道路行車特性

道路行車特性（vehicle riding characteristics on road）是指汽車在道路上行駛的特有性能。著重研究汽車行駛與道路的關係以及對道路路線設計的要求，是道路基設計的主要理論依據。主要內容有：路上的汽車類型性能；汽車行駛時力的平衡；汽車的動力特性與經濟性；汽車的制動與安全性；汽車夜間行車特性等。

基本介紹

• 中文名：道路行車特性
• 性質：汽車在道路上行駛的特有性能
• 主要內容：路上的汽車類型性能

簡介

道路行車特性主要包括路上的汽車類型性能、汽車行駛時力的平衡、汽車的動力特性與經濟性、汽車的制動與安全性以及汽車夜間行車特性等。

汽車類型和性能

按汽車在道路上的運行特性可分為四種類型：①小客車；②載重汽車；③大客車和公共汽車；④帶有拖掛的牽引車。其主要性能有載重量或載客量，空車重量，外形尺寸,輪距和軸距,最高車速，耗油率，最大功率，爬坡能力，最小轉彎半徑，輪胎尺寸和氣壓等。在美、日、西歐等工業已開發國家，路上以小客車為主，占70%以上；中國道路上以載重汽車和大客車為主，占70%以上。小車車速高，外形小；大車車速低，外形大；兩者具有明顯不同的行車特點。橫斷面設計中，有條件時應建造每向快慢車分開的多個車道，以適應不同車型需要，排除互相干擾；車道寬度以及彎道上的加寬值也應按不同車型的外形和性能確定。在道路平面和縱斷面設計中，車速、爬坡性能、耗油率等都是確定各幾何要素的重要依據。

汽車行駛時的力平衡

汽車在直線上行駛時前進的動力稱為牽引力P,它全部消耗於克服汽車運動時的各項阻力,即滾動阻力Zf、空氣阻力Zw、升坡阻力Zi及加速阻力Zj。

P=Zf+Zw+Zi+Zj

牽引力決定於汽車發動機的有效功率。各項阻力除與車速和車型有關外，還直接與道路的外形和路面狀況有關。在道路幾何設計中，為合理布設縱坡和坡段長度，必須對汽車行駛時力的平衡進行分析研究。汽車在彎道上行駛時，由於離心力的作用，可能產生橫向傾覆與側向滑移。彎道半徑愈小，促使不穩定的橫向力愈大，除了依靠路面的橫向摩阻外，常採用超高來增強橫向穩定。在平面彎道各要素（曲線半徑、超高、緩和曲線等）的設計中，除保證行車橫向穩定和安全外，還要考慮乘客在車內的舒適程度以及汽車燃料和輪胎的磨耗狀況。

汽車的動力特性

汽車行駛的動力來自它的內燃發動機。在發動機里，燃料的熱能轉變為機械能產生有效功率N（千瓦），使發動機曲軸每分鐘旋轉n次並在軸上產生轉矩M(M=9549N/n,牛頓·米),曲軸轉矩傳遞到驅動輪(一般為汽車後輪),需通過離合器、變速箱、傳動軸、主傳動器、差速器和後半軸等傳力機構,因此需乘上變速箱和主傳動器的傳動比ik和i0及傳力系統的機械效率η，才能得出驅動輪上的轉矩值Mk(Mk=Mηiki0)，驅動扭矩使車輛與路面的接觸點處發生作用於路面上的周緣力，由此產生的反作用力就是促使汽車前進的牽引力P(P=(Mk/rk,rk為車輪半徑)，作用於汽車上四項阻力中的空氣阻力Zw僅與汽車的外形、性能和車速有關而與道路的狀況無關，故將牽引力減去空氣阻力稱為道路上汽車的有效牽引力。將汽車的有效牽引力除以汽車全重G，可得汽車單位重量的有效牽引力,稱為汽車動力特性D【D=(P-Zw)/G】,它是評價道路上汽車行車特性的基本度量值。

汽車發動機的有效功率與發動機曲軸轉速之間的關係曲線稱為發動機的外特性，是發動機的基本特性。根據發動機的有效功率可以算出汽車的動力特性，根據曲軸轉速除以傳動比可得到汽車車速，由此而得出的汽車動力特性與車速的關係曲線，稱為汽車動力特性圖。解放牌CA-10型汽車動力特性如圖所示。有了動力特性圖，可以解決在各個不同情況的道路上汽車運動計算方面的許多問題：例如在汽車等速行駛時求算已知道路阻抗情況下的最大可能車速，或計算規定車速時汽車能克服的最大縱坡。道路沿線的阻抗情況是不斷變化的，駕駛員常運用變速箱（換擋）以及關閉或開放節流閥（油門）以調節車速和牽引力。運用動力特性圖可以分析研究汽車在變速運動中的加速、減速、路上的車速變化和行程時間等較為複雜的問題。

圖1 動力特性

汽車的經濟特性

汽車行駛時的燃料消耗是運輸成本中的最重要項目，每百公里汽車行程的燃料消耗可作為汽車經濟特徵的指標。汽車燃料消耗除與發動機特性和汽車構造有關外，直接與道路的技術狀況有關。因此，在道路設計時，應把汽車燃料消耗作為評定道路使用品質的一項重要指標。汽車行駛時每百公里的燃料消耗量與車速、變速箱排擋和道路阻抗情況三者之間的關係曲線稱為汽車經濟特性圖。如已知各路段的道路阻抗情況和車速，則可通過動力特性圖和經濟特性圖求得道路全線的燃料消耗量，由此評價道路幾何設計的是否合理。

汽車的制動和安全性

制動性能是保證汽車行駛安全的一項重要因素，同時它也影響汽車行駛的平均速度。作用於汽車上的最大制動力決定於輪胎與路面間的附著力，在制動起作用時，空氣阻力、滾動阻力和升坡阻力也協助起著制動作用，因此汽車制動時的動力分析與道路線形和路面狀況有密切關係。制動距離對道路幾何設計中考慮行車安全和計算道路行車視距有著重要的意義。汽車在遇到障礙而施行制動時，駕駛員施加的制動強度必須要與到達障礙的距離相適應，否則將由於制動距離過長而發生車禍。制動距離可按制動的功與減速時的動能消耗相等的原理，並顧及駕駛員的心理反應和制動器生效時間等因素確定。行車的安全性與車速之間無對應的關係，但如果駕駛員偏離該路段的平均速度越多，出現事故的機會也越多。因此，在道路幾何設計中應儘量採取措施減少車速變化的幅度，如採用平緩坡、變速車道及立體交叉等均有利於行車安全。

汽車的夜間行駛特性

為保證行車安全，須根據汽車頭燈照明距離和角度以及對向行車的眩光範圍，在路線設計中採取必要措施，如增大凹形豎曲線半徑，設定中間防眩柵等。

外界影響因素

為滿足現代交通對安全、舒適和高速的更高要求，尚須研究高速行車的水膜飄滑，汽車衝撞與防護柵，汽車噪聲及防止，汽車振動與人體感覺等問題。

道路交通噪聲的危害及防治

3.1.1 道路交通噪聲的危害

第一，對人的心理影響。吵鬧的環境噪聲，會干擾人類的思維，容易使人精神無法集中，使人產生煩惱的感覺，影響工作效率，妨礙休息和睡眠等。

第二，對人的生理影響。環境噪聲對人的生理影響，主要表現在以下二點：一是對聽力的影響。人在強烈的噪聲下待一段時間後，會引起一定程度的聽覺疲勞，聽力變得遲鈍，經過適當休息之後，聽力會逐漸恢復。但是，如果長期在比較強烈的噪聲下工作，聽覺疲勞就不易恢復，並會造成內耳聽覺器官發生病變，導致噪聲性耳聾，這種情況通常稱為職業性聽力損失。二是對人體機能的其他影響，據觀察研究，在強噪聲的影響下，可能誘發一些疾病。已經發現，長期在強噪聲下工作的工人，除了耳聾外，還常常伴有頭暈、頭痛、神經衰弱、消化不良等症狀，從而引發高血壓和心血管病。

第三，汽車、機器以及其他人類活動製造的噪音會影響野生花草樹木以及附近動物的生長，原因是這些噪音長期影響著為花授粉以及傳播種子的動物。

3.1.2道路交通噪聲的防治

1）針對聲源的降噪措施

改造城市道路路面，選用低噪聲路面對於降低和控制交通噪聲污染非常有效。據調查，汽車行駛在瀝青混凝土路面比行駛在水泥混凝土路面噪聲要低13dB。近年來歐洲許多國家相繼開展了對低噪聲路面的試驗研究，外露集料表面的低噪聲水泥混凝土路面的降噪特性可與傳統的瀝青路面相媲美，而疏水瀝青混凝土路面的降噪效果更為明顯，可降噪2～8dB。

2）合理設計、改造和使用車輛

按低噪聲標準進行車輛設計改造是有效的策略之一。如：採用高效率排氣消音器，採用發動機隔聲罩；採用自動變速器等適當措施進行控制等。當然，研製開發超低噪聲的新型環保車輛，如電動汽車、太陽能汽車也是我們的目標。

3）運用交通管制措施通過科學合理的交通管制來組織交通，使道路上的車輛快捷、順暢的行駛，從而進一步降低交通噪聲。

4）針對噪聲傳播途徑的降噪措施

在城市道路與受聲點之間設定聲屏障。聲屏障是一個降低道路交通噪聲的重要設旋，也是道路設計者經常採用的降噪措施，對距道路200m範圍內的受聲點有非常好的降噪效果。一個合理的聲屏障可以對處於聲影區的受聲點降噪5-15dB。但聲屏障的作用也是有很大的局限，因為聲屏障要起作用必須有足夠高和長來擋住道路的聲源，這樣會破壞城市景觀。

5）在道路與受聲點之間種植綠化林帶

有關資料表明，高度高過視線4.5m以上的稠密樹林，其深入30m可降噪5dB，深入60m可降噪10dB，樹林的最大降噪值可達10dB。但對於城市道路，由於空間的限制，種植林帶不符合實際，可以種植密集的松柏、側柏等綠色長廊把機動車道與步行道隔離，在步行道和建築之間再配以喬、灌木和草地等與道路環境相協調的植物群落。

6）增大公路與受聲點之間的距離

因為噪聲強度自聲源開始隨距離衰減，所以增加噪聲源和受聲點之間的距離，可以有效地減少噪聲的影響。通過設定聲屏障無法解決噪聲污染問題，就需考慮調整城市主要幹道，增大道路與敏感點之間的距離，降低敏感點的噪聲聲級。

7）針對受聲點的降噪措施

通過對敏感建築物採取一定的措施，也能達到降噪目的。如對主幹道臨街建築安裝防聲窗等都有明顯的降噪效果，研究證明可以降低噪聲4～6dB。但這些措施的實施直接影響了建築物的採光、通風等，給居民的生活帶來不便。

汽車衝撞與防護柵

隨著汽車擁有量的增加和車速的不斷提高，汽車的安全性問題日益受到重視。汽車在使用中發生碰撞而受到損壞，這是可悲的，但是很遺憾，這又是不可必免的現實。交通事故已成為普遍關注的社會問題，嚴峻的現實要求必須積極著手解決汽車安全性問題。汽車防衝撞彈性保險槓設計的目的就是最大限度降低事故的人員傷亡，減少經濟損失。

圖2、公路護欄板

汽車在行駛過程中，由於具有強大的慣性，突然遇到障礙物時很難及時將車停下，所以通常用設定在前部的保險槓作為緩衝，以減輕對車體的直接損害。然而，現有的保險槓只能承擔較小的衝擊力，在大的衝擊力的作用下起不到保險的目的。

汽車防衝撞彈性保險槓是將碟形彈簧、空氣彈簧和橡膠彈簧有機地結合，構成全新的汽車防衝撞彈性保險裝置，形成多級吸收撞擊能量。可根據車型和車速選擇設計保險槓安全防範範圍，本保險槓安裝在汽車的前面和汽車的後面，當汽車發生衝撞時，保險槓的彈性部件產生很大的變形，有效地延長彈性限度，吸收撞擊能量；以及部件之間的阻尼摩擦力，可以起消能吸振作用。碟形彈簧、空氣彈簧、橡膠彈簧幾部分吸收撞擊能量的總和可吸收大部分撞擊能量。

汽車安全性已不僅是個技術問題，同時也是一個重要的社會問題。汽車的碰撞安全技術能最大限度減少事故的損失，所以有著廣闊的發展前景，越來越受到汽車生產企業、政府管理部門和消費者的重視。我國加入WTO後，汽車行業面臨著機遇和挑戰，目前國內汽車行業之間的競爭也十分激烈，極早地套用汽車碰撞安全技術搶占先機勢在必行。