第二章 汽车行驶特性
? 1,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,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 。
3．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：
汽车运输生产率 —— 周转率
运输成本 —— 油料及轮胎消耗, 保养周期
舒适,视觉上：线形美观, 赏心悦目, 自然环境
与景观设计
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 。
第一节 汽车的驱动力及行驶阻力
?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经过传动系变速和
传动，将曲轴的扭矩传给驱动轮，产生 Mk的扭矩
驱动汽车驱动轮旋转，轮胎对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。
汽车传动系统：
发动机输出的功率 N与产生的扭矩 M的关系,
?1．发动机曲轴扭矩 M 及发动机转速特性
)kW(9 5 4 9nMN ??
9 5 4 9
nM
1 0 0 0
r2
60
n
r
MN ??????
T
r
M
N-n曲线, M-n曲线, 耗油量 ge-n曲线
?发动机转速特性曲线：
东风 EQ-140发
动机外特性曲线
式中,Nmax——发动机的最大功率 (kW)；
nN——发动机的最大功率所对应的转速 （ r／ min）
?发动机转速特性经验公式：
)()()( 33221m a x kw
n
n
n
n
n
nNN
NNN
?
?
?
?
?
? ??? ???功率
)()()( 22m a xm a x mNnnnn MMMM M
MN
N ??
?
???扭距
式中,Mmax—— 最大扭矩 （ N·m） ；
? MN—— 最大功率所对应的扭矩,
? nN—— 最大功率所对应的转速 （ r/min） ；
? nM—— 最大扭矩所对应的转速 (r／ min)；
N
m axN
n
N9 5 4 9M ?
发动机曲轴上的扭矩 M经过变速箱 （ 速比 ik） 和主
传动器 （ 速比 i0） 两次变速
两次变速的总变速比为,γ=i0·ik；
传动系统的机械效率为 ηT<1.0；
传到驱动轮上的扭矩 Mk为：
Mk=MγηT
驱动轮上的转速 nk为：
2,驱动轮扭矩 Mk
???
n
ii
nn
k0
k
)h/km(nr377.0
1000
60nrr2V
?
?
?
??
? 车速 V与发电机转速关系：
3,汽车的驱动力
)N(
V
N3600M
V
n377.0
r
M
r
MT
TT
Tk ????????
1,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 。
二、汽车的行驶阻力
2
w vKA2
1R ??
?式中,K—— 空气阻力系数, 它与汽车的流线型有关；
? ρ—— 空气密度, 一般 ρ=1.2258（ N·s2／ m4） ；
? A—— 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（ m／ s），可近似
地取汽车的行驶速度。
将车速 v（ m／ s） 化为 V（ km／ h） 并化简, 得
1．空气阻力
( N )
15.21
KAV
R
2
w ?
? 对汽车列车的空气阻力, 一般可按每节挂车的空
气阻力为其牵引车的 20%折算 。
? 2,道路阻力
?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的不仅轮
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 （ 路面支反力前移, 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 。
? （ 1） 滚动阻力
? 滚动阻力与汽车的总重力成正比, 若坡道倾角为 α
时, 其值可用下式计算 。
? Rf＝ Gfcosα
? 由于坡道倾角 α一般较小, 认为 cosα≈1,则
? Rf=Gf （ N）
?式中,Rf——滚动阻力 （ 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 2-4。
汽车在坡道倾角为 α的道路上行驶时, 车重 G在平
行于路面方向的分力为 Gsinα,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
Ri=Gsinα
因坡道倾角一般较小, 认为 sinα≈tgα＝ i,则
Ri=Gi （ N）
式中,Ri——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 。
?（ 2） 坡度阻力
RR=G（ f+i）
式中,f+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
RR表示
汽车变速行驶时, 需要克服其质量变通运动时产
生的惯性力和惯性力矩称为惯性阻力, 用 RI表示 。
汽车的质量：平移质量
旋转质量
?3．惯性阻力
?平移质量的惯性力
?旋转质量的惯性力矩
a
g
GmaR
1I ??
? ?? dtdIR 2I
惯性阻力计算：
)N(a
g
GR
I ??
?式中,δ——惯性力系数 （ 或旋转质量换算系数 ） 。
? δ＝ l＋ δ1＋ δ2ik2
?式中,δ1——表示汽车车轮惯性力的影响系数, 一般
δ1=0.03～ 0.05；
? δ2——表示发动机飞轮惯性力的影响系数, 一般小
客车 δ2=0.05～ 0.07,载重汽车 δ2=0.04～ 0.05；
? ik——变速箱的速比 。
?汽车的总行驶阻力 R为,R=Rw十 RR十 RI
1,汽车的运动方程式
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
T=R=Rw+RR+RI
代入表达式, 汽车的运动方程式为,
?三, 汽车的运动方程式与行驶条件
a
g
G)if(G
15.21
KAV
r
MU 2T ???????
2．汽车的行驶条件
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 。 所以,
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
汽车行驶的必要条件 （ 即驱动条件 ）,
T=R
驱动力小于或等于轮胎与路面之间的附着力, 即
T≤ ?Gk
式中,?——附着系数, 主要取决于路面的粗糙程度
和潮湿泥泞程度, 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；
Gk——驱动轮荷载, 一般情况下, 小汽车为总
重的 0.5～ 0.65倍, 载重车为总重的 0.65～ 0.80倍 。
汽车行驶的充分条件：
第二节 汽车的动力特性及加、减速行程
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
汽车的运动方程式,T = Rw+RR+RI
改变形式, T - Rw= RR+RI
上式等号左端 T-Rw称为汽车的 后备驱动力, T、
RW之值均与汽车的构造和行驶速度有关 。
代入表达式,
a
g
G)if(GRT
W ?????
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
a
g
)if(
G
RT W ?????
G
RTD W??
?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。
G15.21
K A V
Gr
UM
G
R
G
TD 2TW ?
?
?????
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，
? 海拔荷载修正系数 λ:
a
g
)if(D ?????
?λ称为动力因数 D的海拔荷载修正系数, 其值为
'G
G???
?式中,ξ——海拔系数, 见图 2-5
或 ξ=（ 1-2.26×10-5H） 5.3
其中, 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） 。
?式中,ξ——海拔系数, 见图 2-5
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,加速行驶
二、汽车的行驶状态
a
g
)if(D ????? )D(ga ?????
由 得
? 当 ψ=D时, a＝ 0 等速行驶
? 当 ψ>D时,减速行驶
0)( ??? ??? Dga
0)D(ga ??????
λ
ifψ ??式中,ψ—— 道路阻力系数,
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 。
汽车的行驶状态
汽车的最高、最小速度
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,
?
?? m a x
m a x
nr377.0V
?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） 。
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 。
cosα＜ 1,sinα≠tgα＝ i，
λDImax=fcosα+sinα
解此三角函数方程式, 得最大坡角：
三, 汽车的爬坡能力
2
22
Im
2
Im
Im 1
1c os
a r c s i n
f
fDfD axax
ax ?
???
?
??
?
a
g
)if(D ?????
? 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
1,计算加, 减速行程
由 ds=vdt,a=dv/dt,得
四、汽车的加、减速行程
?设初速 V1,终速 V2,则
)0(vdva1ds ?? a
?? ?? 2121 VVVV V d Va11 2, 9 61vdva1S
东风 EQ-140加, 减速行程图
2,加、减速行程图
1??? ?? if 2if ?????0if ????? 0
加, 减速行程图用法
? 1,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,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 。
3．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：
汽车运输生产率 —— 周转率
运输成本 —— 油料及轮胎消耗, 保养周期
舒适,视觉上：线形美观, 赏心悦目, 自然环境
与景观设计
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 。
第一节 汽车的驱动力及行驶阻力
?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经过传动系变速和
传动，将曲轴的扭矩传给驱动轮，产生 Mk的扭矩
驱动汽车驱动轮旋转，轮胎对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。
汽车传动系统：
发动机输出的功率 N与产生的扭矩 M的关系,
?1．发动机曲轴扭矩 M 及发动机转速特性
)kW(9 5 4 9nMN ??
9 5 4 9
nM
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r2
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T
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N-n曲线, M-n曲线, 耗油量 ge-n曲线
?发动机转速特性曲线：
东风 EQ-140发
动机外特性曲线
式中,Nmax——发动机的最大功率 (kW)；
nN——发动机的最大功率所对应的转速 （ r／ min）
?发动机转速特性经验公式：
)()()( 33221m a x kw
n
n
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)()()( 22m a xm a x mNnnnn MMMM M
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???扭距
式中,Mmax—— 最大扭矩 （ N·m） ；
? MN—— 最大功率所对应的扭矩,
? nN—— 最大功率所对应的转速 （ r/min） ；
? nM—— 最大扭矩所对应的转速 (r／ min)；
N
m axN
n
N9 5 4 9M ?
发动机曲轴上的扭矩 M经过变速箱 （ 速比 ik） 和主
传动器 （ 速比 i0） 两次变速
两次变速的总变速比为,γ=i0·ik；
传动系统的机械效率为 ηT<1.0；
传到驱动轮上的扭矩 Mk为：
Mk=MγηT
驱动轮上的转速 nk为：
2,驱动轮扭矩 Mk
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n
ii
nn
k0
k
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1000
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? 车速 V与发电机转速关系：
3,汽车的驱动力
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V
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MT
TT
Tk ????????
1,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 。
二、汽车的行驶阻力
2
w vKA2
1R ??
?式中,K—— 空气阻力系数, 它与汽车的流线型有关；
? ρ—— 空气密度, 一般 ρ=1.2258（ N·s2／ m4） ；
? A—— 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（ m／ s），可近似
地取汽车的行驶速度。
将车速 v（ m／ s） 化为 V（ km／ h） 并化简, 得
1．空气阻力
( N )
15.21
KAV
R
2
w ?
? 对汽车列车的空气阻力, 一般可按每节挂车的空
气阻力为其牵引车的 20%折算 。
? 2,道路阻力
?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的不仅轮
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 （ 路面支反力前移, 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 。
? （ 1） 滚动阻力
? 滚动阻力与汽车的总重力成正比, 若坡道倾角为 α
时, 其值可用下式计算 。
? Rf＝ Gfcosα
? 由于坡道倾角 α一般较小, 认为 cosα≈1,则
? Rf=Gf （ N）
?式中,Rf——滚动阻力 （ 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 2-4。
汽车在坡道倾角为 α的道路上行驶时, 车重 G在平
行于路面方向的分力为 Gsinα,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
Ri=Gsinα
因坡道倾角一般较小, 认为 sinα≈tgα＝ i,则
Ri=Gi （ N）
式中,Ri——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 。
?（ 2） 坡度阻力
RR=G（ f+i）
式中,f+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
RR表示
汽车变速行驶时, 需要克服其质量变通运动时产
生的惯性力和惯性力矩称为惯性阻力, 用 RI表示 。
汽车的质量：平移质量
旋转质量
?3．惯性阻力
?平移质量的惯性力
?旋转质量的惯性力矩
a
g
GmaR
1I ??
? ?? dtdIR 2I
惯性阻力计算：
)N(a
g
GR
I ??
?式中,δ——惯性力系数 （ 或旋转质量换算系数 ） 。
? δ＝ l＋ δ1＋ δ2ik2
?式中,δ1——表示汽车车轮惯性力的影响系数, 一般
δ1=0.03～ 0.05；
? δ2——表示发动机飞轮惯性力的影响系数, 一般小
客车 δ2=0.05～ 0.07,载重汽车 δ2=0.04～ 0.05；
? ik——变速箱的速比 。
?汽车的总行驶阻力 R为,R=Rw十 RR十 RI
1,汽车的运动方程式
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
T=R=Rw+RR+RI
代入表达式, 汽车的运动方程式为,
?三, 汽车的运动方程式与行驶条件
a
g
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15.21
KAV
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2．汽车的行驶条件
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 。 所以,
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
汽车行驶的必要条件 （ 即驱动条件 ）,
T=R
驱动力小于或等于轮胎与路面之间的附着力, 即
T≤ ?Gk
式中,?——附着系数, 主要取决于路面的粗糙程度
和潮湿泥泞程度, 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；
Gk——驱动轮荷载, 一般情况下, 小汽车为总
重的 0.5～ 0.65倍, 载重车为总重的 0.65～ 0.80倍 。
汽车行驶的充分条件：
第二节 汽车的动力特性及加、减速行程
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
汽车的运动方程式,T = Rw+RR+RI
改变形式, T - Rw= RR+RI
上式等号左端 T-Rw称为汽车的 后备驱动力, T、
RW之值均与汽车的构造和行驶速度有关 。
代入表达式,
a
g
G)if(GRT
W ?????
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
a
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)if(
G
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G
RTD W??
?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。
G15.21
K A V
Gr
UM
G
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?
?????
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，
? 海拔荷载修正系数 λ:
a
g
)if(D ?????
?λ称为动力因数 D的海拔荷载修正系数, 其值为
'G
G???
?式中,ξ——海拔系数, 见图 2-5
或 ξ=（ 1-2.26×10-5H） 5.3
其中, 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） 。
?式中,ξ——海拔系数, 见图 2-5
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,加速行驶
二、汽车的行驶状态
a
g
)if(D ????? )D(ga ?????
由 得
? 当 ψ=D时, a＝ 0 等速行驶
? 当 ψ>D时,减速行驶
0)( ??? ??? Dga
0)D(ga ??????
λ
ifψ ??式中,ψ—— 道路阻力系数,
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 。
汽车的行驶状态
汽车的最高、最小速度
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,
?
?? m a x
m a x
nr377.0V
?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） 。
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 。
cosα＜ 1,sinα≠tgα＝ i，
λDImax=fcosα+sinα
解此三角函数方程式, 得最大坡角：
三, 汽车的爬坡能力
2
22
Im
2
Im
Im 1
1c os
a r c s i n
f
fDfD axax
ax ?
???
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a
g
)if(D ?????
? 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
1,计算加, 减速行程
由 ds=vdt,a=dv/dt,得
四、汽车的加、减速行程
?设初速 V1,终速 V2,则
)0(vdva1ds ?? a
?? ?? 2121 VVVV V d Va11 2, 9 61vdva1S
东风 EQ-140加, 减速行程图
2,加、减速行程图
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加, 减速行程图用法
