授课次序：第8次教学周次：第6周教学课时：2学时教学内容：第3章纵断面设计第3.1~3.2节教学目的：让学生掌握纵断面图上地面线和设计线的概念及组成要素，设计标高的规范规定，纵断面的设计任务等，了解汽车的动力特性和最大纵坡；汽车的加减速行程与坡长限制和缓和坡段；最小纵坡、平均纵坡和合成坡度；竖曲线要素计算及竖曲线最小半径；3.1概述本节课时：0.5学时讲课重点：1.纵断面图上设计线的组成要素；2.设计标高的规范规定；讲课难点：不同等级道路设计标高的规定；教学过程：一、纵断面图上有两条主要的线含义及组成在纵断面图上有两条主要的线：一条是地面线，它是根据中线上各桩点的高程而点绘的一条不规则的折线，反映了沿着中线地面的起伏变化情况；一条是设计线，它是经过技术上、经济上以及美学上等多方面比较后设计人员定出一条具有规则形状的几何线，反映了道路路线的起伏变化情况。纵断面设计线是由直线和竖曲线组成的。在直线的坡度转折处为平顺过渡要设置竖曲线，按坡度转折形式的不同，竖曲线有凹有凸，其大小用半径和水平长度表示。二、路线纵断面图上的设计标高，即路基设计标高，《规范》规定1.新建公路的路基设计标高：高速公路和一级公路采用中央分隔带的外侧边缘标高；二、三、四级公路采用路基边缘标高，在设置超高、加宽地段为设超高、加宽前该处边缘标高，-
1 授课次序：第 8 次 教学周次：第 6 周 教学课时：2 学时 教学内容：第 3 章纵断面设计第 3.1～3.2 节 教学目的：让学生掌握纵断面图上地面线和设计线的概念及组成要素，设计标高的规范规定， 纵断面的设计任务等，了解汽车的动力特性和最大纵坡；汽车的加减速行程与坡长限制和缓和 坡段；最小纵坡、平均纵坡和合成坡度；竖曲线要素计算及竖曲线最小半径； 3.1 概 述 本节课时：0.5 学时 讲课重点： 1. 纵断面图上设计线的组成要素； 2. 设计标高的规范规定； 讲课难点 ：不同等级道路设计标高的规定； 教学过程： 一、纵断面图上有两条主要的线含义及组成 在纵断面图上有两条主要的线： —条是地面线，它是根据中线上各桩点的高程而点绘的一条不规则的折线，反映了沿着中 线地面的起伏变化情况； 一条是设计线，它是经过技术上、经济上以及美学上等多方面比较后设计人员定出一条具 有规则形状的几何线，反映了道路路线的起伏变化情况。纵断面设计线是由直线和竖曲线组成 的。 在直线的坡度转折处为平顺过渡要设置竖曲线，按坡度转折形式的不同，竖曲线有凹有凸， 其大小用半径和水平长度表示。 二、路线纵断面图上的设计标高，即路基设计标高，《规范》规定 1．新建公路的路基设计标高：高速公路和—级公路采用中央分隔带的外侧边缘标高； 二、 三、四级公路采用路基边缘标高,在设置超高、加宽地段为设超高、加宽前该处边缘标高
2.改建公路的路基设计标高：一般按新建公路的规定办理，也可视具体情况而采用行车道中线处的标高。本节小结（1）纵断面设计线是由直线和竖曲线组成的。直线（即均匀坡度线）有上坡和下坡，是用坡度和水平长度表示的。竖曲线有凹有凸，其大小用半径和水平长度表示。（2）新建公路的路基设计标高：高速公路和一级公路采用中央分隔带的外侧边缘标高：二、三、四级公路采用路基边缘标高，在设置超高、加宽地段为设超高、加宽前该处边缘标高。思考题1.道路纵断面线性要素有哪些？2.高速公路和一级公路路基设计标高与二、三、四级公路路基设计标高在横断面上位置是否相同？3.2汽车的动力特性与纵坡本节课时：1.5学时讲课重点1.汽车的动力因素与汽车的儿种行驶状态和理想最大纵坡、不限长度的最大纵坡间关系：2.规范规定最大纵坡、最小纵坡的考虑因素和规定值；3.汽车的加、减速行程与较陡纵坡的最大长度和一般纵坡的最小长度加以限制间的关系：4.如何设置最大坡长、最小坡长、缓和坡段及其限制要求；5.平均纵坡和合成坡度的概念讲课难点1.陡坡和缓坡的概念及设置原则；2.如何设置最大坡长、最小坡长、缓和坡段及其限制要求讲授重点内容提要一、汽车的动力因素和最大纵坡2
2 2．改建公路的路基设计标高：一般按新建公路的规定办理，也可视具体情况而采用行车道 中线处的标高。 本节小结 （1）纵断面设计线是由直线和竖曲线组成的。直线(即均匀坡度线)有上坡和下坡，是用坡 度和水平长度表示的。竖曲线有凹有凸，其大小用半径和水平长度表示。 （2）新建公路的路基设计标高：高速公路和—级公路采用中央分隔带的外侧边缘标高； 二、三、四级公路采用路基边缘标高,在设置超高、加宽地段为设超高、加宽前该处边缘标高。 思考题 1.道路纵断面线性要素有哪些？ 2.高速公路和—级公路路基设计标高与二、三、四级公路路基设计标高在横断面上位置是 否相同？ 3.2 汽车的动力特性与纵坡 本节课时：1.5 学时 讲课重点 1. 汽车的动力因素与汽车的几种行驶状态和理想最大纵坡、不限长度的最大纵坡间关系； 2. 规范规定最大纵坡、最小纵坡的考虑因素和规定值； 3. 汽车的加、减速行程与较陡纵坡的最大长度和一般纵坡的最小长度加以限制间的关系； 4. 如何设置最大坡长、最小坡长、缓和坡段及其限制要求； 5.平均纵坡和合成坡度的概念 讲课难点 1. 陡坡和缓坡的概念及设置原则； 2. 如何设置最大坡长、最小坡长、缓和坡段及其限制要求 讲授重点内容提要 一、汽车的动力因素和最大纵坡
（一）汽车驱动力1.发动机曲轴扭矩M如将发动机的功率P、扭矩M以及燃油消耗率g。与发动机曲轴的转速n之间的函数关系以曲线表示，则该曲线称为发动机转速特性曲线或简称为发动机特性曲线。Nm)-SNInNM-M(nRanw(t/min)对于不同类型的发动机，其输出的功率不同，故产生的扭矩也不同。它们之间的关系如下：Mn(kW), M=9549P(N-m)P=-9549N2.驱动轮扭矩M根据受力情况的不同，汽车车轮分为驱动轮与从动轮。驱动轮上有发动机曲轴传来的扭矩M，，在M，的作用下驱使车轮滚动前进。发动机曲轴上的扭矩M经过变速箱（速比）和主传动器（速比i。）两次变速，设这两次变速的总变速比为=i。·i，传动系统的机械效率为nr，则传到驱动轮上的扭矩M，为：M,=Myn=n-n此时，驱动轮上的转速n为：n=ioiky相应的车速V为V=2m=.60=0.37"(km/ h)10001可以看出，通过变速箱和主传动器的二次降速，其主要目的在于增大扭矩和驱动力以克服汽车的行驶阻力。3.汽车的驱动力把驱动轮上的扭矩M.用一对力偶T和T代替，T作用在轮缘上与路面水平反力F抗衡，T作用在轮轴上推动汽车前进，称为驱动力（或称牵引力），与汽车行驶阻力R抗衡。T-M_M-0.377Mmr(N)/rrP即T=0.377"Mnr=3600nVV3
3 （一）汽车驱动力 1．发动机曲轴扭矩 M 如将发动机的功率 P 、扭矩 M 以及燃油消耗率 e g 与发动机曲轴的转速 n 之间的函数关系 以曲线表示，则该曲线称为发动机转速特性曲线或简称为发动机特性曲线。 对于不同类型的发动机，其输出的功率不同，故产生的扭矩也不同。它们之间的关系如下： 9549 Mn P = (kW) ， n P M = 9549 (N m) 2．驱动轮扭矩 M k 根据受力情况的不同，汽车车轮分为驱动轮与从动轮。驱动轮上有发动机曲轴传来的扭矩 M k ，在 M k 的作用下驱使车轮滚动前进。 发动机曲轴上的扭矩 M 经过变速箱（速比 k i ）和主传动器（速比 0 i ）两次变速，设这两次 变速的总变速比为 k = i i 0 ，传动系统的机械效率为 T ，则传到驱动轮上的扭矩 M k 为： Mk M T = 此时，驱动轮上的转速 k n 为： n i i n n k k = = 0 相应的车速 V 为 n nr V r 0.377 1000 60 = 2 = (km/ h) 可以看出，通过变速箱和主传动器的二次降速，其主要目的在于增大扭矩和驱动力以克服 汽车的行驶阻力。 3．汽车的驱动力 把驱动轮上的扭矩 M k 用一对力偶 Ta 和 T 代替， Ta 作用在轮缘上与路面水平反力 F 抗衡， T 作用在轮轴上推动汽车前进，称为驱动力（或称牵引力），与汽车行驶阻力 R 抗衡。 0.377 M (N) V n r M r M T T k T = = = 即 T T V P M V n T = 0.377 = 3600
（二）汽车的行驶阻力汽车行驶时需要不断克服运动中所遇到的各种阻力。这些阻力有来自汽车周围空气介质的阻力，有来自道路的路面不平整和上坡行驶所形成的阻力，也有来自汽车变速行驶时克服惯性的阻力，分别称之为空气阻力、道路阻力和惯性阻力。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。由空气动力学的研究和试验可知，汽车在空气介质中运动时所产生的空气阻力R，可以用下式计算：1-KApv"2Rw=2用V（km/h）表达上述公式并化简，得KAV?R. (N)21.152.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R, =Gf (N)厂一滚动阻力系数，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。（2）坡度阻力R,=Gi(N)i一一道路纵坡度，上坡为正：下坡为负。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R表示(N)RR =G(f +i)式中：（f+i)一统称道路阻力系数。3.惯性阻力4
4 (二)汽车的行驶阻力 汽车行驶时需要不断克服运动中所遇到的各种阻力。这些阻力有来自汽车周围空气介质的 阻力，有来自道路的路面不平整和上坡行驶所形成的阻力，也有来自汽车变速行驶时克服惯性 的阻力，分别称之为空气阻力、道路阻力和惯性阻力。 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。 由空气动力学的研究和试验可知，汽车在空气介质中运动时所产生的空气阻力 Rw 可以用下 式计算： 2 2 1 R KA v W = 用 V（km/h）表达上述公式并化简，得 21.15 2 KAV R w = (N) 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 R Gf f = （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。 （2）坡度阻力 R Gi i = （N） i ——道路纵坡度，上坡为正；下坡为负。 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 R G( f i) R = + （N） 式中： ( f + i)——统称道路阻力系数。 3．惯性阻力
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R，表示。旋转质量组成部分较多，且各部分的转动惯量和角加速度不同，计算比较复杂，为方便计算，一般给平移质量惯性力乘以大于1的系数，来代替旋转质量惯性力矩的影响。即G(N)R=-a8这样，汽车的总行驶阻力R为R=R=RR+R（三）汽车行驶条件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行驶阻力。当驱动力与各种行驶阻力之代数和相等的时侯，称为驱动平衡。驱动平衡方程式（也称汽车的运动方程式）为T=R=R+RR+R上式中驱动力T为节流阀全开的情况。如果节流阀部分开启时，要对驱动力T进行修正。修正系数用U表示，称之为负荷率。即T=UMynr则汽车的运动方程式为KAV2U=Mymr_+G(+i)+$G21.15g2.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T≥R上式是汽车行驶的必要条件（即驱动条件）。只有足够的驱动力还不能保证汽车正常地行驶。若驱动轮与路面之间的附着力不够大，车轮将在路面上打滑，不能行进。所以，汽车能否正常行驶，还要受轮胎与路面之间附着条件的制约。汽车行驶的充分条件是驱动力小于或等于轮胎于路面之间的附着力，即T≤Gk根据以上汽车行驶条件，在实际工作中对路面提出了一定要求，从宏观上讲要求路面平整5
5 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 RI 表 示。 旋转质量组成部分较多，且各部分的转动惯量和角加速度不同，计算比较复杂，为方便计 算，一般给平移质量惯性力乘以大于 1 的系数 ，来代替旋转质量惯性力矩的影响。即 a g G RI = （N） 这样，汽车的总行驶阻力 R 为 R = Rw = RR + RI （三）汽车行驶条件 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行驶阻力。当驱动力与各种行驶阻力 之代数和相等的时侯，称为驱动平衡。驱动平衡方程式（也称汽车的运动方程式）为 T = R = Rw + RR + RI 上式中驱动力 T 为节流阀全开的情况。如果节流阀部分开启时，要对驱动力 T 进行修正。 修正系数用 U 表示，称之为负荷率。即 r M T U T = 则汽车的运动方程式为 a g G G f i KAV r M U T = = + ( + ) + 21.15 2 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 T R 上式是汽车行驶的必要条件（即驱动条件）。 只有足够的驱动力还不能保证汽车正常地行驶。若驱动轮与路面之间的附着力不够大，车 轮将在路面上打滑，不能行进。所以，汽车能否正常行驶，还要受轮胎与路面之间附着条件的 制约。汽车行驶的充分条件是驱动力小于或等于轮胎于路面之间的附着力，即 T Gk 根据以上汽车行驶条件，在实际工作中对路面提出了一定要求，从宏观上讲要求路面平整