汽車性能與安全

汽車性能與安全第1頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日本章內(nèi)容2.1

汽車運(yùn)動(dòng)力學(xué)基本性能概述2.2

汽車制動(dòng)安全性2.3

汽車操縱穩(wěn)定安全性第2頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日第一節(jié)汽車運(yùn)動(dòng)力學(xué)基本性能概述汽車行駛性能的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)（1）經(jīng)濟(jì)性。包括燃料消耗量、機(jī)油消耗量、維修費(fèi)用、養(yǎng)路費(fèi)用。（2）安全性。包括駕駛員視野的好壞、制動(dòng)可靠性、燈光及排氣凈化、安全裝置、安全通道、車身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。（3）運(yùn)動(dòng)性。包括最高車速、加速性和制動(dòng)性等基本性能以及操縱性、穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向手感等。（4）耐久性。包括強(qiáng)度、防銹、防塵、耐熱、耐寒性能以及各總成與汽車整體的可靠性。第3頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日(5)實(shí)用性。包括決定于油箱容積的行駛里程、轉(zhuǎn)彎通道半徑、最小離地間隙、接近、離去角等通過性指標(biāo)，各種操縱力的大小。(6)舒適性。包括懸架及座位系統(tǒng)的振動(dòng)特性、座椅的坐姿舒適性、隔聲、隔振等。(7)居住性。車廂內(nèi)的寬廣度(包括頭、肩、腿部空間)，長(zhǎng)途客車的功能性。(8)美觀性。外觀造型、配色及內(nèi)部裝飾等。第4頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日一、汽車的動(dòng)力性汽車動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)最高車速是指汽車在平直的、良好道路上所能達(dá)到的平均最高行駛車速。加速時(shí)間包括原地起步加速時(shí)間和超車加速時(shí)間。最大爬坡度是用滿載（或某一載質(zhì)量）時(shí)汽車在良好路面上的最大爬坡度第5頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日表征汽車動(dòng)力特性的動(dòng)力因數(shù)D

Ft為汽車驅(qū)動(dòng)力，

Fw為汽車空氣阻力，

G為汽車重量，

ψ為道路阻力系數(shù)，

g為自由落體加速度，

δ為汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，為行駛加速度。第6頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日結(jié)論：

(1)汽車的動(dòng)力因數(shù)僅取決于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出并傳到驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力、汽車的空氣阻力及汽車總重。

(2)汽車只要有相等的動(dòng)力因數(shù)，則不論汽車的重量等其它結(jié)構(gòu)參數(shù)有何不同，都能克服同樣的坡度或產(chǎn)生同樣的加速度。第7頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日汽車的最高車速和最大爬坡度影響汽車的持續(xù)車速，在高速路上行駛的汽車應(yīng)具有古河規(guī)定的持續(xù)車速，否則將干擾正常車流，極易誘發(fā)交通事故加速能力加速能力直接關(guān)系到汽車超車時(shí)的并行時(shí)間，并行時(shí)間太長(zhǎng)也易誘發(fā)惡性交通事故。第8頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日二、汽車的行駛平順性定義：

汽車行駛的平順性是指汽車在正常行駛中能保證乘坐者不致因車身振動(dòng)而引起明顯不舒服和疲勞的感覺，主要根據(jù)汽車乘員的舒適程度來評(píng)價(jià)，又稱為乘坐舒適性。產(chǎn)生原因

振動(dòng)傳到人體，再由人的生理、心理和器官機(jī)械響應(yīng)等復(fù)雜因素的綜合，產(chǎn)生人對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)．使乘員(駕駛員和乘客)感到不舒適和疲勞，從而影響行車安全。第9頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日人體對(duì)振動(dòng)反應(yīng)的三種不同的感覺界限暴露極限

：

當(dāng)人體承受的振動(dòng)強(qiáng)度在此界限內(nèi)，將保持人的健康或安全。它作為人體可承受振動(dòng)量的上限。廢勞降低工作效率界限

：

當(dāng)人承受的振動(dòng)強(qiáng)度在此界限內(nèi)時(shí)，能準(zhǔn)確靈敏地反應(yīng)，正常地進(jìn)行駕駛。它與保持人的工作效能有關(guān)。舒適降低界限：

在此界限之內(nèi)，人體對(duì)所暴露的振動(dòng)環(huán)境主觀感覺良好，能順利地完成吃、讀、寫等動(dòng)作。它與保持人的舒適有關(guān)。第10頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日三、汽車通過性定義：

汽車通過性是指汽車在一定裝載質(zhì)量下，能以足夠高的平均車速通過各種道路及無路地帶和克服各種障礙的能力。間隙失效：

汽車越野行駛時(shí)可能出現(xiàn)汽車與地面間的間隙不足而被托住、無法通行的情況，稱之為間隙失效。第11頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日通過性的幾何參數(shù)

最小離地間隙c、接近角γ1

、離去角γ2

、縱向通過半徑ρ1

、橫向通過半徑ρ2

第12頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日汽車類型轎車15~3020~3025~3025~45貨車5~9大客車最小離地間隙c(mm)接近角γ1(°)離去角γ2(°)縱向通過半徑ρ1(m)輕型、微型中級(jí)、高級(jí)120~180130~2003~55~8輕型中型、重型180~220220~3002~44~7小型中型、大型180~220240~2908~308~128~207~15越野車260~37036~6030~481.9~3.6第13頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日第二節(jié)汽車制動(dòng)安全性制動(dòng)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)：

(1)制動(dòng)效能。指在良好路面上，汽車以一定初速度制動(dòng)到停車的制動(dòng)距離或制動(dòng)時(shí)的減速度。

(2)制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性。指在制動(dòng)時(shí)，汽車不發(fā)生跑偏、側(cè)滑以及失去轉(zhuǎn)向能力的性能。常用制動(dòng)時(shí)汽車按給定軌跡行駛的能力來評(píng)價(jià)。

(3)制動(dòng)效能的恒定性。主要是指在高速時(shí)或下長(zhǎng)坡連續(xù)制動(dòng)時(shí)制動(dòng)效能保持的程度。第14頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日一、汽車制動(dòng)過程概述V0

X0發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)信號(hào)

X1踩下制動(dòng)踏板

X2制動(dòng)壓力起作用X3停車減速度制動(dòng)壓力時(shí)間

t1駕駛員反應(yīng)時(shí)間t2制動(dòng)傳動(dòng)系作用時(shí)間

t3持續(xù)制動(dòng)時(shí)間制動(dòng)空駛距離制動(dòng)總距離第15頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日制動(dòng)距離S可由下式估算

j為制動(dòng)減速度值Vt為制動(dòng)過程中的車速

第16頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日車內(nèi)環(huán)境交通環(huán)境情報(bào)受容器知覺記憶思考判斷決定效果器反應(yīng)汽車運(yùn)動(dòng)器官興趣與欲望中樞神經(jīng)感覺器官信號(hào)環(huán)境二、駕駛員制動(dòng)反應(yīng)階段第17頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日20歲左右的人反應(yīng)時(shí)間最短隨著年齡的增長(zhǎng)，反應(yīng)時(shí)間有延遲的趨勢(shì)女性反應(yīng)時(shí)間一般都比男性的反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)第18頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日大多數(shù)駕駛員的制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間0.66s，最遲鈍的駕駛員制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間為2s以100km/h高速行駛的汽車，其制動(dòng)空駛距離一般達(dá)到18.3m。若是遲鈍型駕駛員，則制動(dòng)空駛距離可高達(dá)55.4m。第19頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日駕駛員對(duì)有預(yù)知信號(hào)反應(yīng)時(shí)間（s）對(duì)無預(yù)知信號(hào)反應(yīng)時(shí)間（s）峰值域值峰值域值A(chǔ)BCDE平均0.60.50.550.550.50.540.5~0.70.5~0.80.5~0.80.5~0.60.4~0.80.4~0.80.850.60.90.70.60.730.7~1.10.6~1.00.7~1.00.6~0.90.6~0.90.5~1.1表2-2對(duì)有預(yù)知與無預(yù)知制動(dòng)信號(hào)的反應(yīng)時(shí)間第20頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日三、制動(dòng)傳動(dòng)系作用階段定義：

從制動(dòng)操縱裝置(制動(dòng)踏板)開始動(dòng)作，到制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生一定大小的制動(dòng)力所需要的時(shí)間。液壓制動(dòng)系0.2s左右氣壓制動(dòng)系0.4s左右第21頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日制動(dòng)初速度（km/h）t2(s)總制動(dòng)距離S(m)t2期間行駛距離S2(m)30300.20.65.78.181.253.75S、S2增加百分?jǐn)?shù)（%）43.5200表2-3某轎車在干燥路面上的制動(dòng)數(shù)據(jù)總制動(dòng)距離增加，t2期間行駛距離s2也增加總制動(dòng)距離增加10％-15％。制動(dòng)系作用時(shí)間t2增加第22頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日四、持續(xù)制動(dòng)階段描述1．制動(dòng)車輪受力分析汽車具有足夠的制動(dòng)器制動(dòng)力，同時(shí)地面又能提供高的附著系數(shù)時(shí)，才能獲得足夠的地面制動(dòng)力，提高行車制動(dòng)效能第23頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日

2.持續(xù)制動(dòng)階段制動(dòng)車輪運(yùn)動(dòng)狀態(tài)描述

滑移率s

v為汽車車體速度，r為車輪滾動(dòng)半徑，ω為車輪角速度。s＝0，縱面附著系數(shù)μs＝0，而側(cè)向附著系數(shù)取最大值s＝l00%時(shí)，側(cè)向附著系數(shù)接近于零

0<S<l00%時(shí)，，縱向附著系數(shù)先增大后減小側(cè)向附著系數(shù)一直減小

第24頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日

3.車體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析

車輪沒有抱死時(shí)

當(dāng)車輛左右側(cè)地面制動(dòng)力相等時(shí)，汽車能夠沿著行進(jìn)方向停車

左右地面制動(dòng)力不相等時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)繞汽車質(zhì)心的旋轉(zhuǎn)力矩，使制動(dòng)車輛跑偏

橫向力當(dāng)彎道制動(dòng)或制動(dòng)時(shí)有較大橫向風(fēng)以及有地面橫坡時(shí)，輪胎與地面之間還產(chǎn)生一個(gè)側(cè)滑摩擦力稱為橫向力作用保持汽車的預(yù)定行進(jìn)方向以及根據(jù)駕駛員的操作而改變行進(jìn)方向橫向力與車輪—地面間的側(cè)向附著系數(shù)成正比

第25頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日滑移率與車輪—地面間的側(cè)向附著系數(shù)

S=1車輪四輪完全抱死車輪橫向力也接近于零汽車就會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則運(yùn)動(dòng)而陷入危險(xiǎn)狀態(tài)將制動(dòng)釋放汽車就會(huì)沿著瞬時(shí)行駛方向急速駛出汽車在彎道緊急制動(dòng)只有前輪抱死時(shí)前輪的橫向力基本為零汽車的運(yùn)動(dòng)路線與駕駛員操作無關(guān)而沿彎道切線方向滑行

第26頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日汽車在彎道緊急制動(dòng)只有后輪抱死時(shí)后輪的橫向力基本為零汽車將一面旋轉(zhuǎn)一面沿曲線行駛

汽車在彎道緊急制動(dòng)前后輪都抱死時(shí)前后輪的橫向力基本為零一面做與駕駛操作無關(guān)的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，一面沿彎道曲線的切線方向滑行。第27頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日第三節(jié)汽車操縱穩(wěn)定安全性定義：駕駛?cè)藛T以最少的修正而能維持汽車按給定的路線行駛，以及按駕駛員的愿望操縱轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)以改變汽車行駛方向的能力即為操縱性；駕駛?cè)藛T固定轉(zhuǎn)向盤給定汽車一個(gè)行駛方向，汽車抵抗力圖改變其行駛方向的外力的能力即為穩(wěn)定性。第28頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日操縱穩(wěn)定性不好的汽車的表現(xiàn)

(1)“發(fā)飄”，汽車在以較高車速行駛時(shí)，自己不斷改變運(yùn)動(dòng)方向，使駕駛員感到飄浮不定。(2)“遲鈍”，駕駛員施以轉(zhuǎn)向操作后，汽車沒有相應(yīng)及時(shí)的反應(yīng)，或轉(zhuǎn)向響應(yīng)過慢。(3)“喪失路感”，正常汽車的轉(zhuǎn)彎程度，會(huì)通過轉(zhuǎn)向盤以及車身的側(cè)傾使駕駛員產(chǎn)生相應(yīng)的感覺。但操縱性能不好的汽車，在車速較高或急劇轉(zhuǎn)向時(shí)會(huì)使駕駛員喪失這種感覺，影響其做出正確的判斷。(4)“失去控制”，操穩(wěn)性差的汽車在車速超過某一臨界值之后，可能會(huì)出現(xiàn)駕駛員完全不能控制汽車行駛方向的情況。第29頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日影響汽車行駛操穩(wěn)性的因素

(1)輪胎側(cè)偏。(2)轉(zhuǎn)向懸架系統(tǒng)的彈性(3)側(cè)傾轉(zhuǎn)向效應(yīng)(4)車輪傾斜效應(yīng)(5)空氣動(dòng)力影響產(chǎn)生一個(gè)不由駕駛員控制的附加轉(zhuǎn)向輸入

構(gòu)成相應(yīng)車輪附加轉(zhuǎn)向角

車輪或整個(gè)車軸在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)

造成輪胎側(cè)偏角的變化

影響相應(yīng)的側(cè)偏角第30頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日操縱穩(wěn)定性常見的試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法

一、階躍試驗(yàn)評(píng)價(jià)汽車以某一恒定車速直線行駛時(shí)，突然將轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)過一定角度。使汽車進(jìn)入轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，記錄并評(píng)價(jià)其橫擺角速度(繞垂直軸擺動(dòng)角速度)的反應(yīng)。第31頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.反應(yīng)速度或反應(yīng)時(shí)間tf

反應(yīng)速度是指反應(yīng)開始點(diǎn)的響應(yīng)曲線斜率，它說明汽車轉(zhuǎn)向反應(yīng)的快慢。反應(yīng)時(shí)間tf是指到達(dá)90%的穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間2.超調(diào)量

響應(yīng)峰值與穩(wěn)態(tài)數(shù)值的相對(duì)比值。3.過渡過程時(shí)間ty過程進(jìn)行到誤差小于穩(wěn)態(tài)值的±5%所經(jīng)歷的時(shí)間。第32頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日4.自然頻率

一般響應(yīng)是一個(gè)振動(dòng)過程，當(dāng)振動(dòng)的自然頻率足夠高時(shí)，可以減少發(fā)生諧振的傾向。5.穩(wěn)態(tài)增益的速度特性

橫擺角速度的穩(wěn)態(tài)值與階躍響應(yīng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角穩(wěn)態(tài)值之比即為這一對(duì)輸入輸出的“穩(wěn)態(tài)增益”

第33頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期日二、回正性試驗(yàn)評(píng)價(jià)

汽車作等速圓周行駛，穩(wěn)定后突然撤開轉(zhuǎn)向盤，測(cè)定其橫擺角速度與方位角的變化過程。特點(diǎn)：撒手以前汽車作穩(wěn)態(tài)等速圓周運(yùn)動(dòng)．轉(zhuǎn)向盤上的力以及汽車側(cè)向加速度為定值，突然撒手后，駕駛員給轉(zhuǎn)向盤的力為零。(實(shí)質(zhì)上是一次