汽车设计基础知识复习大纲

1、员工成长路径系列教材考试复习大纲汽车设计基础知识l 课程名称：汽车设计基础知识l 参考教材：汽车设计第3版 吉林工业大学 王望予主编 机械工业出版社 汽车工程手册基础篇 人民交通出版社 l 适用专业：技术类、管理类各专业l 考试题型：选择题、填空题、名词解释、简答题、综合分析题（含计算）。考试复习大纲内容：第一章 汽车发动机性能1.1发动机概论1.1.1 汽车发动机历史1.1.2发动机的分类及工作原理1.1.2.1发动机的分类（一）热力发动机定义及分类热力发动机：将热能转变为机械能的发动机，包括内燃机和外燃机。（二）车用内燃机分类1）按实际的循环方式分类四冲程内燃机，由活塞移动四个行程或曲轴两

2、转完成一个循环；二冲程内燃机，由活塞移动二个行程或曲轴一转完成一个循环。2）按使用的燃料种类分类液体燃料内燃机，其中有汽油机、柴油机和醇类燃料发动机等；多种液体燃料内燃机，可使用轻质到重质的液体燃料与其他代用燃料；气体燃料内燃机，其中有压缩天然气（CNG）发动机、液化石油气（LPG）发动机等；液-气混合燃料内燃机，基本燃料是气体，少量的液体作为点燃用。3）按冷却方式分类水冷式内燃机；风冷式内燃机。4）按气缸数目分类单缸内燃机；多缸内燃机。多缸内燃机还可根据气缸排列形式进一步分类为直列、对置、V型等发动机。5）按进气方式分类非增压式内燃机，也称自然吸气式内燃机，它依靠活塞使工作气体吸入气缸；增压

3、式内燃机，为增加发动机的功率，使进入气缸的工作气体先经过压气机压缩增压后，再供入气缸。6）按点火方式分类外部点火式内燃机，利用点火花点燃工作混合气，汽油机属于此类；压燃点火式内燃机，利用压缩终了的高温使燃油自燃，柴油机属于此类。7）按循环的加热方式分类等容加热循环内燃机，如汽油机；等压加热循环内燃机，如高增压的低速大型柴油机；混合加热循环内燃机，如高速柴油机。8）按负荷的调节方式分类量调节式内燃机，依靠控制每循环工质气体数量的多少调节负荷，质调节式内燃机，依靠控制工质混合气的浓度来调节负荷。1.1.2.2内燃机的特点内燃机具有热效率高、体积小、质量轻、便于移动、功率范围广、适应件好，起动性能好

4、等优点。但内燃机也有振动大、噪声大，排放有害成分污染大气等不足。1.1.2.3往复式发动机的构造发动机的构造比较复杂，它由许多机构和系统组成。不同类型和用途的内燃机其构造各不相同，但其功用是一致的。往复式内燃机通常有下列部分构成：机体与气缸盖、曲柄连杆机构、配气机构、供给系、点火系、冷却系、润滑系和起动装置，对于电控发动机还装有电控系统。1.1.2.3往复式发动机的工作原理1）四冲程内燃机的工作原理进气行程进气门开启，排气门关闭，活塞上止点移动到下止点，曲轴的曲柄由0°转到180°，新鲜空气(或可燃混合气)被吸入气缸。压缩行程进、排气门全部关闭，曲轴推动活寒由下止点向上止点

5、移动一个行程，曲柄由180°转到360°，气缸内的气体被压缩。膨胀行程进、排气门全部关闭，燃气膨胀，活塞由上止点移动到下止点，通过连杆使位曲轴旋转对外作功，曲柄由360°转到540°。排气行程排气门开启，活塞由下止点移动到上止点，曲柄由540°转到720°，燃烧后的废气从排气门处排出气缸。2）二冲程内燃饥的工作原理二冲程发动机的压缩过程、燃烧过程和膨胀过程与四冲程发动机相对应的工作过程完全相同、不同之处在于换气过程，用排气和扫气过程进行换气。膨胀行程后期，排气口开启，气缸内的废气经排气口开始排出。活塞继续下行，扫气口打开，压缩空气（或

6、混合气）开始从扫气口进入气缸，将废气由气缸内赶出(扫气)，活塞上行，新气从近期口进入曲轴箱内，排气口关闭，气体交换过程结束，压缩过程开始，活塞运行到上止点附近时开始燃烧过程。1.1.3对汽车发动机的性能要求对汽车发动机的性能要求主要有：排气污染小、燃油经济性好、高动力输出、结构紧凑、质量轻、振动噪声低、可靠耐久、成本低等。1.1.4未来汽车动力1）新型动力装置燃气轮机电动车2）新能源燃料及代用燃料醇压缩天然气（CNG）和液化石油气（LPG）氢1.2循环与热效率1.2.1效率、功率和平均有效压力的定义1.2.1.1热效率1）发动机消耗的热量提供给发动机的单位质量燃料完全燃烧所放出的热量，被称为燃

7、料的低热值。2）热效率的定义转变为功的热量与发动机所消耗的热量的比值。3）示功图图1-2-1是气缸内压力随气缸内容积的变化关系，对于四冲程发动机，由进气（ra线）、压缩（ac线）、燃烧（cz线）、膨胀（zb线）和排气（br线）四个过程组成，曲轴每转两转，活塞往复运动四个冲程，发动机由此完成一个工作循环，做功一次。4）理论热效率理论循环的热效率简称理论热效率，定义为工质所作的循环功与循环加热量的比值，它可用于评定循环的经济性。5）指示热效率发动机实际循环指示功与其所消耗的燃料的热量的比值6）有效热效率发动机实际循环的指示功不能完全对外输出，实际发动机曲轴上所输出的有效功，它是循环指示功与发动机机

8、械损失功之差。机械损失功包括：发动机内部运动零件的摩擦损失；发动机驱动附属机构的损失；进行进、排气过程所消耗的泵气损失。1.2.2理论空气循环1.2.2.1空气循环定义理论循环是发动机实际工作的一种抽象与简化，目的是为了进行一些简单的定量分析处理。发动机可有三种理论空气循环，即定容加热循环、定压加热循环和混合加热循环。1.2.2.2定容循环定容循环是在容积不变的条件下对工质加热的循环汽油机的混合燃烧迅速，气缸内压力、温度增加很快，可认为其燃烧放热基本上是在气缸容积一定的条件下进行的、可以简化为定容加热循环。如图1-2-2所示，在这个循环中，工质由始点a，经绝热压缩点c，然后定容加入热量Q1到z

9、，再绝热膨胀到b，最后定容派出热量Q2，由b点回到a点。图 1-2-2 定容加热循环1.2.2.3定压循环在压力不变的条件下对工质加热的循环称为定压加热循环，如图1-2-3所示。在高增压和低速的大型柴油机中，由于受燃烧最高压力的限制，大部分燃烧将在上止点以后燃烧，燃烧时气缸压力变化不大，可以简化为定压加热循环。图1-2-3 定压加热循环1.2.2.4混合加热循环的热效率图1-2-4表示定容加热和定压加热的混合加热循环，由图可以看出定容加热循环、定压加热循环是混合加热循环的两种特殊情况。图1-2-4 混合加热循环1.2.4实际循环1.2.4.1 实际循环中的损失冷却传热损失、时间损失、不完全燃烧

10、和后燃引起的损失、换气损失、漏泄损失。1.2.4.2机械损失活塞、活塞环与气缸壁间的摩擦损失，连杆、曲轴与轴承间的摩擦损失，驱动配气机构的损失，驱动各种附属机构的损失，泵气损失，带动机械增压器的损失。1.2.4.3发动机的热平衡热量的分配大致可分为四大项：转化为发动机有效功的热量；传递给冷却介质（冷却水、冷却空气和润滑油等）带走的热量；随排出废气带走的热量；余项热量损失，如辐射热损失、不完全燃烧和其他没有计及得热损失等。1.3燃油消耗率1.3.1燃油消耗率定义发动机每作1kWh的有效功所消耗的燃油量称为有效燃油消耗率。对于汽车车辆的燃油经济性的衡量指标，是指一定行驶里程的汽车燃油消耗量或一定燃

11、油消耗量能使汽车行驶的里程。1.3.2对燃油消耗的影响因素1）设计因素， 包括压缩比、循环的各种损失以及机械损失等；2）运转因素，包括点火正时（柴油机中为喷射正时），混合气成分、空然比、废气再循环率、发动机的转速与负荷率等。1.4输出功率与转矩发动机运转时，由曲轴输出的转矩称有效转矩Te，发动机转速为n(r/min)时，转矩与输出的有效功率有如下关系：式中：Pe有效功率，kW；n发动机转速，r/min；Te有效转矩，Nm。1.5发动机增压1.5.1发动机增压的目的增压就是设法将空气经过增压器提高进入发动机气缸的允量密度，以提高充填效率和平均压力，从而达到高功率与燃油经济性的目的。1.5.2发动

12、机增压方式1）机械增压；2）废气涡轮增压；3）复合式增压系统。第二章 汽车动力性与燃油经济性动力性评价指标：1）汽车的最高车速2）汽车的加速时间3）汽车的最大爬坡度2.1 汽车的驱动力与行驶阻力2.1.1 驱动力汽车驱动力：发动机输出的转矩，经传动系传至车轮，产生驱动力矩T。该力矩使轮胎支撑面上产生沿地面向后的作用力，同时地面给驱动轮一反作用力，这反作用力推动汽车前进，称为汽车的驱动力。发动机净功率：发动机制造厂提供的发动机特性图常是在试验台上拆下制动用空压机、动力转向用油泵、悬挂用压缩机等条件下测得的功率，称为发动机净功率。使用外特性曲线：带上全部附件设备测得的发动机外特性曲线称使用外特性曲

13、线。传动系机械效率：传至驱动轮上的功率与发动机功率的比值。传动系功率损失：主要由机械损失和液力损失组成。轮胎半径的四种表示方法：自由半径、静力半径、动力半径、滚动半径。对汽车做动力学分析时，轮胎半径应采用动力半径；对汽车做运动学分析时，轮胎半径应采用滚动半径。传动系传动比：汽车行驶速度与变速器挡位及发动机转速的关系：2.1.2 行驶阻力行驶阻力：汽车行驶必须克服滚动阻力Ff、空气阻力Fw、上坡阻力Fi、加速阻力Fj滚动阻力：滚动阻力系数与路面种类、行驶速度、轮胎构造、材料、气压等有关。空气阻力：空气阻力由压力阻力和摩擦阻力组成；压力阻力又分为形状阻力、干扰阻力、内循环阻力和诱导阻力四部分。空气

14、阻力影响因素：空气阻力与空气阻力系数CD和迎风面积A成正比，降低CDA值，特别是降低CD值，是降低空气阻力的主要手段。上坡阻力：汽车上坡行驶时，汽车重力沿坡道的分力称为上坡阻力。加速阻力：汽车加速行驶时，需要克服其质量加速运动时产生的惯性力，称为加速阻力Fj。2.1.3 行驶特性图行驶特性图：指驱动力-速度、行驶阻力-速度、各挡发动机转速-速度、滚动阻力及上坡阻力与速度关系的总称。从驱动力-行驶阻力平衡图上可以看出：当坡度为零时，行驶阻力曲线与驱动力曲线的交点即为最高车速umax。当车速低于最高车速时，驱动力大于行驶阻力，这时汽车就可利用剩余的驱动力加速或者爬坡。当需要在低于最高车速工作时，驾

15、驶员可关小节流阀开度，发动机只在部分负荷特性工作，达到驱动力-行驶阻力新的平衡。2.2 汽车的动力性能2.2.1 最高车速：无风条件下，汽车在平坦路面上行驶，行驶阻力与驱动力相平衡时达到的稳定车速称为最高车速。2.2.2 加速性能汽车加速性能 主要分原地起步加速性能和超车加速性能。原地起步加速性能 指汽车由低挡起步并以最大加速度逐步换至高挡后到达某一预定距离或车速所需要的时间。超车加速性能 指汽车用最高挡或次高挡从某一中间车速全力加速到某一高速时所需的时间。2.2.3 爬坡性能汽车的爬坡能力：指汽车满载在良好路面上等速行驶的最大爬坡度。2.3 汽车行驶的附着条件和附着率2.3.1 汽车行驶附着

16、条件汽车行驶的驱动-附着条件：影响附着力和附着系数的因素：附着载荷、轮胎气压、轮胎尺寸和轮胎结构、轮胎花纹、车速。2.3.2 汽车的地面法向反作用力（了解）2.3.3 作用在从动轮、驱动轮上的切向反作用力（了解）2.3.4 附着率（了解）前后驱动轮的附着率大小对汽车爬坡度大小的影响。2.4 汽车的驾驶性能驾驶性能：指驾驶员在行驶过程中对振动、噪声、起动性、怠速稳定性及舒适性的感觉程度。2.4.1 驾驶性能的表示方法 1）驾驶性方面：汽车波动，加速不畅，车速回落，汽车加速迟缓，熄火； 2）噪声、振动方面：怠速不稳定，回火，放炮，自然点火，爆震； 3）起动性方面：冷起动性，再起动性。2.4.2 各

17、种环境下汽车驾驶性能的变化恶劣环境下使用汽车容易发生的一些现象：气阻，渗漏，结冰。2.4.3 汽油特性与驾驶性能汽油RVP（蒸发压力）较高或海拔较高时，产生气阻的温度就低。2.5 汽车的燃油经济性2.5.1 燃油经济性的评价指标汽车的燃油经济性：指在保证动力性的条件下，汽车以尽量少的耗油量经济行驶的能力。评价指标：一定运行工况下汽车行驶百公里的油耗量或者一定燃油量能使汽车行驶的里程。等速行驶百公里燃油消耗量：常用来评价实用燃油经济性，指汽车在额定载荷下，以最高挡在水平良好的路面上等速行驶100公里的燃油消耗量。我国油耗评价指标：单项评价指标有等速百公里燃油消耗量，最高挡全节气门加速行驶500m

18、的加速油耗。综合性评价指标有循环工况燃油量。汽车燃油消耗方程式：本公式全面反映了汽车燃油消耗量与发动机经济性、汽车结构参数及行驶条件之间的关系，对于分析燃油经济性有重要指导意义。2.5.4 影响燃油经济性的因素影响汽车燃油经济性的因素：发动机、汽车及使用三个方面。影响发动机燃油经济性的因素：热效率和机械损失。汽车结构对燃油经济性的影响：汽车总质量、变速器、动力转向及空调等、轮胎。汽车使用情况对燃油经济性的影响：车速、行驶阻力。不同行驶速度下行驶阻力对燃油经济性影响的变化：行驶阻力主要由滚动阻力和空气阻力组成。滚动阻力受轮胎滚动阻力系数和车重的影响。空气阻力受空气阻力系数和迎风面积的影响。等速行

19、驶时，滚动阻力是燃油经济性的主要影响因素之一，而高速行驶时空气阻力对燃油经济性影响较大。改善低速时的油耗，主要是降低滚动阻力，而改善高速时的油耗量的有效措施是降低空气阻力。2.5.5 改善燃油经济性的途径主要途径：改善发动机性能、变速器传动比的合理选择、空气阻力的下降、降低滚动阻力及提高辅助装置的效率。第三章 汽车动力传动动力传动系统：指动力装置输出的动力，经传动系统到达驱动车轮之间的一系列部件的总和，它使汽车实现起步、变速、减速、差速、变向等功能，为汽车提供良好的动力性与燃油经济性能。 3.1 动力传动概述3.1.1 理想的动力传动特性理想动力传动特性：理想的动力传动特性应具备在全开节气门时

20、，各种车速工况下，均对应于动力装置的最大功率点工作；部分节气门开启时，亦保持该节气门开度下所能发出的最大功率，从而使车轮输出恒定的最大功率。3.1.2 最佳燃油经济性特征3.1.3 动力传动系统的功能动力传动系统功能：起步功能、变速与变矩功能、转矩分配功能、传动驱动方式。汽车驱动方式： 发动机前置前轮驱动（FF）， 发动机前置后轮驱动（FR）， 发动机前置四轮驱动（4WD）， 发动机后置后轮驱动（RR）， 发动机后置四轮驱动（4WD）， 发动机中置后轮驱动（MR）， 发动机中置四轮驱动（M4WD）。前置前驱布置的优点：结构紧凑、质量轻、稳定性好、高速行驶安全性好。多用于轿车布置。后置后驱布置的

21、优点：轴荷分配合理、振动噪声与热量可由汽车尾部传出、提高了乘坐舒适性、视野性好、车厢有效面积利用率高、行李箱容积大。多用于大客车布置。3.1.4 发展趋势发展趋势： 进一步提高燃油经济性 提高安全性与操纵稳定性 提高乘坐舒适性 电子化 开发新装置3.2 离合器定义：汽车在起步、制动与换档时必须先切断动力，然后再与内燃机接合将动力传给传动系，能够完成此项功能的机构称为离合器。分类：按构造分类：单片多片单片多片干式湿式圆盘式离合器干式湿式圆锥式离合器摩擦离合器液力离合器电磁离合器离合器按操纵方式分类：连杆式钢索式机械式液压式踏板操纵离合器自动离合器离合器电动式机械式液力式电磁式 干式离合器功能：

22、传递动力 动力的切断与接合 扭转振动的吸收 发展趋势：提高舒适性及降低噪声、提高操纵方便性、摩擦材料的改进。3.3 液力传动 定义：以液体为介质在闭合的循环流道内，通过动能变化来传递动力的叶片传动机械。 液力传动基本型式：液力偶合器，液力变矩器 液力变矩器与发动机匹配意义： 充分发挥发动机及液力变矩器的性能 选定合理的液力传动装置 使车辆获得满意的使用性能3.4 万向传动 定义：能在两轴夹角不变或变化时，将转矩和旋转运动从一个轴传到另一个轴的机械装置。 万向传动分类：刚性万向节，挠性万向节。 刚性万向节分类：按传递性能不同分为不等速万向节，准等速万向节，等速万向节。3.5 转矩变化器3.5.1

23、 手动变速器（MT） 分类：按齿轮的种类及排列方式不同分类：平行2轴式平行轴式倾斜轴式中间轴式行星齿轮式手动变速器平行3轴式平行4轴式按齿轮的啮合方式不同分类：滑动选择式手动变速器常啮合式同步啮合式 同步器：是用在工作表面产生摩擦力矩克服被啮合件的惯性力矩，使之达到同步才能换上新挡位的机构，可实现换档轻便、平稳。 手动变速器发展趋势： 实现多挡化 广泛采用垂直剖分壳体代替传统整体式结构； 前置前驱动FF化，全轮驱动4WD化，系列化程度不断提高； 提高寿命； 操纵轻便性。3.5.2 自动变速器 分类：液力机械式自动变速器（AT），电控机械式自动变速器（AMT），机械式无级变速器（CVT）。3.6

24、 分配机构3.6.1 差速装置 采用差速装置的原因：汽车转弯行驶时，内、外侧车轮中心在同一时间内移过的曲线距离不同，外侧大于内侧，若内、外侧车轮固定在同一根轴上，必然是外轮边滚动边滑移，内轮边滚动边滑转，结果增加了轮胎的磨损，恶化了转向和制动性能。对4WD或多轴驱动汽车轴间如无差速器同样也会在轴间产生类似的现象，并且有寄生功率循环传递，从而增大驱动轮载荷，增加总的能量耗损；降低汽车动力性、燃油经济性和通过性，并加速传动系统的损坏，这就是为什么需要差速装置的原因。 轮间差速装置：用于吸收左右轮产生的转速差和向两边分配相等的转矩。 轴间差速装置：除协调转速差以外，还要向前、后轮按所需比例分配动力。

25、3.6.2 动力分配装置 定义：是为了对前、后轮或多轴汽车进行动力分配的装置，以保证汽车有足够的驱动力，提高汽车的爬坡能力与行驶中的稳定性。通常其中安装有差速机构，以消除因前后轮半径不同而引发的转速差。3.6.3 差速限制装置（LSD） 使用原因：汽车的一侧驱动轮在泥泞、砂土或冰雪等附着系数较小的路面上行驶时，若该侧驱动轮处于滑转状态，则汽车不能从滑动中解脱出来。为弥补这种缺陷，在差速装置中装有差速限制装置。 分类： 转矩感应式； 转速差感应式； 电子控制式； 电磁控制式；3.7 动力传动系统的控制3.7.1 自动变速控制 组成： 控制系统能源； 换档范围与换档规律选择机构； 控制参数信号变换

26、器； 换档控制器； 变速执行机构 变速（换档）品质控制3.7.3 驱动力防滑控制定义：驱动防滑控制（ASR）又称为牵引力控制（TCS），是适应发动机的高功率化，即使在打滑的路面上行驶，也可以限制驱动轮过度滑转来产生最佳纵向牵引力的安全控制系统，是制动防抱死（ABS）基本思想在驱动领域上的应用和发展。第四章 离合与制动4.1 离合器4.1.1 离合器概念：汽车在起步、制动与换档时必须先切断动力，然后再与内燃机接合将动力传给传动系，将能完成此项功能的机构称为离合器。离合器可按结构和操纵方式不同进行分类，见下表：离合器分类1按构造分类：2按操纵方式分类： 与手动变速器或动力中断换档的自动变速器相匹配

27、的离合器为干式离合器，湿式离合器有小型化和可降低迟滞力矩的优点，主要用于动力换档的自动变速中。本节仅对前者论述。其功能如下： 1)传递动力 内燃机的动力，经离合器盖通过传动片传给离合器压盘，因弹簧（膜片弹簧或螺旋弹簧）压进力作用将产生的摩擦力传给从动盘，进而传至变速器输入轴。2）动力的切断与接合(1)分离 换档开始时，通过分离杠杆的作用使从动盘的摩擦面在飞轮与压盘之间产生间隙，用来保证发动机的动力不再向变速器传输。(2)接合汽车起步时，在离合器接合过程中传动系的运动方程：3）扭转振动的吸收传动系是一个多质量的弹性扭振系统，有集中质量、往复质量和平移质量，其间以弹性连系着，并存在各类阻尼的扭振系

28、统。当干扰力或汽车部件速度变化产生的惯性力矩的频率与其一致时便发生扭转振动，严重影响传动系部件寿命和乘坐舒适性，故在从动盘上均装有扭转减震器，其扭转刚度现已多级化，且阻尼力矩可变，随扭转角增大，由低摩擦系数的衬片转入高摩擦系数衬片使阻尼力矩值也逐级增加4）发展趋势（1）提高舒适性及降低噪音扭转减震器的多级化，现有的已达到5级，扭转角扩大到15°，还有的用橡胶代替螺旋弹簧且用橡胶材料代替由摩擦材料构成的阻尼器。可获得更理想的非线性阻尼特性。近来，双飞轮也已实用化，它将飞轮转化为两个小飞轮，并在其中放置减振弹簧，可降低动力传动系统固有频率；加大减振弹簧的位置半径，允许增大转角，从而降低刚

29、度；使其获得更好的减振效果，但成本提高34倍，故进一步优化设计、材料选用和采用先进的成型技术等来降低成本是今后的开发焦点（2）提高操纵方便性自动离合器电控自动离合器的再度兴起，充分说明操纵方便性的重要性。目前膜片弹簧已在相当多的车型上取代了螺旋弹簧，其中拉式膜片弹簧离合器与推式膜片弹簧离合器比较，主要优点之一就是拉式的支点在膜片弹簧的外缘处，使分离杠杆比扩大，改善了操纵轻便性（3）摩擦材料的改进摩擦材料的改进一方面是出自于环保和防止公害的要求，使无石棉材料的使用得到重视与推广；另一方面是为了保证可靠地传递日益增高的发动机转矩和转速，于是出现了高摩擦系数衬片，它具有良好的热稳定性、耐磨损性和高速

30、旋转强度。总之，离合器正向高可靠性，长寿命，操纵轻便，行驶舒适和无须维护的方向发展。汽车制动性4.2制动力学4.2.1制动能力汽车的地面制动力首先取决于制动器制动力，但同时又受轮胎道路附着条件的限制。所以只有当汽车具有足够的制动器摩擦力矩，同时轮胎与道路又能提供高的附着力时，汽车才有足够的地面制动力而获得良好的制动性。汽车的制动能力常用制动效能反映。制动效能是汽车以一定初速迅速制动到停车的制动距离或制动过程中的制动减速度。一般液压制动系的反应时间为0.0150.03s，气压制动系为0.050.06s；液压制动系为0.0150.3s，气压制动系为0.30.8s。制动距离与汽车的行驶安全有直接的关

31、系。制动距离是指在一定制动初速度下，汽车从驾驶员踩着制动踏板开始到停住为止所驶过的距离。4.2.2 制动力分配4.2.2.1 理想制动器制动力分配曲线在任何轮胎地面附着系数之下，汽车在水平路面制动时均能使双轴汽车前、后轴车轮同时接近抱死状态的前、后制动器制动力分配曲线称为理想制动器制动力分配曲线。4.2.2.2实际制动器制动力分配曲线与同步附着系数实际制动器制动力分配系数常用前轮制动器制动力与汽车总制动器制动力之比来表示。4.2.2.3 轮胎道路附着性能的利用前轴车轮防止抱死所需的轮胎地面附着系数与后轴车轮防止抱死所需的轮胎地面附着系数与制动减速度系数的关系曲线称为轮胎地面附着性能利用曲线4.

32、2.2.4具有前、后制动器制动力比值为一常数的制动系统，已很难满足汽车制动性能的要求。目前不少汽车装有各种调节阀，以获得适应制动性能要求的实际制动器制动力分配曲线，4.3.3 驻车制动力学汽车可能停驻的极限上坡路坡道角1 可根据后轴上的附着力与制动力相等的条件求得，同理可推导出汽车可能停驻的极限下坡路坡道角。4.2 制动力矩计算4.2.1制动器效能因数制动器效能因数是指在制动鼓或制动盘的作用半径上所得的摩擦力与输入力之比。鼓式制动器是施加于制动蹄的张开力，盘式制动器为制动块对制动盘的压紧力。制动器的效能因数取决于制动器的类型、结构特点和结构参数等因数，并受摩擦片的摩擦系数变化的影响。此外，由于

33、制动器回位弹簧、制动鼓、制动蹄和摩擦片具有弹性，效能因数也会因制动器的输入力不同而有变化，但对自行加力作用较低的制动器，这一变化大体成线性。4.2.2 鼓式制动器效能因数及制动力矩4.2.2.1效能因数法及制动力矩计算鼓式制动器的制动器效能因数，应根据实验正确地求出，也可采用分析计算确定，在分析计算时设置下列假定：制动蹄、制动鼓都具有绝对的刚性；摩擦片和制动鼓的整个包角范围是完全紧密接触的；摩擦片的变形符合虎克定律；摩擦片的摩擦系数在整个接触面上不随压力变化，为一定值。4.2.2.2 分析图解法确定制动力矩分析图解法是在上述分析的基础上，通过作图来确定制动力矩。4.2.3 盘式制动器效能因数计

34、算对有n个旋转制动盘的多片盘式制动器，其效能因素为2n。实际上由于盘式制动器的结构或各部分刚性的影响，多少有些增力作用，因此实际值比上述计算值高，对支轴式盘式制动器，在增加自加力作用下，约提高5。4.3制动时的发热4.3.1 制动器的能量负荷汽车的制动过程从能量观点来看，是将汽车的机械能（动能及势能）的一部分或全部，主要通过制动器的摩擦转换为热能，并向大气耗散的过程。这种能量转换和耗散的大小，反应了制动器的能量负荷。它与汽车的重力、制动时速度变化范围、制动减速度等因素有关，同时造成制动器摩擦副的发热、温度升高和磨损，并影响到汽车的制动性能和制动器的寿命。制动器的能量负荷常用比能量耗散率（又称单

35、位功负荷）（w/mm2）作为评价指标，即制动器每单位衬片摩擦面积，在单位时间耗散的能量。摩擦衬片的磨损除受温度影响外，还与制动鼓（盘）和摩擦衬片的材质、加工质量和制动时它们之间的滑磨速度等因素有关，在理论上计算磨损量较为困难。通常对磨损特性除了用能量耗散率作定性评价外，也有用每单位摩擦面积的制动器摩擦力f（比摩擦力）作为评价指标。4.3.2 制动器的温度4.3.2.1 制动器的发热及温度计算制动时所产生的热量引起制动器零件温度上升，同时在行驶过程中通过零件表面足渐向大气散热。重复制动时，每次制动所产生的热量不能及时散出、使制动器温度逐步升高。所达到的温度与产生热量的条件如制动的初速度、终速度、

36、制动减速度、制动的频率程度和汽车的总质量等因素有关，也与散热条件如大气温度、行驶速度、制功器通风环坡和制动露的容量(受热零件热容量、散热面积)等因素有关。4.3.2.2 制动器的散热计算制动器温度升高后，在汽车行驶过程中不断向大气散热并冷却。在理论上可根据传热原理确定散热时制动鼓（制动盘）温度T的变化。 4.4制动稳定性4.4.1 制动效能的稳定性汽车的制动效能是指汽车以一定初速度迅速制动直至停车的能力，通常以制动距离或制动减速度来评价。在不同的使用环境下，制动效能会发生改变，制动效能的稳定性就是指抗制动效能下降的能力。4.4.1.1热衰退制动器的制动力矩是由其摩擦副产生的摩擦力形成的，摩擦衬

37、片对摩擦性能起决定性作用。一般采用石棉摩擦材料在高温下摩擦系数将显著下降 。汽车在高速下制动或短时间内连续制动，尤其是下长坡连续和缓制动时，都可能由于制动器内温度过高、摩擦系数下降而导致制动效能降低，这种现象称为制动效能的热衰退。热衰退对制动效能的影响程度与制动器的结构型式有关。在产生相同制动力的条件下，制动器冷状态所需的操纵力（制动系统压力）与热状态下所需操纵力之比称为热衰退率，可用来评价制动器热衰退程度。制动器发生热衰退后，汽车经过一段时间的行驶和一定次数的和缓制动使用，由于散热作用，制动器的温度下降，摩擦材料表面得到磨合，制动器的制动力可重新提高，称为恢复。4.4.1.2 水衰退制动器摩

38、擦表面浸水后，将因水的润滑作用使摩擦系数下降，并使汽车制动效能降低，称为制动效能水衰退。若水衰退发生在汽车一侧车轮制动器上，则会造成左右车轮制动力不等，使汽车制动时的方向稳定性变坏。汽车制动时产生的热量可使摩擦片干燥，因而制动器浸水后，经过若干次（一般为515次）制动后，制动器可逐渐恢复水前的性能，称为水恢复，水衰退的程度可用浸水后的制动效能与浸水前的制动效能的比值（）反应。盘式制动器的水衰退影响比鼓式制动器要小，效能的恢复也较快。4.4.1.3制动初速度的影响汽车的制动效能受到制动速度的影响。制动初速度提高后，在相同的踏板力（制动系统压力）操纵时，制动减速度有所降低，这是由于在制动过程中，摩

39、擦衬片的热衰退效应造成的影响。4.4.2 制动时的方向稳定性一般称汽车在制动过程中维持直线行驶的能力或按预定弯道行驶的能力为汽车制动时的方向稳定性。4.4.2.1 制动跑偏汽车直线行驶制动时，在转向盘固定不动的条件下，汽车有自动向左侧偏或向右侧偏驶的现象，称为制动跑偏。制动跑偏的主要原因是汽车左右车轮、特别是转向轴左右车轮制动力不相等造成的；也会由于在制动时，汽车悬架导向杆系与转向系拉杆在运动学上不协调，发生杆系间的运动干涉，致使转向轮偏转造成跑偏。4.4.2.2 前轮抱死时的方向稳定性由车轮与路面的附着特性可知，随着制动时地面制动力的增大，车轮的滑移率也增加，当滑移率超过一定数值后（通常为1

40、520），路面附着系数（纵向）逐渐减小，横向附着系数则迅速降低。车轮滑移率达100（车轮抱死）时，横向附着系数降为零，这时车轮不能承受侧向外力作用，将沿外力的作用方向滑移。4.4.2.3 后轮抱死时的方向稳定性汽车后轮抱死时，在侧向力作用下，后轮发生侧滑，并使汽车失去方向稳定性制动初速度对后轴侧滑引起汽车的方向稳定性有较大影响。路面的附着系数对后轴的侧滑引起的危险程度有影响。后轮抱死相对于前轮抱死的次序和间隔时间对后轴的侧滑也有影响。4.4.2.4 前后轮同时抱死及防抱死时的方向稳定性汽车制动时前后轮同时抱死，可以避免后轴侧滑带来的危险，而且只有在最大制动强度下，才使汽车丧失转向能力，可以认为

41、是一种较好的制动情况。从前述制动力学分析可知，在前后轮同时抱死及抱死以前，产生的地面制动力总是等于前后轮制动器的制动力，因而在抱死时获得的最大地面制动力等于此时的制动器制动力，即产生最大地面制动力所需的踏板力（制动系统压力）最小，制动系的效率最高，充分发挥了轮胎道路的附着性能。4.4.2.5 汽车列车制动时的方向稳定性汽车列车由牵引车和半挂车（或挂车）组成，它们之间通过铰接，车轴的侧滑或两车间制动时间不协调，会引起牵引车和半挂车间相互位置发生变化而失去控制。常出现的方向稳定性问题是汽车列车的折叠和半挂车（挂车）的摆动。制动时列车的折叠一般是由牵引车后轴先抱死侧滑引起的，同时半挂车的惯性推力方向

42、偏离牵引车的纵向轴线，将促使牵引车和半挂车间的相对转动，发生汽车列车折叠的不稳定现象。4.5 制动性能的控制4.5.1 制动力的控制汽车制动时，要求制动器踏板能为正常体形和体力的驾驶员所适应，满足操纵轻便性的要求，各国法规的最大踏板力一般为500N（轿车）700N（载货汽车）。新产品设计时，轿车紧急制动踏板力的取值范围为200350N。踏板力的大小与制动驱动机构的型式有关。根据制动能源的不同，驱动机构分为简单制动、动力制动和饲服制动三大类。简单制动又称为人力制动，它以驾驶员的肌体为唯一制动能源，分机械式与液压式两种。机械式简单制动已不再用作行车制动。液压式简单制动常称为液压制动，它以制动液为传

43、力介质，将驾驶员施加于制动踏板上的力放大后再传至制动器产生制动作用，实现机械能液压能机械能的能量转换与传递。如果路面附着性能良好，则汽车的制动力也与踏板力成线性关系。制动系的此项性能称为制动踏板感（又称路感），驾驶员可由此而直接感知汽车的制动强度，以便及时加以必要的控制与调节。液压式简单制动中踏板力和踏板行程之间的必然的反比例关系在动力和伺服制动中便不复存在，从而能使制动系统踏板力较小，同时又具有适当的踏板行程。 动力制动有气压制动、气顶液制动和全液压动力制动三种形式。气压制动是发展最早且应用最多的一种动力制动，其供能装置均为气压式。驾驶员仅需按不同的制动强度要求，通过制动踏板操纵气压控制元件

44、制动阀气顶液制动由气压系统和液压系统复合而成。全液压动力制动有开式和闭式两种形式，其供能、控制和传动装置全是液压式。伺服制动是在液压式简单制动的基础上增设一套动力伺服系统，是一种兼用人力和发动机动力为制动能源的制动系。按伺服力源的不同，伺服制动有真空伺服制动、空气伺服制动和液压伺服制动三类，其伺服力源分别为真空能（负气压力）、气压能和液压能。按伺服装置位置及控制方式的不同，伺服制动又可分为直动式（助力式）和远动式（增压式）两种。液压伺服制动的制动能源来自于油泵产生的高压油制动器管路压力之间保持一定的比例关系，即将实际制动力按一定比例反馈至制动踏板机构，从而造成踏板感。4.5.2 前后轮制动力分

45、配的控制现代汽车大多采用不同形式的制动力调节装置，以使实际的制动力分配特征尽可能地接近理想特征。制动力调节装置大多串连在后轮制动管路中，其作用是当前轮制动管路压力增长到一定程度以后，即自动限制或控制后轮制动管路的压力增长。4.5.2.1 限压阀限压阀适用于轴距短，且质心高、制动时轴荷转移多的轻型车辆，尤其是轻型荷微型轿车。4.5.2.2 比例阀比例阀的作用是当前、后制动管路中压力同步增长到一定值后，便自动对后轮制动管路压力的增长加以节制。4.5.2.3 感载阀感载阀是能根据车辆实际装载质量的变化，改变节压作用起始点位置的比例阀或限压阀。4.5.2.4 惯性阀（G阀）惯性阀有惯性式限压阀和惯性式

46、比例阀两种。4.5.2.5 安全保护机能为了提高制动系统工作的可靠性，现在汽车采用了分路系统，即全车的所有行车制动器的液压或气压管路分属两个或更多的互相隔绝回路，一旦系统某一回路失效，仍可利用其他回路起制动作用。常见的分路系统为双回路形式，有的轿车也采用三回路制动系统。双轴汽车的双回路制动系统有多种形式；常用的为前后轴方式（H型）或对角线分路方式（X型）。在多回路制动系统中通常装有多回路压力保护装置。4.5.3 防追尾碰撞的控制当高速行驶的汽车贴近前方车辆尾部或遇到障碍物时，为防止撞车事故的发生，可采用自动控制的防追尾系统。该系统的主要作用：1) 当后车车头贴近前方车尾部或遇到障碍物时，系统发

47、出防追尾警告；2) 在发出警告后若驾驶员未采取制动措施时，则该系统便启动紧急制动装置，以避免追尾事故。3) 通常，防追尾控制系统由三部分的控制装置组成，即包含行车环境监测、防碰撞判定及车辆控制等子系统。4.5.4 制动能量的回收制动能量的回收，是指回收制动时以热的形式逸散的能量，并进行再利用。一般将其用作车辆起动加速时的动力源。4.5.4.1 制动能量回收系统的形式作为制动能量的回收系统，一般应具有制动（将动能变换为可以储存的能量形式）、能量的释放和驱动（将释放的能量再变换为动能）的功能。回收系统有可能回收的能量仅限于制动时由制动装置转变为热能的部分，它不能回收因克服行驶阻力等所消耗的能量。因

48、此回收系统本身也存在着效率等问题，因而仅助于回收系统要使汽车重新获得制动开始时所具有的动能是不可能的。制动能量的蓄存方法，常见的有三种：1) 使飞轮旋转，以动能的形式蓄存；2) 利用液压蓄能器，以液压能的形式蓄存；3) 变换为电能，蓄存于蓄电池内。制动能量回收系统的构成因采用蓄能方法不同而有很大诧异，常见的为：由发电机、电动机、蓄电池构成的电能式；由飞轮、无极变速器（CVT）构成的 动能式；由液压马达，蓄电器构成的液压式三种。4.5.4.2 城市客车制动能量回收系统城市客车的突出特点是频繁制动和起动，若在制动时将车辆的动能回收、加速时再利用，则会减少启动加速噪声，降低燃料消耗量，并减少排出废气

49、对环境的污染。4.6 防抱死制动系统4.6.1 概述汽车是陆地行驶车辆中机动性极强的交通工具，它即可能行驶在高附着系数的干燥路面也可能行驶于雨、雪气候条件下的湿滑路面。当汽车行驶在后一种路面上，或为了躲避障碍，或为了防止追尾碰撞作应急制动时，汽车有可能发生侧滑甩尾。如果左右车辆分别行驶在雪后一侧积雪路面和一侧已经清扫露出地面的路段上，或正行驶在弯道外，汽车有可能产生急转调头，或驶入逆行车道，或滑移出路面，呈现不稳定的失控状态。4.6.2 防抱死制动的基本工作原理和控制技术防抱死制动系统简称ABS，是基于汽车轮胎与路面之间的附着特性而开发的高技术制动系统。4.6.2.1 防抱死制动的基本工作原理

50、1) 附着系数与滑移率特性实验证明，当轮胎在路面上滑动时，将改变轮胎与路面之间的附着系数，因而也改变汽车的制动力。路面附着力能跟随汽车制动力矩的增加，提供足够的地面制动力（矩），并且，此时的横向附着系数也较大，具有足够的抗侧滑能力，故一般称为稳定区。2) 应急制动时汽车车轮动力学、运动学简析应急制动时的运动学分析制动时汽车动力学简析3) 防抱死控制的基本工作原理4.6.2.2 ABS控制逻辑与控制技术1) ABS控制逻辑逻辑门限值控制方法是当今世界各国著名ABS公司采用的实用技术。2) 实现控制逻辑的几个关键技术为了实现ABS控制，得到最大的制动效能，车轮应当在峰值左右侧工作，也就是应当识别车

51、轮是在稳定区间还是在非稳定区间转动。 实现控制逻辑的几个关键技术分别是：¨ 轮速的检测与计算。¨ 角加、减速度计算。¨ 参考速度和滑移率计算。¨ 路面附着状态识别。¨ 阶梯形制动压力脉冲控制技术。4.6.3 轿车用液压ABS4.6.3.1 ABS系统在汽车上的配置所谓ABS的配置，是指汽车车轮或车轴的制动力矩是否直接受控于防抱死制动系统和其控制方式，以及ABS轮速传感器、电磁阀的安装数量以及安装部位的设计形式。4.6.3.2 ABS液压执行机构的构成与基本工作原理典型液压执行机构由2×2的加压和减压电磁阀、液压蓄能器、减振器、节流阀、

52、单向阀和泵电机组成该系统共有四种工况4.6.4 轮速传感器和齿圈齿圈安装于车轮或驱动轴差速器输入端，并跟随车轮或驱动轴一起转动。传感器固定于制动底板或转向节支架，以间隙方式对准齿圈，它相对于车轮和驱动轴静止不动。当齿圈转动时，传感器能产生正比于转速的交流感应信号。利用电磁效应制作的被动式轮速传感器，输出信号为近似正弦波。4.6.6 载货汽车气压ABS中吨位以上载货汽车通常采用气压制动系统，因此与之相匹配需采用气压ABS或气液混合型ABS。此时气压作为促动源，液压机构作为执行机构。气压ABS的基本工作原理与液压ABS是同类的，同样通过加压、保压和减压完成对制动压力的控制。其控制方式可细分为以下三

53、种：a) 独立控制（IR）b) 修正的独立控制（IRM）c) 低选控制（SL）4.7 汽车行驶安全性发展动向汽车的制动性能是保证汽车安全行驶的一项重要性能，汽车基础技术的发展也包含着制动装置的不断完善和现代化。但在现代汽车行驶的“人汽车环境”系统中，汽车行驶的安全性已不是单向技术措施的改善和提高所能解决的，而是以集车辆的基础技术、道路的基础设施和电子信息技术相结合形成一体的综合技术。第五章：悬架与转向1悬架1 1悬架概述：悬架的概念：汽车悬架是车架(或车身)与车桥(或车轮)之间弹性连接的部件,主要由弹性元件、导向装置及减振器三个基本部分组成。悬架的作用：1、 缓和、抑制由不平路面引起的振动和冲

54、击，保证乘员乘坐舒适和所运货物完好；2、 除传递汽车垂直力以外，还传递其他各方向的力和力矩，并保证车轮和车身（或车架）之间有确定的运动关系，使汽车具有良好的驾驶性能。1. 2悬架的结构悬架的结构形式和特点： 汽车悬架按导向机构型式可分为独立悬架和非独立悬架两大类，独立悬架的车轮通过各自的悬架和车架（或车身）相连；非独立悬架的左、右车轮装在一根整体轴上，再通过其悬架与车架（或车身）相连。独立悬架的分类：1. 单横臂式2. 单纵臂式3. 单斜臂式4. 纵臂扭转梁式5. 双横臂式6. 多连杆式7. 麦弗逊式非独立悬架分类：1. 钢板弹簧式2. 四连杆式3. 多迪奥式4. 扭矩套筒式1.3悬架参数选择

55、悬架参数：1. 前束汽车的前束角是汽车纵向中心面与车轮中心面和地面的交线之间的夹角。2. 外倾汽车轮胎与路面垂直方向上的相对夹角3. 主销内倾角转向主销内倾角是指从车辆正面看在转向轮上转向主销轴线与铅垂直线的夹角。4. 主销后倾角主销后倾角是指从车辆侧面看，转向主销轴与铅垂线的倾角5. 轮距变化指随着车轮的上下跳动轮胎接地点产生的横向位移。6. 侧倾中心指在前轴及后轴各轮心的横向垂直平面内，汽车在横向力作用下汽车车身侧倾的瞬时回转中心。7. 侧倾角刚度在侧倾角不大的条件下，车身倾斜单位角度所必需的侧倾力矩8. 纵倾中心在车轮上下跳动时，车轮纵向运动瞬时中心的位置。9. 纵向刚度使车轮轮心相对车体在前后方向移动单位距离所必需的水平力称为悬架纵向刚度2 汽车运动2.1汽车的运动汽车的运动及坐标系：汽车的运动通常是指车身的运动，图描述了车身在空间运动中的六个自由度及坐标系。图中O-XYZ坐标系固定在地面上，称为惯性坐标系或大地坐标系，C-xyz固定在车身上，原点C为车身质心，x轴为车身纵向水平轴，方向向前，y轴水平向左，z轴铅直向上，构成一个右手直角坐标系。车身运