车辆运行的基本理论.docVIP

道路交通是人、车、路的结合，事故的发生和在道路上运行的车辆有重要的联系。绝大部分交通事故为碰撞事故。所以，对车辆的研究对于道路交通事故的鉴定有重要的意义。 一． 惯性定律（牛顿第一定律） “只要不从外部施加力，静止的物体永远会处于静止状态，运动的物体会以现在的速度永远的运动下去”。这就是惯性定律，又称牛顿第一定律。所有的运动物体包括车都应严格的遵守此项定律，绝不会发生违反该定律的运动。车辆发生碰撞等交通事故，从理论上来说是就是运动与力的研究。惯性定律说明了在静止或相对静止的情况下，物体遵守的规律。 二．牛顿第二定律 牛顿第二定律说明了运动物体与力之间的关系。是运动物体遵守的规律。 F=d（MV）/dt 式中：F作用力； m为运动物体的质量； v 为运动物体的速度； d(mv)=mv2-mv1 表示运动物体动能的变化； dt=t2-t1 表示时间的变化； 在物体的运动过程中，物体的质量是不会改变的，上式也可以表示为：F=d（MV）/dt=ma 即 F=质量（M）x加速度（a） 当物体做旋转运动时，力F用力矩（扭矩）T代替，用惯性矩（转动惯量）I代替质量m,用角加速度 ω代替加速度a，由此可的： T=Iω(角运动方程式) 速度是每单位时间Δt（Δt=t2-t1） 时间内行走的距离ΔS(S2-S1)。速度的单位为：米/秒（m/s） 加速度是每单位时间内（Δt）速度的变化（Δv）。制动时产生的负加速度，即所谓的减加速度 ，加速度的单位为：米/秒2（m/s2）。 惯性矩是指做运动时，由于物体的质量而产生的“惯性”。做旋转运动时惯性矩是产生“惯性的原因”。 直线运动的运动方程式为：F(力)=m(质量)╳a(加速度) 旋转运动的运动方程式为：T（扭矩）=I（惯性矩）╳ω（角加速度） 对于惯性矩I可将力臂上的n质点系的物体定义为： iri2 式中：mi为第I质点的质量，ri为至第I点的重心的距离。惯性矩的单位为：m[kg.s2/m] ╳r2[m2]=m╳r2[m.kg.s2],即为：m.kg.s2(米.千克.秒2)。 汽车的惯性矩为：I=WF╳LF2╳WR╳LR2 其中： WF ：前轴载荷 WR ：后轴载荷 LF ：重心至前轴间的距离 LR ： 重心至后轴间的距离 F(向量)=m（标量）x(向量)=m(标量)x[dv(速度的变化，向量）/dt（力的作用时间，标量）] 只具有大小的量称为标量，同时具有大小与方向的量称为向量。质量、能量、惯性矩、时间等称为标量；力、距离、速度、加速度 、扭矩、角速度、角加速度、动量、角动量、冲量等称为向量。 标量之和是标量的算术和。向量之和是几何向量和。 向量是有方向的量，标量是无方向的量。向量和标量作乘除运算，其结果还是向量，并且方向不变。因此，力F与加速度a在速度变化dv（有效碰撞速度）的方向上是相同的。 向量与向量彼此相乘除，向量也变成标量。标量与标量之间相乘除，其结果仍为标量。 三．牛顿第三定律（作用与反作用力） 作用与反作用力定律认为：力一定同时具有一大小相同的发方向的力。在车辆发生碰撞时，假设有100kg的力作用于另一车辆上，也应有同样的反作用力在另一车辆上。 当质量为m1的A车与质量为m2的B车发生碰撞时，假定A车产生的加速度为a1 , 加给B车的冲击力为F2 ,那么，根据牛顿第二定律，则 F1=m1 .a1 F2=m2. a 2 根据牛顿第三定律，则为F1 =F 2 ，所以 从上式中可以看出，两车因碰撞产生的冲击加速度的大小是由质量的反比关系来决定的。如果A车为B车的2倍重，B车应产生2倍于A车的冲击加速度。 四．能量守恒定律 能量守恒定律认为，能量即使改变其存在的形式，其量也不会产生变化。能量的形式有各种各样，可以分成热、电、光、磁场、动能等若干种。汽车在碰撞中的能量表现形式有如下几种。 表 6-1 车辆碰撞中能量的表现形式 能量形式公 式单 位 机械能 力F[kg]x距离S[m]kg.m 动能(1/2).质量m[kg.s2/m].速度v2[(m/s)2]kg.m 势能重力mG[kg].高度差h[m]kg.m 摩擦能摩擦阻力μmG[kg].滑行距离S[m]kg.m 应变能(1/2).弹性模量k[kg/m] 应变量X2[m2]kg.m μ为摩擦系数，G为重力加速度 如图6-2所示，假定车辆