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第一章汽車的動(dòng)力性

汽車的動(dòng)力性是指汽車在良好路面上直線行駛時(shí)由汽車受到的縱向外力決力的、所能到達(dá)

的平均行駛速度。

1.1汽車的動(dòng)力性指標(biāo)

汽車動(dòng)力性主要由汽車的最高車速、加速時(shí)間和最大的爬坡度三個(gè)指標(biāo)來評(píng)定。

一.最高車速

汽車的最高車速是指汽車在無風(fēng)的條件下,在水平、良好的路面(混凝土或?yàn)r青)上所能

到達(dá)的最高行駛速度。以符號(hào)uamax表示，單位為km/h。

二.汽車的加速時(shí)間

汽車的加速時(shí)間t反映汽車的加速能力。常用汽車原地起步加速時(shí)間與超車加速時(shí)間來說

明＜

原地起步加速時(shí)間:在無風(fēng)的條件下，由停車狀態(tài)起步后以最大加速強(qiáng)度連續(xù)換到最高檔

后，到某一預(yù)定的距離或車速所需的時(shí)間。預(yù)定距離常用400m或1000m,預(yù)定車速常用

100km/h或80km/h。

超車加速時(shí)間:在無風(fēng)的條件下，用最高檔或次高檔，由一預(yù)定車速全力加速到某一高速

所需的時(shí)間。沒有一致的規(guī)定，多用由30km/h或40km/h加速到某一高速。

三.最大爬坡度

汽車的最大爬坡度imax反映汽車的爬坡能力。是指汽車在滿載(或某?載質(zhì)量)無風(fēng)的

條件下，在良好的路面上以最低前進(jìn)檔所能爬的最大坡度。

一般越野車imax可達(dá)60%即31°左右。

一些國(guó)家還規(guī)定汽車在常遇的坡道上能以一定的速度行駛來說明汽車的爬坡能力。如要求

單車在3%的坡度上能以60km/h的車速行駛。

汽車的驅(qū)動(dòng)力與行駛阻力

確定汽車的動(dòng)力性，首先要分析沿行駛方向作用于汽車的各種外力，即驅(qū)動(dòng)力與行駛阻力

。根據(jù)這些力的關(guān)系，建立汽車行使方程式，就可以估算汽車的最高車速，加速度和最大爬坡

度.

汽車的行駛方程式為：

汽車的驅(qū)動(dòng)力

如圖1-2。作用在驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩Tt,對(duì)地面作用一圓周力F0,此時(shí)地面對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的反

作用力Ft,即是驅(qū)動(dòng)汽車行駐的外力，定義為汽車的驅(qū)動(dòng)力v

Ft=Tt/r

驅(qū)動(dòng)力公式

假設(shè)以Ttq表示發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩，ig表示變速器的傳動(dòng)比，i0表示主減速器的傳動(dòng)比，n

T表示傳動(dòng)系的機(jī)械效率，那么作用在驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩Tt為

Tt=TtqigiOnT(Nm)

Ft=TtqigiOnT/r(N)

由上式可知，汽車的驅(qū)動(dòng)力Ft與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、傳動(dòng)系機(jī)械效率和傳動(dòng)比及車輪半徑有關(guān)。

(-).發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩

在進(jìn)行汽車動(dòng)力估算時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和功率一般利用在穩(wěn)定工況下由發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)

定的使用外特性曲線求得。

發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線：

發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線：如圖1-3

使用外特性曲線：

在缺少試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，可用近以公式來估算。

3

(二).傳動(dòng)系的機(jī)械效率

發(fā)動(dòng)機(jī)所發(fā)出的功率Pe經(jīng)傳動(dòng)系傳至驅(qū)動(dòng)輪的過程中，存在功率損失。如以PT表示傳動(dòng)

系的功率損失，那么傳動(dòng)系的機(jī)械效率為

nT=(Pe-PT)/Pe=1-PT/Pe

傳動(dòng)系功率損失分為機(jī)械損失和液力損失。傳動(dòng)系效率是在專門的試驗(yàn)臺(tái)上測(cè)得的。

在進(jìn)行動(dòng)力性估算時(shí)，把nT看作一個(gè)常數(shù)。采用有級(jí)變速器的轎車nT取?；貨車、客

車nT取?；越野車nT取?；也可按表1-1對(duì)nT進(jìn)行估算。

(三)?車輪的半徑

車輪的」一作半徑和輪胎的結(jié)構(gòu)、氣壓、承受的載荷及轉(zhuǎn)速等因素杓關(guān)。

車輪充氣后，未承受任何載荷時(shí)的半徑稱為自由半徑。

汽車靜止時(shí)，輪胎因承受載荷產(chǎn)生徑向變形，車輪中心至路面與輪胎接觸面間的距離稱為

靜力半徑rs。

假設(shè)除徑向載荷外，車輪上還作用有轉(zhuǎn)矩，此時(shí)車輪中心至路面與輪胎接觸面間的距離稱

為動(dòng)力半徑rd。

車輪半徑

如以車輪轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)與實(shí)際車輪滾動(dòng)距離之間的關(guān)系來換算，那么可求得車輪的滾動(dòng)半徑rr

O

由于靜力半徑、動(dòng)力半徑和滾動(dòng)半徑三者差異很小，在一般工程計(jì)算時(shí)，常不計(jì)它們的差

異，統(tǒng)稱為車輪半徑r,認(rèn)為rs^rdNir^r

(四).汽車的驅(qū)動(dòng)力特性圖

汽車的驅(qū)動(dòng)力Ft與車速ua的函數(shù)關(guān)系曲線稱為汽車的驅(qū)動(dòng)力特性圖。

驅(qū)動(dòng)力Ft的計(jì)算公式：

Ft=TtqigiOnt/r(N)

14貨車

1

l2'NKR552

10■

8.小

AC

4/c(km?h-1)

車速ua的計(jì)算公式：

ua=giO(km/h)

該圖能全面地表示出汽車各檔驅(qū)動(dòng)力與車速的關(guān)系。

二、汽車的行駛阻力

汽車行駛時(shí)需要不斷地克服所遇到的各種阻力。

當(dāng)汽車在水平道路上等速行駛時(shí)，需克服來自地面的滾動(dòng)阻力日和來自空氣的空氣阻力

Fw：

當(dāng)汽車在坡道上行駛時(shí)，還需克服汽車的重力沿坡道的分力，稱為坡度阻力或上坡阻力

Fi；

當(dāng)汽車加速時(shí)，還需克服汽車的慣性阻力，稱為加速阻力Fj。

因此汽車行駛時(shí)所遇到的總阻力為

￡F=Ff+Fw+Fi+Fj

(-).滾動(dòng)阻力

車輪的輪胎接近絕對(duì)彈性體.圖1-10為輪胎在硬路面上受徑向載荷時(shí)的變形曲線。面積

0CADE為加載與卸載過程的能量損失，稱為彈性物質(zhì)的遲滯損失。

遲滯損失表現(xiàn)為阻礙車輪滾動(dòng)的一種阻力偶。地面法向反作用力的分布，前后不對(duì)稱。合

力Fz相對(duì)于法線前移一個(gè)距離a。

合力Fz與法向載荷W大小相等，方向相反。

將法向反作用力Fz平移至與通過車輪中心的垂線重合，有滾動(dòng)阻力偶矩Tf=Fzao

對(duì)從動(dòng)輪而言,為克服滾動(dòng)阻力偶矩，使其等速滾動(dòng)，必須在車輪中心加一推力Fp1,它

與地面切向反作用力構(gòu)成一力偶矩。由平衡條件得：

Fp1r=TfFp1=Tf/r=Fza/r=Wa/r

令f=a/r,f稱為滾動(dòng)阻力系數(shù)。即單位車重所需的推力。車輪滾動(dòng)時(shí)的滾動(dòng)阻力即等于

滾動(dòng)阻力系數(shù)與車輪負(fù)荷之乘積。

Ff=Wf=Tf/r

分析汽車滾動(dòng)阻力時(shí).，只要知道f值。F值由試驗(yàn)方法確定。影響f值的因素：輪胎、道

路、行駛速度等；進(jìn)行動(dòng)力性分析時(shí)，取良好硬路面的f值。

滾動(dòng)阻力

驅(qū)動(dòng)輪在硬路面上等速滾動(dòng)的受力分析：如圖1-12。

Fx2r=Tt-Tf

Fx2=Ft-Ff

真正作用在驅(qū)動(dòng)輪上驅(qū)動(dòng)汽車行駛的力為Fx2。

Ft和Ff在受力圖上是畫不處來的，只是一種定義。

(-).空氣阻力

汽車所受空氣力分為空氣阻力Fx、側(cè)向力Fy、升

力Fz三個(gè)方向的空氣力，和由空氣力引起的三個(gè)方向

的空氣力矩，即側(cè)傾力矩Mx、縱傾力矩My和橫擺力矩

Mzo

根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)的理論，在汽車行駛的速度范圍

內(nèi)，空氣力通常與氣流相對(duì)速度的動(dòng)壓力成正比。

公式：Fi=iAPur2i=x、y、z

空氣阻力Fw：汽車直線行駛時(shí)受到的空氣力在行

駛方向的分力稱為空氣阻力。

空氣阻力的組成：

形狀阻力：是汽車外表壓差阻力，占?xì)鈩?dòng)阻力的

58%左右。

摩擦阻力：是空氣的粘滯性在車身外表產(chǎn)生的摩

擦力，占?xì)鈩?dòng)阻力的9%左右。

誘導(dǎo)阻力：是氣動(dòng)升力產(chǎn)生的縱向水平分力，占?xì)鈩?dòng)阻力的7%左右。

干擾阻力：是汽車外部附件阻力，占?xì)鈩?dòng)阻力的14%左右。

內(nèi)部阻力：是汽車內(nèi)循環(huán)阻力，占?xì)鈩?dòng)阻力的12%左右。

空氣阻力

空氣阻力Fw的公式：

FW=DAPua2=CDAua2

根據(jù)公式，空氣阻力與空氣阻力系數(shù)CD及汽車迎風(fēng)面積A成正比。

空氣阻力系數(shù)可通過風(fēng)洞試驗(yàn)求得。

迎風(fēng)面積A可直接在投影面上測(cè)得，也可估算。

(H).坡度阻力

如圖1-19,汽車重力沿坡道的分力表現(xiàn)為汽車坡度阻力Fi,即

Fi=Gsinaa一道路的坡度

道路坡度除了以角度表示外，道路工程通常用坡高與底長(zhǎng)之比的百分率來表示，即1=六代

=tga

在坡度較小時(shí)：

Fi=Gsina%Gtga=Gi

在坡度較大時(shí)，近似公式誤差較大，按等式計(jì)算。

(三)坡度阻力

滾動(dòng)阻力和坡度阻力都與道路有關(guān)，而且與汽車重力成正比，故二者之和通常用道路阻力

F，來表示，即

F力=Ff+Fi=fGcosa+Gsina(N)

a小于10°—15°時(shí)：

FW=Gf+Gi=G(f+i)=G2

力一道路阻力系數(shù)。

(四),加速阻力

汽車加速行駛時(shí)，需要克服其質(zhì)量加速運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力，就是加速阻力Fj.

汽車質(zhì)量分為平移質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量。汽車加速時(shí)，平移質(zhì)量加速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生慣性力，旋轉(zhuǎn)質(zhì)

量產(chǎn)生慣性力矩。為了便于計(jì)算，通常把旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力矩轉(zhuǎn)化為當(dāng)量的平移質(zhì)量的慣性力

O

Fj公式：Fj=6mdu/dt

旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)3為大于1的數(shù)，其值為：

初步計(jì)算時(shí)，也可利用圖1-21確定8。

汽車行駛方程式

根據(jù)上面逐項(xiàng)分析的汽車行駛阻力和力的平衡條件，可以得到汽車的行駛方程式為

H=Ff+Fw+Fi+Fj

將前述公式代入：

TtqigiOnT/r=fGcosa+CDAua2/21.15+Gsina+8mdu/dt

汽車列車的行駛阻力

汽車列車的行駛阻力仍然可以用上述公式計(jì)算，但汽車的總重力應(yīng)為汽車列車總重力。汽

車列車的空氣阻力較單車空氣阻力大15%左右。換算系數(shù)5應(yīng)考慮汽車列車所有車輪的旋轉(zhuǎn)質(zhì)

量＜

汽車列車的行駛方程式:

TtqigiOnT/r=fG'cosaDAua2/21.15+G'sina+6G'du/'gdt

G'一汽車列車總重力。

汽車驅(qū)動(dòng)力平衡圖與動(dòng)力特性圖

利用汽車行駛方程進(jìn)行汽車的動(dòng)力性能分析的方法：

圖解法：利用汽車驅(qū)動(dòng)力平衡圖

解析法：利用公式計(jì)算

汽車驅(qū)動(dòng)力平衡圖：把汽車行駛時(shí)的滾動(dòng)阻力和空氣阻力與車

速的關(guān)系疊加地畫在汽車的驅(qū)動(dòng)力特性圖上。

汽車驅(qū)動(dòng)力平衡圖

如圖1-23

確定最高車速：

Fi=Fj=O即Ft=Ff+Fw

確定加速能力：

Fi=0由Ft-ua圖畫出a-ua圖,如圖1-24,再畫出1/a-ua圖,如圖1-25,求出曲線下的

面積即為加速過程的加速時(shí)間，如圖1?26。

最大的加速強(qiáng)度：如圖1-24。在加速度曲線交點(diǎn)處換檔。如果和H檔加速度曲線無交點(diǎn)

,應(yīng)在I檔加速到發(fā)動(dòng)機(jī)最大值時(shí)換入II檔。

確定爬坡能力：

Fj=O

動(dòng)力特性圖

為評(píng)定汽車的動(dòng)力性應(yīng)擬定與汽車重力和空氣阻力無關(guān)的評(píng)價(jià)參數(shù)，通常采用汽車動(dòng)力因

數(shù)D米表征汽車動(dòng)力性指標(biāo)。

D=(Ft—Fw)/G

汽車在各檔下的動(dòng)力因數(shù)與車速的關(guān)系曲線稱為動(dòng)力特性圖。

動(dòng)力特性圖

只要D相等，便能克服同樣的坡度和加速阻力。

利用汽車動(dòng)力特性圖分析汽車的動(dòng)力性，如圖4-2-9：

確定最高車速：D=f時(shí)

臨界車速：各檔的最大動(dòng)力因數(shù)對(duì)應(yīng)的車速。

車速大于臨界車速，汽車行駛穩(wěn)定，反之，不穩(wěn)定。直接檔的臨界車速越低越好。

確定加速能力

確定爬坡能力

汽車行駛條件與功率平衡圖

一、汽車行駛條件

汽車行駛的第一個(gè)條件一驅(qū)動(dòng)條件：Ft2Ff+Fw+Fi

汽車行駛的第二個(gè)條件一附著條件：Fx2WFz2小

近似寫成：FtWFz24>

汽車行駛的必要與充分條件.也稱為汽車行駛的驅(qū)動(dòng)一附著條件：

Ff+Fw+FiWFtWFz2<l>

附著率定義為：C<t>2=Fx2/Fz2C62W0

汽車行駛條件

在一般動(dòng)力性分析中只取附著系數(shù)的平均值。驅(qū)動(dòng)輪地面法向反作用力主要決定于汽車的

結(jié)構(gòu)參數(shù)、行駛狀態(tài)和道路條件等因素。

受力圖如圖1-29。

見公式1-13。

汽車功率平衡圖

在汽車行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率始終等于機(jī)械傳動(dòng)損失與全部運(yùn)動(dòng)阻力所消耗的功率。

P_!_/軟“$Gi%Mua也）（f18）

e■廳I3600+3600+76140+3600d”利用

汽車功率平衡方程式，通過圖解法同樣可以分析汽車的動(dòng)力性能。

汽車功率平衡圖：圖1-36汽車功率平衡陽

汽車動(dòng)力性能分析如圖

1.確定最高車速2.確定加速能力3.確定爬坡能力

汽車的后備功率：

后備功率越大，汽車所加速能力越好，爬坡能力越大，汽車的動(dòng)力性能越好。

汽車功率平衡圖不能直接評(píng)定不同汽車的動(dòng)力性，需用比功率來評(píng)價(jià)。

汽車的比功率：發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的最大功率與汽車總重力的比值。

影響汽車動(dòng)力性的主要因數(shù)

影響汽車動(dòng)力性的主要因素有結(jié)構(gòu)因素和使用因素。

結(jié)構(gòu)因素：發(fā)動(dòng)機(jī)特性參數(shù)、傳動(dòng)系的設(shè)計(jì)、汽車的總質(zhì)量等。

使用因素：道路條件、氣候和海拔高度等。

（一）發(fā)動(dòng)機(jī)特性參數(shù)對(duì)?動(dòng)力性的影響

影響參數(shù)主要有：發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率、最大轉(zhuǎn)矩以及發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線的形狀。

（二）主減速器傳動(dòng)比對(duì)動(dòng)力性的影響

田3-4-6主減速i#速比改變時(shí)的功率平密圖

圖3-4-6為直接檔行駛時(shí)的功率平衡圖。

適當(dāng)?shù)闹鳒p速器傳動(dòng)比可使汽車獲得較大的最高車速，同時(shí)在低速有一定的后備功率，汽

車有較好的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。

（三）變速器的檔數(shù)和傳動(dòng)比對(duì)動(dòng)力性的影響

（四）汽車總質(zhì)量對(duì)動(dòng)力性的影響

（五）使用因素對(duì)動(dòng)力性的影響

汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性

在保證動(dòng)力性的條件下，汽車以盡量小的燃油消耗量經(jīng)濟(jì)行駛的能力，稱為汽車的燃料經(jīng)

濟(jì)性。

汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性主要討論其評(píng)價(jià)指標(biāo)、汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算方法、燃油經(jīng)濟(jì)性測(cè)定

方法以及提高經(jīng)濟(jì)性的途徑等。

2.1汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)

汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的韭顯用行駛單位里程的燃油消耗量或用單位燃油消耗量的汽車行

駛里程數(shù)來表示。

一.燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的表示法

A.升/公里；B.升/百公里:C.公里/升：D.英生/加侖;E.千克/公里；F.升

/百噸公里or千克/百噸公里；

二.汽車耗油量的測(cè)定

測(cè)定汽車的耗油量必須確定是在什么工況下進(jìn)行的。

1.等速行駛工況油耗測(cè)定

等速行駛百公里燃油消耗量是常用的一種評(píng)價(jià)指標(biāo)。

汽車在一定載荷（我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定轎車為半載、貨車為滿載：下，以量高擋在良好的水平道

路上以某一車速勻速行駛，通過1km路段的耗油量叫做該車速下的等速耗油量。

車速從10km/h開始，每隔10km/h做一次，直到該檔最高車速的80%,每種車速試驗(yàn)往返

各一次，利用燃油流量計(jì)測(cè)量耗油量。

繪制等速百公里燃油消耗量曲線，如圖3-5-1

2.循環(huán)行駛試驗(yàn)工況油耗測(cè)定

各國(guó)都制定一些典型的循環(huán)行駛試驗(yàn)工況來模擬實(shí)際汽車運(yùn)行狀況。

貨車六工況：考慮汽車實(shí)際行駛的變速工況，在1075m的行駛過程中有加速、減速和不同

車速的勻速行駛，六個(gè)行駛工況的具體安排如圖3-5-2。

汽車滿載，用最高檔，測(cè)量全程的耗油量，往返共進(jìn)行四次，取平均值，并折算成百公里

燃油消耗量。

汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算

在汽車設(shè)計(jì)與開發(fā)工作中，常常利用發(fā)動(dòng)機(jī)的萬有特性圖與汽車功率平衡圖，對(duì)汽車燃油

經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行估算。

計(jì)算時(shí)假設(shè)汽車在水平路面上行駛。

1.等速行駛工況燃油消耗量的計(jì)算

根據(jù)車速和阻力功率，求出發(fā)動(dòng)機(jī)的功率；Pe=(Pf+PW)/nT

根據(jù)Pe和ua在萬有特性圖上，利用插值法，確定燃油消耗率b,如圖2-3；

等速行駛工況燃油消耗量的計(jì)算

求出車速ua下單位時(shí)間內(nèi)的燃油消耗量Qt；

Qt=pg

求出等速過程的燃油消耗量：

Q=Pbs/102uapg

利用公式求出等速百公里燃油消耗量Qs

Qs=aPg

2.加速行駛工況燃油消耗量的計(jì)算

根據(jù)行駛阻力求出發(fā)動(dòng)機(jī)提供的功率；

如圖2-4,將加速過程按速度增加1km/h等分為假設(shè)干區(qū)間；

求出各點(diǎn)車速對(duì)應(yīng)的單位時(shí)間內(nèi)的燃油消耗量Qt；

求出汽車行駛速度每增加1km/h所需時(shí)間At；

求事各區(qū)間的燃油消耗量Qn；

求出整個(gè)加速過程的燃油消耗量Qa。

求出整個(gè)加速過程的行駛距離。

等減速行駛工況燃油消耗量的計(jì)算

汽車減速行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)處于強(qiáng)制怠速狀態(tài)；

求出減速時(shí)間t；

發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速燃油消耗率Qi：

減速過程燃油消耗量為：

Qd=Qixt

求出整個(gè)減速過程的行駛距離。

怠速停車時(shí)的燃油消耗量

假設(shè)怠速時(shí)間為ts(s),那么燃油消耗量Qid(mL)為：

Qid=Qits

5.整個(gè)試驗(yàn)循環(huán)工況的百公里燃油消耗量Qs為：

Qs=100SQ/s

提高汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素

使用方面的措施

1.管理措施：

優(yōu)先選用柴油車；專業(yè)運(yùn)輸公司應(yīng)傾向于重型車輛和列車運(yùn)輸；加強(qiáng)對(duì)油料的管理。

2.行駛車速：

經(jīng)濟(jì)車速：在等速百公里油耗曲線上，耗油量最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)的車速。經(jīng)濟(jì)車速隨道路情況和

汽車載質(zhì)量而變化。

3.檔位的使用

在換檔過程中，相鄰兩檔之間有車速的重疊區(qū)，盡量使用高檔行駛。發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率在

70%?80%時(shí)油耗率最低。

4.正確的維修：

保證汽車的滑行性能；保持發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)狀況；保證輪胎的氣壓等。

5.提高駕駛技術(shù)：

加速一滑行技術(shù)；緩慢加速：預(yù)熱保溫；保持正常的冷卻水溫度等。

結(jié)構(gòu)方面的措施

1.減輕車輛的重量；

2.縮減汽車的總體尺寸，改善其外形；

3.發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)具有較高的壓縮比等；

4.傳動(dòng)比的選擇應(yīng)保證汽車在常用工況油耗低；

5.盡量采用子午線輪胎；

6.采用節(jié)油裝置等。

汽車動(dòng)力裝置參數(shù)的選定

汽車動(dòng)力裝置參數(shù)是指發(fā)動(dòng)機(jī)功率、傳動(dòng)系的傳動(dòng)比。

選擇原那么：

根據(jù)汽車行駛時(shí)需要的功率來選擇發(fā)動(dòng)機(jī)的功率；

按照盡量發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)功率的原那么確定傳動(dòng)系的參數(shù)；

在確定參數(shù)時(shí)，要考慮參數(shù)對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響；

滿足駕駛性的要求。

發(fā)動(dòng)機(jī)功率的選擇

設(shè)計(jì)中常從保證汽車預(yù)期的最高車速來選擇發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)有的功率。

雖然最高車速僅僅是動(dòng)力性中的一個(gè)指標(biāo)，但現(xiàn)有轎車的統(tǒng)計(jì)數(shù)

據(jù)證實(shí)了最高車速與爬坡能力、加速能力的一致性。如圖3-1和圖3-2。

發(fā)動(dòng)機(jī)功率的估算

1、給出期望的最高車速，選擇的發(fā)動(dòng)機(jī)功率應(yīng)大體等于，但不小于以最高車速行駛時(shí)行

駛阻力功率之和。

3

公式為(3-1)C=amax+amax)

加360076140

2、實(shí)際工作中還利用汽車統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)估計(jì)汽車比功率來確定發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)有功率。

根據(jù)書中圖3-1,利用車重求出功率。

根據(jù)圖3-2,利用預(yù)定的最高車速和車重求出功率。

傳動(dòng)比的選擇

汽車的最小傳動(dòng)比當(dāng)汽車最小傳動(dòng)比為主減速器傳動(dòng)比i0的選擇。

主減速器傳動(dòng)比iO選擇到汽車的最高車速相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率時(shí)的車速時(shí)，最高車速是

最大的。如圖。

適當(dāng)減小最小傳動(dòng)比，可以得到較高的燃油經(jīng)濟(jì)性。

考慮駕駛性能：最小傳動(dòng)比過小，發(fā)動(dòng)機(jī)在重負(fù)荷下工作，加速性不好，出現(xiàn)噪聲與振動(dòng)

:反之，燃油經(jīng)濟(jì)性差，發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲大。

二、最大傳動(dòng)比的選擇

確定最大傳動(dòng)比應(yīng)考慮汽車的最大爬坡度，汽午的附著力和汽車的最低穩(wěn)定午速三個(gè)因素

根據(jù)汽車的最大爬坡度，由行駛方程式確定最大傳動(dòng)比;

驗(yàn)算附著條件，假設(shè)不滿足條件時(shí)，調(diào)整汽車總布置增強(qiáng)附著力。

越野汽車的最大傳動(dòng)比應(yīng)保,止汽車能在最低穩(wěn)定車速卜行駛；

轎車的最大傳動(dòng)比常常根據(jù)加速能力確定。

傳動(dòng)系檔數(shù)與各檔傳動(dòng)比的選擇

(-)傳動(dòng)系檔數(shù)

增加檔位數(shù)會(huì)改善汽車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。

檔位數(shù)的多少會(huì)影響相鄰傳動(dòng)比比值。比值過大會(huì)造成換檔困難。

在變速器中，檔位數(shù)過多，會(huì)使結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

(二)各檔傳動(dòng)比的選擇

一般汽車各檔傳動(dòng)比大致符合相鄰傳動(dòng)比比值相同。

公式為：G=3=Q=5國(guó)…

公比q一般小于?。

相鄰檔傳動(dòng)比采用等比級(jí)數(shù)的優(yōu)點(diǎn)：

1.駕駛員換檔時(shí)，容易做到使離合器無沖擊地接合。如圖3-5。

2.充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，提高汽車的動(dòng)力性。如圖3-6,

3.便于和副變速器結(jié)合構(gòu)成更多檔位的變速器。

實(shí)際上，各檔傳動(dòng)比之間的比值并不是按等比級(jí)數(shù)來分配的。原因有：

各檔利用率差異很大。傳動(dòng)系中齒輪的齒數(shù)必須是整數(shù)；換檔過程中，速度有下降；

利用燃油經(jīng)濟(jì)性一加速時(shí)間曲線確定動(dòng)力裝置參數(shù)

初步選定參數(shù)后.通常利用燃油經(jīng)濟(jì)件一加速時(shí)間曲線,綜合考慮各方面因素.最終確定

動(dòng)力裝置的參數(shù)。

燃油經(jīng)濟(jì)性一加速時(shí)間曲線：曲線大體呈C形，有稱之為C曲線的。

主減速器傳動(dòng)比確實(shí)定

在動(dòng)力裝置的其它參數(shù)不變的條件下，iO變化的C曲線如圖3-8。

變速器傳動(dòng)比確實(shí)定

裝用不同變速器的C曲線如圖3-10。

發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)比與主減速器傳動(dòng)比確實(shí)定

汽車的制動(dòng)性

汽車的制動(dòng)性：汽車行駛時(shí)能在短距離內(nèi)停車且維持行駛方向穩(wěn)定性和在下長(zhǎng)坡時(shí)能維持

一定車速的能力。

4.1制動(dòng)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)

主要由制動(dòng)效能、制動(dòng)效能的恒定性和制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性三個(gè)方面來評(píng)價(jià)。

制動(dòng)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)

一、制動(dòng)效能:是指汽車迅速降低行駛速度直至停車的能力。

它是制動(dòng)性能最根本的評(píng)價(jià)指標(biāo)，它是由一定初速度下的制動(dòng)距離，制動(dòng)減速度和來評(píng)定

,也常用來評(píng)價(jià)。

二、制動(dòng)效能的恒定性主要是指制動(dòng)抗熱衰退性能。它是指汽車

高速制動(dòng)、短時(shí)間屢次重復(fù)制動(dòng)或下長(zhǎng)坡連續(xù)制動(dòng)時(shí)制動(dòng)效能的熱穩(wěn)定性。

三指制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性。通常用汽車制動(dòng)時(shí)，維持直線行駛或按預(yù)定彎道行駛的能

力來評(píng)價(jià)。

制動(dòng)車輪的制動(dòng)力

—.地面制動(dòng)力：

汽車在制動(dòng)過程中是人為地使汽車受到一個(gè)與汽車行駛方向相反的外力，汽車在這一外力

的作用卜迅速地降低車速以至停車，這個(gè)外力稱為汽車的制動(dòng)力。一般為地面制動(dòng)力。

制動(dòng)車輪受力如圖4-4-1,公式為：

TH+Tf-Tj-Fxbr=O近似為

Fxb=Tu/r

地面制動(dòng)力決定于制動(dòng)器摩臻力矩，其極限值受輪胎與路面間附著力的限制。

在輪胎周緣克服制動(dòng)器摩擦力矩所需的力稱為制動(dòng)器制動(dòng)力。公式為：

Fu=Tu/r

制動(dòng)器的制動(dòng)力決定于制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。如制動(dòng)器的結(jié)溝型式、結(jié)構(gòu)尺寸、摩擦副的摩

擦系數(shù)和車輪半徑等參數(shù)。一般情況其數(shù)值大小與制動(dòng)踏板力成正比。制動(dòng)器制動(dòng)力曲線如圖

4-42

制動(dòng)力的極限值

由計(jì)算公式知：地面制動(dòng)力和制動(dòng)器制動(dòng)力有相同的數(shù)值，隨著踏板力的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)。但

是，地面制動(dòng)力受到制動(dòng)車輪和路面的附著條件的限制。其極限值不能超過附著力，公式為:

FxbWF6=Fz"

Fxbmax=Fz<i>

地面制動(dòng)力、制動(dòng)器制動(dòng)力及附著力的關(guān)系如圖4-4-30

汽車制動(dòng)時(shí)，只要當(dāng)制動(dòng)器制動(dòng)力足夠大，同時(shí)提高附著力數(shù)值，才能獲得足夠的地面制

動(dòng)力。

硬路面上的附著系數(shù)

汽車制動(dòng)過程時(shí)，從車輪滾動(dòng)到抱死拖滑是一個(gè)漸變的過程。如圖4-4。經(jīng)過大量試驗(yàn)，

發(fā)現(xiàn)在這個(gè)過程中附著系數(shù)實(shí)際上是有很大變化的。隨著制動(dòng)血度的增加，車輪滾動(dòng)成分越來

越小，而滑動(dòng)成分越來越大，一般用滑動(dòng)率S來說明滑動(dòng)成分的多少。

滑動(dòng)率的定義如公式4-5：

不同滑動(dòng)率時(shí)，制動(dòng)力系數(shù)是不同的。如圖4-5。峰值附著系數(shù)、滑動(dòng)附著系數(shù)。

影響附著系數(shù)的因素

附著系數(shù)的數(shù)值主要決定于道路的材料、路面的狀況與輪胎結(jié)構(gòu)、胎面花紋、材料以及汽

車運(yùn)動(dòng)的速度等因素。

如表4-2表示各種路面上的平均附著系數(shù)。

速度越高，附著系數(shù)越低。在潮濕路面上，水起潤(rùn)滑作用，附著系數(shù)顯著降低。增大輪胎

與路面的接觸面積會(huì)提高附著性能，等等。

汽車的制動(dòng)效能及其恒定性

制動(dòng)效能是指汽車迅速降低行駛速度直至停車的能力。評(píng)價(jià)制動(dòng)效能的指標(biāo)有制動(dòng)距離，

制動(dòng)減速度、制動(dòng)時(shí)間和制動(dòng)力。

汽車的制動(dòng)過程如圖3-6-3。

駕駛員反響時(shí)間制動(dòng)系反響時(shí)間制動(dòng)減速度的增長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)制動(dòng)時(shí)間

制動(dòng)釋放時(shí)間

制動(dòng)減速度

用減速度儀測(cè)出并畫出整個(gè)制動(dòng)過程的減速度曲線。最大減速度公式：jmax=4bg

特點(diǎn)：

最大制動(dòng)減速度由路面的附著系決定。

制動(dòng)初速度的偏差對(duì)測(cè)試影響不大；

不能反映各車輪的制動(dòng)性能，而是整車性能指標(biāo)；

測(cè)試精度較低。

制動(dòng)力

一般在制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上測(cè)試制動(dòng)力。特點(diǎn)：可以測(cè)出各車輪的制動(dòng)力；附著系數(shù)穩(wěn)定；測(cè)試

精度可以提高。

制動(dòng)距離

制動(dòng)距離是指汽車以一定的初速度緊急制動(dòng)，從駕駛員踩下制動(dòng)踏板開始到汽車停住為止

所駛過的距離。它是評(píng)價(jià)汽車制動(dòng)性能最直觀的參數(shù)。

制動(dòng)距離公式如4-6：

特點(diǎn)：

不能單獨(dú)反映各車輪的制動(dòng)狀況，它是一個(gè)整車制動(dòng)性能參數(shù)；要嚴(yán)格控制初速度；采用

五輪儀測(cè)試，有較高的準(zhǔn)確度。

制動(dòng)效能的恒定性

制動(dòng)效能的恒定性是指制動(dòng)器抗熱衰退能力。

制動(dòng)效能指標(biāo)是指制動(dòng)器工作溫度在100°c以下的冷制動(dòng)狀態(tài)下的指標(biāo)。

當(dāng)制動(dòng)器溫度常在300°c以上時(shí)，制動(dòng)器的摩擦力矩顯著降低，制動(dòng)效能指標(biāo)明顯下降

,這種現(xiàn)象稱為制動(dòng)器的熱衰退現(xiàn)象。

標(biāo)準(zhǔn)要求：以一定的車速連續(xù)制動(dòng)15次、每次j=3m/s2、最后的制動(dòng)效能不低于冷制動(dòng)狀

態(tài)下的指標(biāo)60%。

汽車制動(dòng)的穩(wěn)定性

汽車制動(dòng)的穩(wěn)定性是指汽車在制動(dòng)過程中維持直線行駛或按預(yù)定彎道行駛的能力。制動(dòng)跑

偏前后軸側(cè)滑或前輪失去轉(zhuǎn)向能力的現(xiàn)象都屬于制動(dòng)穩(wěn)定性問題。

汽車跑偏是指汽車制動(dòng)時(shí)不能按直線方向減速或停車，汽車自動(dòng)向左或向右偏駛的現(xiàn)象。

側(cè)滑現(xiàn)象是指汽車制動(dòng)時(shí)出現(xiàn)某一軸的車輪橫向滑動(dòng)或兩軸的車輪同時(shí)發(fā)生橫向滑動(dòng)的

現(xiàn)象。如圖4-17。

圖447制動(dòng)時(shí)汽車炮偏的情形

a）制動(dòng)跑偏時(shí)輪胎在地面上留下的印跡

b）制動(dòng)花偏引起后軸輕微制潸時(shí)輪胎

閑在地面上的印跡

汽車的制動(dòng)跑偏

影響制動(dòng)跑偏的因素很多。有汽車輪胎的機(jī)械特性、懸架的結(jié)構(gòu)及其剛度，前輪定位、道

路狀況、制動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械特性、左右車輪制動(dòng)器制動(dòng)力、制動(dòng)初速度和汽車懸架導(dǎo)向桿系與轉(zhuǎn)

向桿系的運(yùn)動(dòng)十預(yù)等。

通常影響汽車制動(dòng)跑偏的主要原因是汽車左右車輪、特別是轉(zhuǎn)向輪左右車輪制動(dòng)器制動(dòng)力

不相等的影響。

受力圖如4-4-10。

汽車的制動(dòng)跑偏

根據(jù)受力分析，汽車制動(dòng)時(shí)跑偏的原因有三點(diǎn)：

FX1I繞主銷的力矩大于FX1r繞主銷的力矩，使轉(zhuǎn)向輪產(chǎn)生一個(gè)向左轉(zhuǎn)動(dòng)的角度；

FY1對(duì)轉(zhuǎn)向前輪產(chǎn)生繞主銷向左轉(zhuǎn)的力矩；

FY1和FY2使車輪產(chǎn)生側(cè)向偏離現(xiàn)象，加劇了制動(dòng)跑偏。

左右車輪制動(dòng)器制動(dòng)力之差用不相等度AFur表示，如圖4-20,制動(dòng)跑偏隨不相等度的增

加而增大，當(dāng)后輪抱死時(shí)，跑偏程度比未抱死時(shí)加大。

汽車制動(dòng)時(shí)車輪的側(cè)滑

汽車在制動(dòng)過程中，當(dāng)車輪未抱死制動(dòng)時(shí)，車輪具有承受一定側(cè)向力的能力，一般不會(huì)發(fā)

生側(cè)滑現(xiàn)象。當(dāng)車輪抱死制動(dòng)時(shí)，車輪承受側(cè)向力的能力幾乎全部消失，汽車在橫向干擾力的

作用下極易發(fā)生側(cè)滑。

汽車側(cè)滑時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況如圖：

前輪先抱死側(cè)滑，慣性力Fj與側(cè)滑方向相反，能減少或阻止前軸側(cè)滑，汽車處于一種穩(wěn)定

狀杰；

后輪先抱死側(cè)滑，慣性力Fj與側(cè)滑方向相同，慣性力加劇后軸側(cè)滑，汽車處丁?一種不穩(wěn)定

的、危險(xiǎn)的工況。

結(jié)論

在制動(dòng)過程中，假設(shè)前輪先抱死滑移，汽車能維持直線減速停車，汽車處于穩(wěn)定狀態(tài)。fl

是，當(dāng)汽車在彎道較多的山區(qū)道路上行駛時(shí)，如果前輪先抱死制動(dòng)，汽車將喪失轉(zhuǎn)向能力，也

是十分危險(xiǎn)的。

假設(shè)后輪先抱死，汽車在側(cè)向干擾力作用下，將發(fā)生急劇甩尾或旋轉(zhuǎn)。制動(dòng)起始速度越高

,這種效應(yīng)越明顯。因此，對(duì)于經(jīng)常在良好道路上高速行駛的車輛，后輪先抱死是極易導(dǎo)致汽

車喪失制動(dòng)穩(wěn)定性的。

汽車制動(dòng)力的軸間分配

當(dāng)制動(dòng)器制動(dòng)力足夠時(shí)，制動(dòng)過程中可能出現(xiàn)三種情況：

前輪先抱死拖滑；然后后輪抱死拖滑：后輪先抱死拖滑；然后前輪抱死拖滑；前、后輪同

時(shí)抱死拖滑。

假設(shè)前、后輪同時(shí)抱死拖滑，那么產(chǎn)生最大地面制動(dòng)力所需的整個(gè)制動(dòng)器制動(dòng)力最?。奂?/p>

最大踏板力最?。４藭r(shí)制動(dòng)系的效率

P3Q

最高。

地面對(duì)前后車輪的法向反作用力

前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配的比例將

影響到汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性和制動(dòng)

系的工作效率。忽略汽車的滾動(dòng)阻力偶

矩、空氣阻力以及慣性力偶矩。受力圖

如圖4-26。

地面的法向反作用力公式如4-7：

制動(dòng)強(qiáng)度z的定義：du/dt=zg

L

前、后輪都抱死時(shí)地面的法向反作用力公式為4-8：

理想的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線

前、后輪同時(shí)抱死時(shí)，前后制動(dòng)器制動(dòng)力Fi1和F12的關(guān)系曲線稱為理想的前、后制動(dòng)器

制動(dòng)力分配曲線，簡(jiǎn)稱I曲線。

前、后輪同時(shí)抱死的條件：

前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力之和等于附著力；

前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分別等于各自的附著力。

如公式4?9。

利用作圖法直接求出I曲線。

具有固定比值的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力與同步附著系數(shù)

前制動(dòng)器制動(dòng)力與汽車總制動(dòng)器制動(dòng)力之比稱為制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)，用符號(hào)B表示。

p=Fi1/Fi

F11=pFiFi2=(1-p)Fi

Fi2=B(Fi1)為一直線，這條直線稱為實(shí)際前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配線，簡(jiǎn)稱B線。如圖

O

B線與I曲線交點(diǎn)處的附卷系數(shù)為同步附著系數(shù)e0,所對(duì)應(yīng)的制動(dòng)減速度為臨界減速度。①o

公式如4-12：

汽車在各種路面上制動(dòng)過程的分析

f線組表示在各種①值路面上只有前輪抱死時(shí)的前、后輪地面制動(dòng)力的分配關(guān)系。由公式

4-13畫出f線組。

r線組表示在各種①值路面上只有后輪抱死時(shí)的前、后輪地面制動(dòng)力的分配關(guān)系。由公式

4-14畫出r線組。

制動(dòng)過程的分析

設(shè)汽車的同步附著系數(shù)①0=。

當(dāng)①<①0時(shí)，①線f線I曲線

當(dāng)①>①0時(shí)，B線r線I曲線

當(dāng)e=40時(shí)，0線I曲線

結(jié)論

1>汽車制動(dòng)系的實(shí)際前、后制動(dòng)力分配線線)應(yīng)總在理想的制動(dòng)力分配線(I曲線)

下方；

2、為了減少制動(dòng)時(shí)前輪抱死而失去轉(zhuǎn)向能力的時(shí)機(jī)，提高附著效率，B線應(yīng)越靠近I曲線

越好?？衫酶鞣N調(diào)節(jié)閥或液壓調(diào)節(jié)器到達(dá)改變制動(dòng)力分配曲線的目的。

3、只要在0>=①0的路面上，地面的附著條件才得到較好的利用。

五同步附著系數(shù)的選擇

汽車的總重及重心位置給定后，即可作出I曲線。B線那么由制動(dòng)器制動(dòng)力在前、后軸上的

分配確定的。設(shè)計(jì)中可調(diào)整。值以求得B線與I線的恰當(dāng)配合，保證適宜的同步附著系數(shù)。

同步附著系數(shù)一般是根據(jù)車型和使用條件來選擇的。

例：某輕型越野車，原設(shè)計(jì)。0=,制動(dòng)時(shí)經(jīng)常發(fā)生后軸側(cè)滑，后改為e0=0.7,側(cè)滑現(xiàn)

象得到改良。

汽車的操縱穩(wěn)定性

汽車的操縱穩(wěn)定性包含相互聯(lián)系的兩個(gè)局部：操縱性及穩(wěn)定性。操縱性是指汽車及時(shí)而準(zhǔn)

確地執(zhí)行駕駛員的轉(zhuǎn)向指令的能力。穩(wěn)定性是指汽車受到外界擾動(dòng)后維持或迅速恢復(fù)原運(yùn)動(dòng)狀

態(tài)的能力。

兩者相互影響，很難截然分開。隨著車速的顯著提高，汽車的操縱穩(wěn)定性已成為現(xiàn)代汽車

的主要性能之一，被稱為“高速車輛的生命線”。

§5?1概述

汽車的操縱穩(wěn)定性包含的內(nèi)容：

汽車操縱穩(wěn)定性涉及到問題較為廣泛，需要采用較多的物理參量從幾個(gè)方面來評(píng)價(jià)。如表

5-1o

在汽車操縱穩(wěn)定性的研究中.常把汽車作為一控制系統(tǒng)，求出汽車曲線行駛的時(shí)域響應(yīng)與

頻域響應(yīng)，用來表征汽車的操縱穩(wěn)定性能。

汽車曲線行駛的時(shí)域響應(yīng)是指汽車在轉(zhuǎn)向盤輸入或外界側(cè)向干擾輸入下的側(cè)向運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。

方向盤輸入有兩種形式：給方向盤作用一個(gè)角位移，稱為角位移輸入,簡(jiǎn)稱角輸入;給方向盤一個(gè)

力矩，稱為力矩輸入,簡(jiǎn)稱力輸入.

轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入下進(jìn)入穩(wěn)態(tài)響應(yīng)及轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入下的瞬態(tài)響應(yīng)，就是表征汽車操縱

穩(wěn)定性的轉(zhuǎn)向盤角位移輸入下的時(shí)域響應(yīng)。

橫擺角速度頻率響應(yīng)特性是傳向盤轉(zhuǎn)角正弦輸入下，頻率由0―8時(shí),汽車橫擺角速度與

轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的振幅比及相位差的變化圖形

車輛坐標(biāo)系與方向盤角階躍輸入下的時(shí)域響應(yīng)

車輛坐標(biāo)系：

周結(jié)于汽車上的。xyz直角動(dòng)坐標(biāo)系。X軸平行于地面指向前方，z軸通過質(zhì)心指向上方，y

軸指向駕駛員的左側(cè)，原點(diǎn)o與質(zhì)心重合。

汽車的時(shí)域響應(yīng)分為不隨時(shí)間變化的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和隨時(shí)間變化的瞬態(tài)響應(yīng)。

汽車等速直線行駛時(shí)，給方問盤角階躍輸入，一般汽車經(jīng)過短暫時(shí)間后進(jìn)入等速圓周行駛

，這是一種穩(wěn)態(tài)，稱為轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，兩穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)之間的過渡過程便是一種

瞬杰，相應(yīng)的瞬態(tài)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)稱為轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入下的瞬態(tài)響應(yīng)。如圖5-3。

.￡3-7-8過多轉(zhuǎn)向汽車直「運(yùn)動(dòng)圖汽車的等速圓周行駛也稱為汽車的

穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性。

“,穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性分為三種類型：缺乏轉(zhuǎn)向、中性轉(zhuǎn)向和過多轉(zhuǎn)向。

缺乏轉(zhuǎn)向一方向盤轉(zhuǎn)角不變，vt,Rt

中性轉(zhuǎn)向——方向盤轉(zhuǎn)角不變，vt,R不變

過度轉(zhuǎn)向——方向盤轉(zhuǎn)角不變，vt,RI

轉(zhuǎn)向特性

假設(shè)輪胎是剛性的、沒有側(cè)向變形。R0為轉(zhuǎn)向半徑，0點(diǎn)為轉(zhuǎn)向中心。

輪胎是彈性，汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，汽車的禽心力對(duì)車輪施加惻向力，使前、后輪胎產(chǎn)生側(cè)向

變形。設(shè)前輪的側(cè)偏角為cd,后輪的側(cè)偏角為。2,實(shí)際轉(zhuǎn)向半徑變?yōu)镽,假設(shè)。2>a1,即以

一a2v0,如圖3-7-6,RO>R,即R/R0v1,汽車具有這種轉(zhuǎn)向特性叫做過多轉(zhuǎn)向。

假設(shè)。1>。2,即。2>0,如圖3-7-7,ROvR,即R/RO>1,汽車具有這種轉(zhuǎn)向特性叫做

缺乏轉(zhuǎn)向。

假設(shè)。1=。2,即可二逋三Q,轉(zhuǎn)向半徑與沒有側(cè)偏角的剛性輪胎的轉(zhuǎn)向半徑相同，即R/RO

三1。這種轉(zhuǎn)向特性叫做中性轉(zhuǎn)向。前、后輪側(cè)偏角絕對(duì)值之差。1一。2和轉(zhuǎn)向半徑的比R/RC

都是表征穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的參數(shù)。

轉(zhuǎn)向特性對(duì)操縱性的影響

過多轉(zhuǎn)向汽車，a2>a1,在側(cè)向風(fēng)的影響下，汽車偏離了直行方向。如圖3-7-8,離心力

Fj的側(cè)向分力Fjy與側(cè)向風(fēng)Fy同方向，使車輪受到的側(cè)向力加強(qiáng)，并不斷加劇，易造成翻車事

故,因此過多轉(zhuǎn)向特性汽車在高速時(shí)不穩(wěn)定，應(yīng)竭力防止。

缺乏轉(zhuǎn)向汽車在受到側(cè)向風(fēng)作用下的受力如圖3-7-9。

由于。1>。2,轉(zhuǎn)向中心。在汽車的另一邊，離心力Fj的側(cè)向分力Fjy與側(cè)向風(fēng)Fy方向相反

，總側(cè)向力減小。當(dāng)Fy消失后，離心力Fj使汽車自動(dòng)回正。

因此缺乏轉(zhuǎn)向汽車的操縱性好，是一種穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向。

中性轉(zhuǎn)向汽車在受到側(cè)向力空用時(shí)，沒有阻止側(cè)偏的作用，在側(cè)向力消失后不能自動(dòng)回正

,駕駛員操縱頻繁，操縱性也不好。

§5.2輪胎的側(cè)偏特性

輪胎的側(cè)偏特性:指測(cè)偏力、回正力矩與側(cè)偏角之間的關(guān)系

輪胎坐標(biāo)系

車輪平面一垂直于車輪旋轉(zhuǎn)軸線的輪胎中分平面；

坐標(biāo)系原點(diǎn)o—車輪平面和地平面的交線與車輪旋轉(zhuǎn)軸線在地平面上投影線的交點(diǎn)；

X軸為車輪平面與地平面的交線，指向前方；z軸與地平面垂直，指向上方；y軸在地平面

上，指向左側(cè)；

回正力矩Tz——地面反作用力繞z軸的力矩；

側(cè)偏角——輪胎接地印跡中心位移方向與x軸的夾角；

外傾角——垂直平面（xoz）與車輪平面的夾角。

輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象和側(cè)偏力一側(cè)偏角曲線

1、當(dāng)車輪中心沿Y軸方向作用有側(cè)向力Fy時(shí)，就會(huì)在地面上產(chǎn)生地面?zhèn)认蚍醋饔昧?，?/p>

側(cè)偏力FY；

剛性輪胎在側(cè)向力作用時(shí)的滾動(dòng)如圖5-6

由于車輪的側(cè)向彈性，只要惻偏力出現(xiàn)，不管它是否到達(dá)附著極限車輪行駛方向都會(huì)偏離

車輪平面，出現(xiàn)側(cè)偏，這就是側(cè)偏現(xiàn)象。

a圖是車輪在側(cè)向力Fy的作用下，輪胎靜止時(shí)發(fā)生的側(cè)向變形。b圖中，輪胎胎面接地印

跡的中心線aa與車輪平面cc的夾角。稱為側(cè)偏角。產(chǎn)生側(cè)偏角a時(shí)的地面?zhèn)认蚍醋饔昧ΓQ為

側(cè)偏力FY。.

、側(cè)偏力一側(cè)偏角（FY—a）曲線［圖5-8）

影響側(cè)偏特性的因素

采用扁平率小的寬輪胎可提高側(cè)偏剛度；（圖5-9）

垂直載荷增大，側(cè)偏剛度先噌大后減??；（圖5-11）

氣壓增加，側(cè)偏剛度先增大后減?。唬▓D5-12）

側(cè)偏角一定時(shí)，縱向力增加，側(cè)偏剛度有所下降，超過一定值后那么顯著下降；（圖5-13

附著橢圓〕

路面的粗糙程度、干濕狀況也會(huì)影響側(cè)偏特性。

回正力矩的產(chǎn)生

輪胎發(fā)生側(cè)偏時(shí)，會(huì)產(chǎn)生使轉(zhuǎn)向車輪回復(fù)到直線行駛位置的回正力矩；

地面微元側(cè)向反力的合力FY與側(cè)向力Fy產(chǎn)相等，但作用點(diǎn)在接地印跡兒何中心的前方；

Tz=FYe,其中e為輪胎拖距；

圖5-17：回正力矩逐漸增大，當(dāng)側(cè)偏角為4°?5。時(shí)達(dá)最大值，之后回正力矩下降，當(dāng)10°

?16°時(shí)回正力矩為零；

圖5-18：隨驅(qū)動(dòng)力的增加，回正力矩達(dá)最大值后再卜.降。在制動(dòng)力作用下，回正力矩不斷

減小，到達(dá)零后，便變?yōu)樨?fù)值。

有外傾角時(shí)輪胎的滾動(dòng)

I、有外傾角的存在，輪胎會(huì)各自向左、右側(cè)滾開，又由于前束

的存在，使得車輪中心作用一側(cè)向力Fy,將車輪約束著向前滾動(dòng)。于是在接地面中產(chǎn)生與

F,方向相反的外傾側(cè)向力FY丫；

圖18車輪外傾角與外傾側(cè)向力

、，其中為外傾剛度,負(fù)值;

2FYY=kyYky

3、輪胎的側(cè)偏剛度（圖5-20c）

在各種外傾角下，輪胎的側(cè)偏剛度均為口；側(cè)偏角為零時(shí)的地面?zhèn)认蛄褪峭鈨A側(cè)向力F'y

;地面?zhèn)认蛄榱銜r(shí)的側(cè)偏角就是由外傾角產(chǎn)生的側(cè)偏角Aa;地面?zhèn)认蛄镕Y時(shí)的側(cè)偏角a

,等于外傾角為零時(shí)FY產(chǎn)生的側(cè)偏角a。與由此外傾角產(chǎn)生的惻偏角△a之和；側(cè)偏角為a時(shí)

的地面?zhèn)认蚍醋饔昧?，等于外傾侑為零時(shí)的側(cè)偏力于外傾側(cè)向力之和。

4、正側(cè)偏角對(duì)應(yīng)于負(fù)的側(cè)偏力與正的回正力矩；正外傾角對(duì)應(yīng)于負(fù)的外傾側(cè)向力與負(fù)的

外傾回正力矩。（135-22）

§5-3線性二自由度汽車模型對(duì)前輪角輸入的響應(yīng)

一、線性二自由度汽車模型的運(yùn)動(dòng)微分方程

直接以前輪轉(zhuǎn)角為輸入，且認(rèn)為汽車在平行于地面的平面運(yùn)動(dòng)。故只有沿y軸的側(cè)向運(yùn)動(dòng)

和繞z軸的橫擺運(yùn)動(dòng)。同時(shí)將汽車簡(jiǎn)化成兩輪摩托車后再作分析。

二、前輪角輸入下的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)——等速圓周行駛

（一）穩(wěn)態(tài)響應(yīng)

1、穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益（轉(zhuǎn)向靈敏度）指穩(wěn)態(tài)時(shí)的橫擺角速度與前輪轉(zhuǎn)角之比。

2、穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益的表達(dá)式具中K為穩(wěn)定性因數(shù)。

（二）穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的三種類型

K=0中性轉(zhuǎn)向

K>0缺乏轉(zhuǎn)向。特征車速uch

K<0過多轉(zhuǎn)向。臨界車速Ucr

1、Uch時(shí)，其橫擺角速度增益為與軸距相等地中性轉(zhuǎn)向汽車的?半；Uch降低，缺乏轉(zhuǎn)向量

增加;

2、3時(shí)，橫擺角速度增益趨于無窮大。Ucr越低，過多轉(zhuǎn)向量越大’

3、汽車應(yīng)具有適度的缺乏轉(zhuǎn)向。

（三）幾個(gè)表征穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的參數(shù)

用前、后輪側(cè)偏角絕對(duì)值之差（ai-az）表示

轉(zhuǎn)向半徑的比值R/Ro

靜態(tài)儲(chǔ)藏系數(shù)S.M.

中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)一使汽車前、后輪產(chǎn)生同一側(cè)偏角的側(cè)向力作用點(diǎn)；

S.M.—中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)至前軸距離和質(zhì)心至前軸距離之差與軸距地比值。

K=0ai=a2R/Ro=1S.M.=0（中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)與質(zhì)心重合）中性轉(zhuǎn)向

K>0ai-a2>0R/Ro>1S.M.>0（質(zhì)心在中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)之前）缺乏轉(zhuǎn)向

K<0ai-a2<0R/Ro<1S.M.V0（質(zhì)心在中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)之后）過多轉(zhuǎn)向

§4汽車操縱穩(wěn)定性與懸架、轉(zhuǎn)向系的關(guān)系

汽車的側(cè)傾

車廂側(cè)傾軸線

1、車廂側(cè)傾軸線：車廂相對(duì)地面轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的瞬時(shí)軸線，該軸線通過車廂在前、后軸處橫斷

面上的瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心，稱為側(cè)傾中心。

2、可用圖解法或?qū)嶒?yàn)法求得側(cè)傾中心，決定于懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)1）單橫臂獨(dú)立懸架上車廂

的惻傾中心車廂不動(dòng)，地面按順時(shí)針方向相對(duì)于車廂轉(zhuǎn)動(dòng)。

2）雙橫臂獨(dú)立懸架上車廂的側(cè)傾中心

三心定理：四連桿機(jī)構(gòu)中，三根桿件的三個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)瞬時(shí)中心位于同一直線上。

可用等效單橫臂懸架代替雙潢臂獨(dú)立懸架。

3）縱置半橢圓板簧上車廂的側(cè)傾中心

車廂相對(duì)于車軸的側(cè)傾有兩種極限狀態(tài)：較鏈作用發(fā)生在車廂與板簧的連接處

錢鏈作用發(fā)生在車軸與板簧的連接處［不大可能）

?般認(rèn)為側(cè)傾中心位于主片板簧的中心線兩點(diǎn)的連線上，矯車側(cè)傾中心在車輪中心。

懸架的側(cè)傾角剛度

指?jìng)?cè)傾時(shí)（車輪不離開地面），單位車廂轉(zhuǎn)角下，懸架系統(tǒng)給車廂總的彈性恢復(fù)力偶矩。

可用懸架的線剛度來計(jì)算側(cè)傾角剛度。

懸架的線剛度：指車輪保持在地面上車廂作垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，單位車廂位移下，懸架系統(tǒng)給車

廂總的彈性恢復(fù)力。

非獨(dú)立懸架的汽車，懸架的線剛度等于兩個(gè)彈簧線剛度之和；

獨(dú)立懸架的汽車，計(jì)算較復(fù)雜，見公式5-41。

懸架的側(cè)傾角剛度

利用等效彈簧概念來計(jì)算，見公式5-42。

（三）車廂的側(cè)傾角

指車廂在側(cè)向力作用下繞側(cè)傾軸線的轉(zhuǎn)角。過大，乘客感到不舒服，過小，車廂內(nèi)沖擊大

1、車廂側(cè)傾角決定于側(cè)傾力矩、懸架總的角剛度，公式5-43；

2、側(cè)傾力矩由三局部組成

1）懸掛偵量離心力引起的惻傾力矩

2）側(cè)傾后，懸掛質(zhì)量重力引起的側(cè)傾力矩，由于懸掛質(zhì)量的質(zhì)心偏移所致。

3）獨(dú)立懸架中，非懸掛質(zhì)量的離心力引起的側(cè)傾力矩

二、側(cè)傾時(shí)垂直載荷在左、右側(cè)車輪上的重新分配及其對(duì)穩(wěn)定性的影響

結(jié)論：側(cè)傾時(shí)，左、右輪上載荷發(fā)生變化。外側(cè)車輪載荷增加，內(nèi)側(cè)車輪載荷減小，且變

化量△W相同；

側(cè)傾后，側(cè)偏角a增大；AW越大，側(cè)偏角。越大；

良好的操縱穩(wěn)定性要求：前輪的側(cè)偏角》后輪的側(cè)偏角?？赏ㄟ^提高前軸懸架的側(cè)傾角剛

度到達(dá)要求。而前軸和后軸的左、右輪載荷的變化量決定于前、后懸架的側(cè)傾角剛度；

提高前軸側(cè)傾角剛度的結(jié)構(gòu)造施

1）增加一橫向穩(wěn)定桿來提高前軸側(cè)傾角剛度：

2）減小后鋼板彈簧片數(shù)，減小后軸側(cè)傾角剛度。

三、側(cè)傾外傾一側(cè)傾時(shí)車輪外傾角的變化

1、車廂側(cè)傾時(shí)，車輪外傾角有三種變化：保持不變、沿地面?zhèn)认蛄ψ饔梅较騼A斜、沿地

面?zhèn)认蛄ψ饔梅较虻南喾捶较騼A斜。

2、分析圖5-59

I）非獨(dú)立懸架，車輪保持垂直狀態(tài)；

2）上橫臂短，下橫臂長(zhǎng)的雙橫臂獨(dú)立懸架，大體上可保持外側(cè)車輪垂直于地面；

3）上、下橫臂長(zhǎng)度相等且平行的雙橫臂、單縱臂、燭式獨(dú)立懸架，車輪傾斜方向與地面

側(cè)向力的方向相反，有增大側(cè)偏角的效果。即增大缺乏轉(zhuǎn)向效果，可放在前邊；

4）單橫臂燭式獨(dú)立懸架在小側(cè)向加速度時(shí)，車輪傾斜方向與地面?zhèn)认蛄Φ姆较蛳嗤?，?/p>

減小側(cè)偏角的效果。這種懸架系統(tǒng)適合放在后邊。

四、側(cè)傾轉(zhuǎn)向（又稱軸轉(zhuǎn)向、運(yùn)動(dòng)學(xué)側(cè)偏）

定義

指在側(cè)向力作用下車廂發(fā)生惻傾，有車廂側(cè)傾所引起的前轉(zhuǎn)向輪繞主銷的轉(zhuǎn)動(dòng)，后輪繞垂

直于地面軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，即車輪轉(zhuǎn)向角的變動(dòng)。后軸的車輪轉(zhuǎn)向角由懸架導(dǎo)向桿的運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系產(chǎn)

生前軸的那么由懸架導(dǎo)向桿系與轉(zhuǎn)向桿系的干預(yù)所致（側(cè)傾干預(yù)轉(zhuǎn)向）

2、軸轉(zhuǎn)向：發(fā)生側(cè)傾轉(zhuǎn)向時(shí)，車軸也發(fā)生繞垂直軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)。

3、后軸的軸轉(zhuǎn)向?qū)D(zhuǎn)向特性的影響［圖5-63）

五、變形轉(zhuǎn)向——懸架導(dǎo)向裝置變形引起的車輪轉(zhuǎn)向角

六、變形外傾——懸架導(dǎo)向裝置變形引起的外傾角的變化

七、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與汽車橫撰角速度穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的關(guān)系

汽車的平順性

汽車的行駛平順性是指汽車在一般車速范圍內(nèi)行駛時(shí)，保持乘員不致因振動(dòng)而感到疲勞和

不舒適以及保持所運(yùn)貨物完好無損的能力。

研究平順性的目的就是控制振動(dòng)的傳遞。

§6-1汽車平順性的評(píng)價(jià)

平順性的評(píng)價(jià)

汽車平順性主要考慮垂直方向的振動(dòng)，特別是人體受到的垂直振動(dòng)的振動(dòng)頻率和振動(dòng)加速

度，

1、適宜的車身振動(dòng)頻率

人體較適應(yīng)的振動(dòng)頻率為人步行時(shí)重心振動(dòng)頻率67?89次/分(1.1?Hz)。

2、加速度

人體能夠承受的加速度有一定的限度。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(ISO2631),人體承受的振動(dòng)加速

度劃分出三種不同的感覺界限：

暴露極限

疲勞降低工作效率界限：一般按此界限來評(píng)價(jià)汽車的行駛平順性。如圖3-8-10

舒適降低界限

H1mh*

E16min

.25min

slh

s4h

ah'jw/

圖3-8-10重直振動(dòng)的夜勞降低工作效率界限

評(píng)價(jià)方法

1/3倍頻帶評(píng)價(jià)方法

根本思想：按人體對(duì)不同頻率的振動(dòng)反響分別時(shí)待。首先把傳至人體的加速度進(jìn)行頻譜分

析，得到1/3倍頻帶的加速度均力根值譜；

1/3倍頻帶上、下限頻率的比值

中心頻率

上、下限頻率與中心頻率的關(guān)系式：

結(jié)論：當(dāng)同時(shí)有許多1/3倍頻帶作用于人體時(shí)，主要由人體感覺的振動(dòng)強(qiáng)度最大的一個(gè)1/3

倍領(lǐng)帶產(chǎn)生對(duì)人體的影響

加權(quán)加速度均方根值分量的計(jì)算

2.總加權(quán)均方根值評(píng)價(jià)方法

根本思想：把人體對(duì)振動(dòng)敏感區(qū)之外的能量按一定的比例關(guān)系對(duì)稱

到敏感區(qū)里來，用單一指標(biāo)衡量。

用1?80Hz,20個(gè)1/3倍頻帶加權(quán)加速度均方根值分量的方和根值來評(píng)價(jià)。

§2路面的統(tǒng)計(jì)特性

一、路面不平度的功率譜

1、路面縱斷面曲線(不平度函數(shù)〕：路面相對(duì)基準(zhǔn)平面的高度，沿道路走向長(zhǎng)度的

變化；

空間頻率譜密度化為時(shí)間頻率譜密度

a.空間頻率

單位長(zhǎng)度上某一諧量出現(xiàn)的次數(shù)c/m=1/L即空間頻率為波長(zhǎng)的倒數(shù)

b.時(shí)間頻率f單位時(shí)間內(nèi)諧量出現(xiàn)的次數(shù)c/s

C.空間頻率與時(shí)間頻率的關(guān)系。f=u量綱c/s=m/s*c/m

2.路面空間譜

3.空間譜Gq()與時(shí)間譜Gq(f)之間關(guān)系

§3汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化，單質(zhì)量系統(tǒng)的振動(dòng)

假設(shè)：1.汽車對(duì)稱于縱軸線。

2.直線行駛時(shí)，左右車輪遇到不平度

沿X軸線汽車作常速運(yùn)動(dòng)。

那么：汽車只有垂直振動(dòng)和角振動(dòng)，而這兩運(yùn)動(dòng)是平順性主要評(píng)價(jià)指標(biāo)

圖6-11為一個(gè)把汽車車身質(zhì)量看作為剛體的立體模型。(7個(gè)自由度)

圖6-12為汽車簡(jiǎn)化為4個(gè)自由度的平面模型。

在這個(gè)模型中，又因輪胎阻尼較小而予以忽略，同時(shí)把質(zhì)量為m2,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量ly的車身按

動(dòng)力學(xué)等效的條件分解為前軸上，后軸上及質(zhì)心C上的三個(gè)集中質(zhì)量rri2f,mr,及m2c。這三個(gè)質(zhì)

量由無質(zhì)量的剛性桿連接，它們的大小由下述三個(gè)條件決定

總質(zhì)量保持不變

質(zhì)心位置不變

轉(zhuǎn)動(dòng)慣量ly的值保持不變

懸掛質(zhì)量分配系數(shù)而'0

假設(shè)令￡=1,聯(lián)系質(zhì)量m2c=0前后軸上方車身局部的集中質(zhì)量m2f,m2r的垂直方向運(yùn)動(dòng)是相

互獨(dú)立的。當(dāng)前輪遇到路面不平度而引起振動(dòng)時(shí)，質(zhì)量m2f運(yùn)動(dòng)而質(zhì)量m2r不運(yùn)動(dòng)，反之亦然.

故在這種特殊情況下，可以討論圖6-12上m2f和前輪軸以及m2r和后輪軸所構(gòu)成的兩個(gè)雙質(zhì)量系

統(tǒng)的振動(dòng)。

在遠(yuǎn)離車輪局部固有頻率f