交通安全第五章(交通版).ppt

1、第五章 車輛與交通安全,第一節(jié) 汽車主要性能,一、汽車的動力性 1定義：良好的路面、直線行駛，縱向受力下的平均行駛速度； 2主要指標：最高車速、加速時間、最大爬坡度； 3行駛方程： 3.1驅動力Ft:由發(fā)動機外特性、傳動比、傳動效率、車輪半徑決定 3.2滾動阻力Ff:硬路面上主要是輪胎彈性變形的遲滯損失造成，用滾動阻力系數(shù)f 衡量，相當于單位車重的推力； 3.3空氣阻力Fw:由壓力阻力、摩擦阻力在前進方向的分力組成； 3.4加速阻力Fj:由平動加速和旋轉加速阻力構成，后者用折算； 3.5坡度阻力Fi:重力沿坡道的分量，與車重、坡度有關； 4驅動力行駛阻力平衡圖： 4.1：各檔驅動力及Ff+Fw

2、隨車速變化的圖解； 4.2：繪制方法：,圖,4.3：作用： 確定最高車速(Ft與Ff+Fw的交點對應車速)； 最大加速度： 最大爬坡度：,第五章 車輛與交通安全,第一節(jié) 汽車主要性能,5汽車行駛的附著條件與附著率： 5.1附著力定義:地面對輪胎切向反作用力的極限值； 5.2附著條件:驅動輪轉矩產生的地面切向反作用力； 5.3附著系數(shù):由路面種類和狀態(tài)決定，車速影響次之； 5.4受力計算: 5.4.1一般運動狀態(tài)下的法向力Fz 簡化的前、后輪的法向反力 （忽略旋轉慣性質量阻力偶矩和滾動阻力偶矩部分）,圖,第五章 車輛與交通安全,第一節(jié) 汽車主要性能,5.4.2實現(xiàn)一般運動狀態(tài)的切向力Fx 前驅汽

3、車： 后驅汽車： 5.5附著率： 5.5.1定義：直線行駛充分發(fā)揮驅動力要求的最低附著系數(shù)。不同行駛工況要求的附著率不同，加速、上坡或高速行駛時要求的大； 5.5.2附著率計算： a)加速上坡時：后驅汽車 忽略滾動、空氣阻力,(Fj只含平動部分),圖,第五章 車輛與交通安全,第一節(jié) 汽車主要性能,引入等效坡度：,等效坡度,對前驅汽車：,路面確定，即 值確定，可求出汽車能夠通過的等效波度。,對后驅汽車：,第五章 車輛與交通安全,第一節(jié) 汽車主要性能,思考：如果路面附著系數(shù) ，兩種情況下1擋的動力性可否得到充分發(fā)揮？,計算實例：（用某后驅輕型貨車的結構參數(shù)）,第五章 車輛與交通安全,第一節(jié) 汽車主

4、要性能,b)高速行駛時: 后驅汽車,代入各力的表達式，可得不同升力系數(shù)下附著率與車速的關系,不計坡道、 加速阻力,第五章 車輛與交通安全,第一節(jié) 汽車主要性能,二、汽車的制動性 1定義：短距離停車、維持方向穩(wěn)定性，下長坡維持一定速度； 2評價指標：制動效能、制動效能恒定性、制動方向穩(wěn)定性； 3制動時車輪的受力： 由地面提供，受制動器內、輪胎地面兩對摩擦副影響 3.1地面制動力Fxb: 3.2制動器制動力Fu:在輪胎周緣為克服制動器摩擦力矩所需的力;本質是虛擬的力，某些時候大小與地面制動力相同； 3.3Fxb、Fu、F的關系:一個特征點、兩種關系 結論:Fxb首先取決制動器制動力，同時又受附著力

5、限制； 4硬路面上的附著系數(shù)： 4.1：制動過程地面印痕分析；分三個階段。 4.2：滑移量衡量指標：,圖,圖,第五章 車輛與交通安全,第一節(jié) 汽車主要性能,4.3制動力系數(shù)與滑移率的關系:三個階段、兩個特征值 結論:p出現(xiàn)在滑移率20%附近，滑動附著系數(shù)s小于p ； 5制動效能及恒定性： 5.1：最大制動減速度； 5.2：制動距離分析；分四個階段：,制動距離一般僅指二、三階段對應的值，忽略高階小量后可得：,圖,圖,第五章 車輛與交通安全,第一節(jié) 汽車主要性能,小型汽車(總質量4.5t) 中型汽車(總質量為4.5-1.2t) 大型汽車(總質量1.2t),5.3：制動效能的恒定性 制動器的熱衰退現(xiàn)

6、象：汽車下長坡時，長時間使用制動器或高速時制動，大量的動能轉為制動器摩擦副的摩擦熱，使制動器溫度迅速增高，經常在300以上，甚至高達600一700；此時摩擦系數(shù)減小，導致制動力矩下降，制動效能明顯降低。 制動效能恒定性的要求： 根據(jù)國際標準草案(ISODIS6597)推薦，以一定車速連續(xù)制動15次，每次的制動減速度為3 ms2，最后制動效能應不低于規(guī)定的冷試驗制動效能 (5.8 ms2) 的60。,第五章 車輛與交通安全,第一節(jié) 汽車主要性能,減少熱衰退現(xiàn)象的措施： 加大制動蹄與制動鼓的接合面積； 下長坡時應斷續(xù)地踩制動踏板，并盡量利用發(fā)動機制動，必要時可采用對制動鼓附加的冷卻措施； 加裝輔助

7、制動器（緩速器），下長坡主要用輔助制動器制動，以減輕行車制動器的負擔； 采用抵抗熱衰退能力強的制動器； 避免行車速度過高。,影響制動器熱衰退的主要因素： 摩擦材料以外，主要是制動器結構。敏感性由高到低依次為：增力式雙領蹄式領從蹄式雙從蹄式盤式。,圖,第五章 車輛與交通安全,第一節(jié) 汽車主要性能,6制動時的方向穩(wěn)定性 6.1定義：制動過程中維持直線行駛的能力或按預定彎道行駛的能力； 6.2主要不正常現(xiàn)象：跑偏、側滑、失去轉向能力； 跑偏：制動時，汽車自動向左或向右偏駛，稱為制動跑偏。 跑偏現(xiàn)象多數(shù)是由于左右車輪制動器制動力不等造成的，經過維修調整可以消除。 側滑：制動時某一軸或兩軸的車輪發(fā)生橫向

8、滑移的現(xiàn)象。主要是汽車受側向力作用大于輪胎與地面?zhèn)认蚋街σ?，車輪抱死時更容易發(fā)生，后軸側滑更加危險。 失去轉向能力：彎道行駛沿切線、直線行駛不拐彎，當前輪抱死時會發(fā)生。 結論：制動時不希望車輪抱死，尤其是后輪單獨抱死或過早的先于前輪抱死。,圖,圖,第五章 車輛與交通安全,第一節(jié) 汽車主要性能,7理想的前后制動器制動力分配曲線 7.1定義：在各種值路面上的制動過程中，能夠保證前后車輪同時抱死的前后制動器制動力關系曲線，一般稱為I曲線； 7.2 I曲線滿足的關系：,7.3 I曲線（圖解）,直接函數(shù)形式：,第五章 車輛與交通安全,第一節(jié) 汽車主要性能,8制動性的試驗 8.1試驗環(huán)境與條件：主要室

9、外進行，路面平整、干凈，坡度不大于1%，附著系數(shù)不小于0.720.75，風速小于5m/s，氣溫035,汽車預熱以0.80.9最高車速行駛1小時； 8.2主要設備：第五輪儀、減速度計、壓力傳感器； 8.3試驗項目與考核項目： 冷車制動試驗：制動器溫度100，考核減速度和航向角； 高溫制動試驗：連續(xù)、重復制動使制動器升溫，考核熱衰退性； 轉彎制動試驗：規(guī)定半徑、車速，考核減速度和橫擺角速度； 8.4主要測量項目：制動距離、減速度、側向路徑偏移量； 8.5其他試驗： 對裝有ABS系統(tǒng)汽車測試附著系數(shù)利用率； 汽車使用企業(yè)、檢測單位可用室內試驗裝置完成某些測試,圖,圖,第五章 車輛與交通安全,第一節(jié)

10、汽車主要性能,三、汽車的操縱穩(wěn)定性 1定義：駕駛員不過分緊張、疲勞的條件下，汽車遵循轉向系及轉向車輪給定方向行駛，遇到外界干擾時，能抵抗干擾保持穩(wěn)定行駛的能力。 2基本內容與評價指標：分9類、近30個（詳見汽車理論表5-1，P130），重點介紹方向盤角階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)響應；車輛坐標系與穩(wěn)定性有關的是橫擺角速度r、橫向速度、加速度ay 3輪胎的側偏特性：這是研究汽車穩(wěn)定性的基礎。 3.1輪胎坐標系: 注意側偏角和外傾角的符號規(guī)定 3.2輪胎的側偏現(xiàn)象: 彈性輪胎受側向力作用，未達到附著極限時車輪行駛方向偏離車輪平面的現(xiàn)象。 3.3側偏剛度及側偏特性: 曲線在=0的斜率叫側偏剛度k、 5后出現(xiàn)側滑

11、。 3.4影響側偏剛度的主要因素:有輪胎尺寸、形式、結構參數(shù)。大尺寸、子午線輪胎、減小高寬比可以提供側偏剛度；,圖,圖,圖,圖,第五章 車輛與交通安全,第一節(jié) 汽車主要性能,4汽車的穩(wěn)態(tài)轉向特性： 4.1：線性二自由度汽車模型的運動微分方程： 在假設和忽略次要因素后，四輪汽車簡化成兩輪摩托車模型，任意曲線運動時的微分方程為：式（5-9） 4.2：前輪角階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)響應：采用轉向靈敏度 評價 穩(wěn)態(tài)響應。此時運動微分方程為：,式中：K稱為穩(wěn)定性系數(shù),4.3穩(wěn)態(tài)轉向的三種類型： a)中性轉向：K=0，橫擺角速度增益與車速成正比，斜率1/L； b)不足轉向：K0，橫擺角速度增益比中性轉向小； c)

12、過度轉向：K0，橫擺角速度增益比中性轉向大。 4.4關鍵車速： 特征車速uch：不足轉向汽車此時 為中性轉向汽車的一半； 臨界車速ucr：過度轉向汽車此時 為無窮大；,圖,第五章 車輛與交通安全,第一節(jié) 汽車主要性能,穩(wěn)態(tài)轉向特性的其它描述：方向盤轉角一定時汽車做等速圓周運動，加速行駛后運行軌跡。 4.5：汽車穩(wěn)定性系數(shù)選擇：一般汽車設計K值略大于0，處在轉向不足狀態(tài)。 5汽車的縱向、橫向穩(wěn)定性：,5.1縱向穩(wěn)定性： 定義：指上（或下）坡時，汽車抵抗繞后（或前）軸翻車的能力。,汽車縱向翻倒的臨界坡度角：,圖,不致發(fā)生縱向翻倒的路面坡度角：,第五章 車輛與交通安全,第一節(jié) 汽車主要性能,后輪驅動

13、的汽車上坡，當驅動力等于附著力時，汽車的滑轉臨界坡度角為,整理，得到后輪驅動汽車的縱向穩(wěn)定性條件為：,一般道路的坡度角遠小于汽車可能產生翻倒的坡度角，汽車不會縱翻。若質心高，裝載點太靠前或太靠后，下坡或上坡時有可能失去操縱并縱向翻倒。,為了避免汽車縱向翻倒，應使滑轉出現(xiàn)在翻車之前，即,第五章 車輛與交通安全,第一節(jié) 汽車主要性能,5.2橫向穩(wěn)定性,定義：指抵抗側翻和側滑的能力 發(fā)生環(huán)境：水平路面彎道或橫坡直線行駛 側翻條件：,設汽車在彎道半徑為R的路面上行駛，離心力為：,可得：發(fā)生橫向翻倒的臨界車速,當Fc對外側車輪接地點的力矩等于重力對應力矩時，內側車輪對路面的壓力為零，汽車將失去操縱并可能

14、橫向翻倒。此時：,第五章 車輛與交通安全,第一節(jié) 汽車主要性能,設汽車在橫向坡度為的路面上直線行駛，當重力通過內側車輪接地點時，外側車輪對路面的壓力為零，汽車將失去操縱并可能橫向翻倒。,側滑條件：,汽車在發(fā)生側翻之前，如果地面?zhèn)认蚋街Σ粔颍瑒t可能先發(fā)生側滑。,此時：,水平路面轉彎時：,橫坡直行時：,圖3-14,第五章 車輛與交通安全,第一節(jié) 汽車主要性能,就危害程度而言，側滑好于側翻，穩(wěn)定性限制條件為：,水平轉彎時：,有彎道超高時：,橫向翻倒的臨界車速：,側滑的臨界車速：,橫坡直行時：,第五章 車輛與交通安全,第一節(jié) 汽車主要性能,四、汽車的通過性 1定義：汽車能以足夠高的平均車速通過各種壞

15、路和無路地帶及各種障礙的能力。 2分類：分2類，支承通過性（越野車輛）、幾何通過性（公路車輛） 3幾何通過性的參數(shù)：最小離地間隙、縱向通過角、接近角、離去角、最小轉彎半徑、轉彎通道圓。,4.幾何通過性的失效形式: 間隙失效、頂起失效、觸頭失效、托尾失效。,第五章 車輛與交通安全,第一節(jié) 汽車主要性能,一、車輛運行安全技術條件 國家標準機動車運行安全技術條件GB7258-2004，針對道路行駛車輛，規(guī)定了整車、發(fā)動機、轉向系、制動系、行駛系、傳動系、照明信號、電氣設備、車身、安全防護裝置等有關運行安全的基本要求及檢驗方法。 二、車輛導致交通事故原因 1.直接原因：安全技術狀況不良，如制動失效或性

16、能下降、轉向失控、操縱機構連接不牢或機件失靈、燈光失效、駕駛視野不清、爆胎、裝載超高超寬超限。 2.間接原因： 設計原因如視野不夠、機構干涉、儀表布置不合理； 管理原因如缺乏安全檢查制度、車輛帶病運行、維修保養(yǎng)差或不及時；,第五章 車輛與交通安全,第二節(jié) 汽車特性與交通安全,三、汽車結構與交通安全 1.預防性結構措施 駕駛視野：前方通過擋風玻璃觀察，側方通過兩側門窗或后視鏡觀察，后方通過后視鏡觀察；會影響行駛、會車、超車、倒車、轉彎、制動。對玻璃、視鏡的尺寸、數(shù)量有規(guī)定。 駕駛工作環(huán)境：噪聲、振動小，溫度適宜、足夠的操作空間。 燈光：前照燈遠光100-150米，近光40米；尾燈、制動燈醒目和便

17、于區(qū)分，防止追尾。 信號指示裝置：報警類如制動氣壓或液位、轉向、車門、車速；指示類如車速表、溫度表等，要便于觀察，避免混淆。 2.降低危害性結構措施： 對行人：車輛碰撞行人造成傷害一般為三次打擊(撞、碰、壓)，減輕措施，保險杠高度、彈性、輪前防護網(wǎng)等。 對乘員：安全帶、氣囊、安全轉向柱、安全玻璃等； 防火：油箱、油管防碰撞、防破裂，對安放位置有規(guī)定（轎車在后軸上方，貨車在右側）。,第五章 車輛與交通安全,第二節(jié) 汽車特性與交通安全,四、汽車技術狀況與交通安全 1.轉向裝置 主要障礙：轉向沉重導致轉向響應慢，汽車擺頭蛇形行駛，占道寬，易引起刮擦，偏駛自動偏離規(guī)定方向，危害大。 調整項目：方向盤自

18、由行程、前輪前束、前輪轉向角。 2.制動裝置 影響程度：事故中占的比重高，如A城400起事故的15%，B城250起事故的46%。 調整項目：踏板自由行程、摩擦片間隙、氣壓或液位； 3.車輪 充氣壓力，胎面磨損情況，輪胎平衡的振動會影響行駛方向擺動和舒適性。 4.燈光與喇叭 燈光亮度、照射方向，喇叭音調和響度。 5.行駛裝置 前橋零件磨損斷裂、車架，減震器，板簧變形，需要定期檢查。,第五章 車輛與交通安全,第二節(jié) 汽車特性與交通安全,左后輪制動器因左后半軸油封損壞，齒輪油漏入左后輪制動器而導致該輪制動器工作失效。不均衡制動力造成的回轉力矩。 錯誤的在前、后軸混裝子午線輪胎和斜交輪胎。具有過多轉向

19、特性的汽車，在轉向時達到一定車速(稱為“臨界車速”)時，將會出乎意外地向轉向內側激轉，造成事故。,原因分析： 轉向系相關零部件間隙過大，方向盤自由行程嚴重超差，帶病運行，導致行駛中前束值或大或小不斷變化，使行駛處于極不穩(wěn)定狀態(tài)，加劇了過多轉向的趨勢。,制動、轉向系（輪胎）影響安全行車的實例,第五章 車輛與交通安全,第二節(jié) 汽車特性與交通安全,3.1人體全身耐沖擊能力 本研究最初從航天技術需要發(fā)展起來的，分無傷、中傷、重傷三個區(qū)域。無傷、中傷的界限可作為人體耐沖擊界限，其值與作用時間有關。交通事故中，傷害多是人體局部，全身耐沖擊界限實用意義不大。,3.2人體主要部位的耐沖擊性與傷害基準 頭部耐沖

20、擊性：WSTC曲線（美國韋恩州立大學Lissner于1960年提出，以頭部落到剛性平面，顱骨產生線狀骨折為界限）。 有效減速度 隨作用時間延長，安全界限值變小。,1971年后美國采用HIC計算公式作為頭部傷害基準，限值=1000。并作為聯(lián)邦機動車安全標準（FMVSS）評價汽車安全措施的依據(jù)。 a(t)頭部質心加速度函數(shù) t1,t2計算時刻起終點,第五章 車輛與交通安全,第三節(jié) 人體耐沖擊性與傷害基準,頸部耐沖擊性： 頸部是神經、氣管等的通路，生理結構復雜，耐沖擊性不甚明了。目前用向后傾斜60作為傷害界限，用于指導座椅靠背等的設計。 胸部耐沖擊性： 事故中胸部受方向盤沖擊，形成貫穿內臟的直接傷害

21、或壓迫胸部產生肋骨骨折的間接內部傷害。一般將6.4kN的沖擊力作為傷害界限，超過此值會受到嚴重傷害，形成胸部骨折。 大腿及骨盆的耐沖擊性： 大腿骨在靠近骨盆處彎曲呈弓形，是薄弱點，一般以10kN作為耐沖擊限值。,第五章 車輛與交通安全,第三節(jié) 人體耐沖擊性與傷害基準,遲滯現(xiàn)象分析,返回,受力模型,彈性物體變形特性,載荷分布,第五章 車輛與交通安全,第一節(jié) 汽車主要性能,汽車加速上坡時的受力圖 （前輪驅動）,對后輪與路面的接觸中心取矩,整理后得：,靜態(tài)分量,動態(tài)分量,空氣升力,滾動阻力偶,同理，對前輪取矩，整理后得：,返回,第五章 車輛與交通安全,第一節(jié) 汽車主要性能,Fxb、Fu、F的關系,制

22、動過程地面印痕,返回,第五章 車輛與交通安全,第一節(jié) 汽車主要性能,制動力系數(shù)與滑移率,制動距離分析,返回,第五章 車輛與交通安全,第一節(jié) 汽車主要性能,跑偏痕跡,返回,第五章 車輛與交通安全,第一節(jié) 汽車主要性能,FX1lFX1r 使前輪偏轉、汽車跑偏,FX1形成 轉向力矩,FY1,FY2,地面?zhèn)认?力形成的 反力矩,FY1將使前輪繞主銷偏轉，加劇跑偏,FX1對主銷的力矩會使前輪發(fā)生偏轉,返回,第五章 車輛與交通安全,第一節(jié) 汽車主要性能,結論：從保證車輛穩(wěn)定性出發(fā)，杜絕后輪抱死或后輪先于前輪抱死，防止出現(xiàn)危險的后軸側滑；控制前輪抱死或前后輪同時抱死，保持車輛的轉向能力。 后輪抱死太危險，前輪抱死無轉向。,前軸側滑受力圖,后軸側滑受力圖,前、后軸抱死側滑受力分析,Fj方向與前軸側滑的方向相反，阻止或減小前軸側滑,Fj方向與后軸側滑的方向相同，加劇后軸側滑,返回,第五章 車輛與交通安全,第一節(jié) 汽車主要性能,第五輪儀,制動性能室內測試臺,返回,第五章 車輛與交通安全,第一節(jié) 汽車主要性能,車輛坐標系,返回,第五章 車輛與交通安全,第一節(jié) 汽車主要性能,輪胎坐標系,返回,第五章 車輛與交通安全,第一節(jié) 汽車主要性能,側偏特性,返回,第五章 車輛與交通安全,第一節(jié) 汽車主要性能,返回,第五