反作用力；,1.汽车行驶中的受力分析,Me扭矩（发动机产生于曲轴上的转动力矩）；Pf滚动阻力；Mf1、Mf2滚动阻力矩；rk车轮半径。,曲线行驶,1.汽车行驶中的受力分析,Ga重力；Pjy惯性力，hg汽车重心高度；,一、汽车的驱动力汽车的动力来源：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Ne，经过传动系变速和传动，将曲轴的扭矩Me传给驱动轮，产生Mk的扭矩驱动汽车驱动轮旋转，轮胎对

35、路面产生向后的水平推力，则路面对车辆产生向前的推力，驱使汽车行驶。,2.牵引力的产生和传递,汽车的动力传递动力扭矩-离合器变速箱传动轴（万向节头轴）主传动器及车轴驱动轮,e,有效功率Ne指汽车在单位时间内所具有的做功的能力（kW）。,扭矩Me指汽车发动机产生于曲轴上的转动力矩（N .m），决定了汽车产生牵引力的大小。,转速ne指发动机曲轴单位时间内的旋转次数（r/mim）。转速的旋转影响汽车行驶的快慢。,2.牵引力的产生和传递,发动机输出的功率Ne与产生的扭矩Me的关系：,（1）发动机曲轴扭矩Me及发动机转速特性,有效功率Ne与曲轴扭矩Me的关系发动机内燃料燃烧产生的热能，通过活塞、曲轴转化为

36、机械能，产生Ne，驱使曲轴以每分钟ne的转速旋转，产生扭矩Me，再经过一系列的变速、传动，在驱动轮上产生扭矩Mk推动汽车前进。,发动机特性曲线将发动机所发出的功率Ne、扭矩Me以及单位燃料消耗量g与发动机曲轴的转速ne之间的函数关系以曲线表示.若此曲线是当节气阀全开即最大供油量时所得，称为发动机外特性曲线；若在节气阀部分开启即部分供油量时所得的曲线称为发动机的部分负荷特性曲线或节流特性曲线；,随着转速的提高，发动机所发出的扭矩和功率都在增加。当曲轴转速为nm时发动机扭矩达到最大值Mmax；若进一步提高曲轴转速，则发动机扭矩将下降，但发动机功率将继续增加，直至达到最大值Nmax,若再继续提高曲轴

37、转速，则由于气缸充气恶化、机械损失等原因，发动机所发出的功率将逐渐降低。此时发动机的磨损甚为剧烈，故一般发动机设计均使其最大转速不大于最大功率时转速的1025。,例如：解放牌CA-10B i0=7.63, =0.80-0.85. r=0.482m(0.459) ik=6.24,3.32,1.9,1.0,0.81,6.7(分别为：一、二、三、四、五、倒档,发动机扭矩传递,发动机扭矩Me,万向节头上的扭矩Mn,驱动轮上的扭矩Mk,N,(3)驱动轮扭矩Mk及牵引力Pt,图2.5 驱动轮的受力分析,结论要求汽车具有较大的牵引力，则必须采用较大的变速比ik，i0，但随着变速比的增大，车速就会降低，故汽车

38、设有几个档位，各档位具有固定的变速比或最大速度值；采用低速挡，能获得较大的牵引力和较低的车速；采用高速挡，能获得较小的牵引力和较高的车速。,式中：Mk作用在汽车驱动轮上的扭矩（Nm）；Me曲轴扭矩（Nm） ， G，G汽车重力及与之相平衡的反力； T行驶阻力；F水平反力。,3.汽车的行驶阻力,空气阻力,道路阻力,惯性阻力,空气阻力汽车在行驶中，由于迎面空气质点的压力，车后的真空吸力及空气质点与车身表面的摩擦力阻碍汽车前进，总称为空气阻力。,式中：K空气阻力系数，它与汽车的流线型有关； F汽车迎风面积（或称正投影面积）（m2）； V汽车与空气的相对速度（Kmh），可近似地取汽车的行驶速度。,3.汽

39、车的行驶阻力,空气阻力,空气阻力,道路阻力_是由弹性轮胎变形和道路的不同路面类型及纵坡度而产生的阻力，主要包括滚动阻力和坡度阻力。（1）滚动阻力弹性轮胎反复变形时，其材料内部发生摩擦要消耗一部分功率。在柔性路面上汽车行驶时汽车不仅轮胎变形，而且路面也会变形，其接触面之间产生摩擦要消耗部分功率（路面之反力前移，与车轮重力形成反向力矩）。另外，由于路面的不平整而造成轮胎震动和撞击引起部分功率的消耗。,道路阻力,3.汽车的行驶阻力,滚动阻力与汽车的总重力成正比，若坡道倾角为时，其值可用下式计算： PfGfcos 由于坡道倾角一般较小，认为cos1，则 Pf=Gf （N）,道路阻力,式中：Pf滚动阻力

40、（N）； G车辆总重力（N）； f滚动阻力系数，它与路面类型、轮胎结构和行驶速度等有关，一般应由试验确定，在一定类型的轮胎和一定车速范围内，可视为只和路面状况有关的常数，见表2.1.2。,道路阻力,式中：Pi坡度阻力 （N）； G车辆总重力（N）； i 道路纵坡度，上坡为正；下坡为负。,图2.7 坡度阻力,坡度阻力汽车在坡道倾角为的道路上行驶时，车重G在平行于路面方向的分力为Gsin，上坡时它与汽车前进方向相反，阻碍汽车行驶；而下坡时与前进方向相同，助推汽车行驶。坡度阻力可用下式计算 Pi=+Gsin 因坡道倾角一般较小，认为sintgi，则 Pi=G*i （N）,PR=G（f+i） 式中：f

41、+i统称道路阻力系数。,滚动阻力和坡度阻力均与道路状况有关，且都与汽车的总重力成正比，将它们统称为道路阻力，以PR表示,道路阻力,汽车变速行驶时，需要克服其质量变速运动时产生的惯性力和惯性力矩称为惯性阻力，用Pj表示。 平移惯性力 旋转惯性力矩,平移质量的惯性力,旋转质量的惯性力矩,惯性阻力,惯性阻力计算：,式中：惯性力系数（或旋转质量换算系数）。 l12ik2,1表示汽车车轮惯性力的影响系数，一般1=0.030.05；2表示发动机飞轮惯性力的影响系数， 一般小客车2=0.050.07， 载重汽车2=0.040.05；ik变速箱的速比。,汽车的总行驶阻力P为： P=Pw十PR十Pj,汽车的运动

42、方程式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。当驱动力与各种行驶阻力之代数和相等的时候，称为驱动平衡。其驱动平衡方程式（也称汽车的运动方程式）为：,4.牵引平衡和汽车行驶条件,（1）汽车的运动方程式,（2）汽车的行驶条件,汽车行驶的必要条件（即驱动条件）汽车在道路上行驶，当驱动力等于各种行驶阻力之和时，汽车就等速行驶；当驱动力大于各种行驶阻力之和时，汽车就加速行驶；当驱动力小于各种行驶阻力之和时，汽车就减速行驶，直至停车。要使汽车行驶，必须具有足够的驱动力来克服各种行驶阻力。即PtP,4.牵引平衡和汽车行驶条件,必要条件,充分条件,式中：附着系数，主要取决于路面的粗糙程度和潮

43、湿泥泞程度，轧胎的花纹和气压，以及车速和荷载等，计算时可按表2-5选用；Gd驱动轮荷载，一般情况下，小汽车为总重的0.50.65倍，载重车为总重的0.650.80倍。,汽车行驶的充分条件（即附着条件）汽车在道路上行驶，若轮胎与路面间的摩擦力很小，不能提供足够的附着力，则轮胎将在路面上打滑，甚至空转，汽车仍不能前进。故汽车牵引力必须小于或等于轮胎与路面间的最大摩擦力，即Pt Gd,必要条件,充分条件,（2）汽车的行驶条件,总结：必要条件-牵引力大于或等于各项阻力之和充分条件-牵引力小于或等于轮胎与路面间 的最大摩擦力,动力特性能反映汽车动力性能的指标。汽车的动力性能指汽车所具有的加速、上坡、最大

44、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。,5.动力性能分析,一、汽车的动力因数D 汽车的运动方程式：Pt = Pw+PR+Pj 改变形式: Pt - Pw= PR+Pj（1）等号左端Pt -Pw称为汽车的后备驱动力，与汽车的构造和行驶速度有关。 （2）等号右边与道路状况及行驶方式有关，代入表达式,令上式左端为D,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Ga，得,动力因数D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(单位车重所具有的后备牵引力)。,单位重量的有效牵引力,当汽车的动力因数为D，

45、道路阻力系数为，汽车的行驶状态有以下三种情况.,汽车的行驶状态,由,得,当=D时: a0 等速行驶,当D时： 减速行驶,式中：道路阻力系数，,当D时： 加速行驶,汽车的爬坡能力,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。,2.3汽车行驶的稳定性,1.纵向稳定性,从不同方向看,2.横向稳定性,滑动稳定性,倾覆稳定性,影响汽车行驶稳定性的主要因素汽车本身的结构参数；驾驶员的因素；作用于汽车的外部因素。,2.3汽车行驶的稳定性,1.纵向稳定性,2.3汽车行驶的稳定性,导致纵向失稳的环境若汽车在某一运动状态下，前轮

46、的法向反作用力为零时，则汽车将发生前轴车轮离地而导致纵向倾覆。当后轮的法向反作用力为零时，根据附着条件，其牵引力将不复存在，汽车丧失行驶能力。,纵向倒溜,纵向倾覆,临界状态：汽车前轮法向反作用力Z1为零 。 Z1L - Gl2cos0 + Ghgsin0=0 Z1L = Gl2cos0 - Ghgsin0=0,纵向倾覆,结论1纵向倾覆性仅与汽车结构参数L2和hg有关，L2越大，则0越大，纵向倾覆稳定性越好；汽车重心位置越高，则0越小，纵向稳定性越差；当公路的坡度角 0 时，汽车将失去控制，可能绕后轴产生纵向倾覆。,临界状态：下滑力等于驱动轮与路面的附着力 GsinGd因为sin tg= i，则

47、纵向滑移临界状态条件：,纵向倒溜,结论2当公路的坡度角 时，由于驱动轮附着条件的限制，所能产生的牵引力不足以克服的坡度，汽车可能产生纵向滑转或倒溜。,一般 接近于1，而 远远小于1，,所以， i i0 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,纵向稳定性的保证,2.横向稳定性,a.汽车在平曲线上行驶时力的平衡,b.横向倾覆条件分析,c.横向滑移条件分析,d横向稳定性的保证,汽车在平曲线上行驶时会产生离心力，其作用点在汽车的重心，方向水平背离圆心。,受力分析： 横向力X失稳 竖向

48、力Y稳定,离心力,a.汽车在平曲线上行驶时力的平衡,将离心力F与汽车重力G分解为平行于路面的横向力X和垂直于路面的竖向力Y，,将离心力F与汽车重力G分解为平行于路面的横向力X和垂直于路面的竖向力Y，,采用横向力系数来衡量稳定性程度，其意义为单位车重的横向力，即,横向倾覆：汽车在平曲线上行驶时，由于横向力的作用，使汽车绕外侧车轮触地点产生向外横向倾覆。 汽车内侧车轮支反力N1为0。 倾覆力矩等于或大于稳定力矩。,b.横向倾覆条件分析,倾覆力矩：Xhg,横向倾覆平衡条件分析：,稳定力矩：,横向倾覆平衡条件分析：,稳定、平衡条件：,汽车在平曲线上行驶时，不产生横向倾覆的最小平曲线半径R min：,结

49、论1当汽车的行驶速度vvmax或平曲线半径RRmin，则汽车将会发生横向倾覆。,横向滑移汽车在平曲线上行驶时，因横向力的存在，可能使汽车沿横向力的方向产生横向滑移。 横向力大于轮胎和路面之间的横向附着力。,极限平衡条件：,横向滑移稳定条件：,c.横向滑移条件分析,结论2当汽车的行驶速度vvmax或平曲线半径RRmin，则汽车将会发生横向滑移。,汽车在平曲线上行驶时的横向稳定性主要取决于横向力系数值的大小。 现代汽车在设计制造时重心较低，一般b2hg，而 h0.5,即,汽车在平曲线上行驶时，在发生横向倾覆之前先产生横向滑移现象。 在道路设计中只要保证不产生横向滑移现象发生，即可保证横向稳定性。

50、保证横向稳定性的条件：,d横向稳定性的保证,2.4 汽车的制动性能,2.制动平衡方程式,3.制动性能评价指标,1.制动过程分析,汽车的制动性是指汽车行驶中强制降低车速以至停车，或在下坡时能保持一定速度行驶的能力。,1.制动过程分析,汽车的制动过程人为地增加汽车的行驶阻力使汽车的动能或位能（当汽车下坡行驶时）转化为其他形式的能（如热能）。车轮制动力利用制动器内的摩擦阻力矩来形成与汽车运动方向相反的路面对车轮的切向摩擦阻力。车轮制动力随着制动摩擦阻力矩的增加而增加，在制动过程中，地面与轮胎之间的摩擦力不断在增长。试验证明，一个弹性轮胎在路面上滚动过程中制动时，其摩擦系数不是理论上的纯滚动状态下达到