汽车检测诊断技术与设备第2章 车的使用性能

学习目标掌握汽车主要使用性能的评价指标。掌握汽车驱动力、各行驶阻力、地面制动力的产生及计算。了解汽车的驱动力——行驶阻力平衡、动力平衡、功率平衡。掌握制动跑偏、制动侧滑的原因及对汽车方向稳定性的影响。了解轮胎的侧偏特性及对汽车转向特性的影响。掌握汽车的行驶条件。掌握汽车结构和使用因素对汽车主要使用性能的影响关系。第2章汽车的使用性能2.1汽车的动力性第2章汽车的使用性能

汽车的动力性是汽车最基本、最重要的性能。它直接影响汽车的平均速度，因而对汽车的运输效率有决定性的影响。2.1.1汽车动力性的评价指标第2章汽车的使用性能汽车的动力性主要由下列三方面的指标来评定：1.汽车的最高车速Vmax汽车的最高车速是指汽车以厂定最大总质量状态在风速≤3m/s的条件下，在干燥、清洁、平坦的混凝土或沥青路面上，汽车能够达到的最高稳定行驶速度。2.汽车的加速能力汽车的加速能力是指汽车在各种使用条件下迅速增加行驶速度的能力。用加速过程中的加速度j、加速时间t和加速行程s来评定。实际试验中常用原地起步加速时间与超车加速时间来表明汽车的加速能力。原地起步加速时间指汽车由第Ⅰ档起步并以最大的加速强度（包括选择恰当的换档时机）逐步换至高档后到达某一预定的距离或车速所需的时间。超车加速时间指用最高档或次高档由某一中等车速全力加速至某一高速所需的时间。3.汽车的上坡能力汽车的上坡能力用最大爬坡度imax来评定。最大爬坡度指汽车满载时用变速器最低档位在坚硬路面上等速行驶所能克服的最大道路坡度。2.1.2汽车的驱动力与行驶阻力第2章汽车的使用性能1.驱动力（1）驱动力的产生及计算发动机输出的转矩经传动系传至车轮，产生驱动力矩Mt。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，此力与汽车运动方向相同，推动汽车前进，称为汽车的驱动力如图所示，用下式表示：，N（2-1）式中：Mt——作用于驱动轮上的转矩，N•m；Me——发动机转矩，N•m；ik——变速器传动比；io——主减速器传动比；ηT

——传动系机械效率；

r——驱动轮半径，m。2.1.2汽车的驱动力与行驶阻力第2章汽车的使用性能（2）影响汽车驱动力的因素①发动机转矩发动机转矩Me可以从发动机外特性曲线上查出。发动机外特性曲线是在不带风扇、空气滤清器、消声器、废气净化器、发电机、无空气压缩机等条件下在试验台上测出的，称为发动机净功率曲线。带全部附件时测出的曲线，称为使用外特性曲线。一般使用外特性曲线上表示的功率，在发动机最高转速nemax时，较试验台上测得的功率小10％～15％；在转速为0.5nemax时，则小2％～6％；转速再低时两者相差更小。汽车常在不稳定工况下工作，发动机所能提供的功率一般较稳定工况时下降5％～8％。在进行动力性估算时，一般常沿用稳定工况时发动机台架试验所得使用外特性的功率和转矩曲线。发动机转矩与汽车驱动力成正比，在其它条件不变时，发动机转矩增大，汽车驱动力增大（不超出附着条件时），动力性提高。2.1.2汽车的驱动力与行驶阻力第2章汽车的使用性能②传动系机械效率发动机发出的功率Pe经传动系传至驱动轮的过程中，为了克服传动系各部件的摩擦，必然消耗一部分功率。传动系机械效率表示传至驱动轮上的功率与发动机功率的比值，其表达式为：（2-2）式中：PT

——传动系功率损失。传动系功率损失分为机械损失和液力损失两类。机械损失是指齿轮传动副、轴承、油封等处的摩擦损失。机械损失与啮合齿轮的对数、传递的转矩等因素有关。液力损失是消耗于润滑油的搅动、润滑油与旋转零件之间的表面摩擦等功率损失。液力损失与润滑油的品质。温度、箱体内的油面高度以及齿轮等旋转零件的转速有关。传动效率是在专门的试验台上测得的。传动效率受多种因素的影响而有所变化，但对汽车进行动力性分析时，常把传动效率看着一个常数。传动效率也与汽车驱动力成正比，传动效率提高，汽车的驱动力随之提高。2.1.2汽车的驱动力与行驶阻力第2章汽车的使用性能③轮胎的半径充气轮胎在不同的情况下具有不同的半径。自由半径是按规定气压充好气后，无载荷状态时的轮胎半径。静力半径是轮胎充好气在静止状态下受车重作用时，轮心到地面的距离。动力半径是轮胎在负荷行驶中，当倾角为00时，轮心到地面的距离。滚动半径是车轮在地面上滚动时的运动半径，可根据车轮滚过的圈数和汽车驶过的距离计算。对汽车作动力学分析时，应用动力半径；作运动学分析时，应用滚动半径。在一般分析中常不计它们的差别，统称车轮半径。车轮半径与汽车驱动力成反比，减小车轮半径可增大汽车驱动力。2.1.2汽车的驱动力与行驶阻力第2章汽车的使用性能（3）汽车的驱动力图由于发动机的转矩随其转速变化，所以汽车的驱动力将随汽车的行驶速度而变化。表示汽车驱动力与车速之间函数关系的曲线，即Ft－V曲线，称为汽车的驱动力图。对应于不同的档位，有不同的驱动力曲线。由于汽车行驶速度与变速器档位及发动机转速之间存在如下关系：，km/h（2-3）所以在发动机使用外特性曲线、传动系统传动比、传动系统效率、车轮半径等参数已知或确定后，可作出汽车的驱动力图。如图所示。以上所作的驱动力为该档位在该速度下的最大驱动力，当节气门开度减小时，相对应的驱动力也减小，故曲线下方的区域都可成为汽车的实际工作区。2.1.2汽车的驱动力与行驶阻力第2章汽车的使用性能2.汽车的行驶阻力汽车行驶时，必须克服以下阻力：滚动阻力Ff、空气阻力Fw、上坡阻力Fi和加速阻力Fj。其中滚动阻力Ff、空气阻力Fw在任何行驶条件（状况）下总是存在的。（1）滚动阻力滚动阻力是当车轮在路面上滚动时，由于两者间的相互作用力和相应变形所引起的能量损失的总称。如图所示为轮胎在硬路面上受径向载荷时的变形过程及对应的曲线。滚动阻力可用下式表示：，N（2-4）式中：G——汽车重力，N；f——滚动阻力系数。滚动阻力系数由试验确定。其数值与路面种类、行驶速度、轮胎结构、材料、气压等有关。其中行驶速度影响较大，高速时f迅速上升。2.1.2汽车的驱动力与行驶阻力第2章汽车的使用性能（2）空气阻力汽车行驶时，汽车与空气间形成相对运动，空气作用在汽车上沿其行驶方向上的分力，称为空气阻力。①空气阻力的组成空气阻力由两大部分组成：一是作用在汽车外表面上的法向压力的合力在行驶方向的分力，称为压力阻力；二是具有粘度的空气对汽车表面的摩擦作用产生的阻力，称为摩擦阻力。压力阻力又分为四部分：形状阻力、干扰阻力、内循环阻力和诱导阻力。形状阻力取决于车身主体的形状，占压力阻力的大部分；干扰阻力是车身表面突出物如后视镜、门把、引水槽、悬架导向杆、驱动轮等引起的阻力；内循环阻力是发动机冷却系统、车身内通风等所需空气流经车体内部时构成的阻力；诱导阻力是汽车上、下部压力差在水平方向的分力。对于一般轿车，形状阻力占58％，干扰阻力占14％，内循环阻力占12％，诱导阻力占7％，摩擦阻力占9％。②空气阻力的计算空气阻力的数值由下式确定：，N（2-5）式中：CD——空气阻力系数；A——迎风面积，m2；V——汽车与空气的相对速度，km/h。2.1.2汽车的驱动力与行驶阻力第2章汽车的使用性能（3）上坡阻力汽车上坡行驶时，重力沿坡道的分力称为上坡阻力。如图2.3所示。图2.4汽车的上坡阻力汽车上坡阻力的计算式为,N（2-6）式中：G——作用于汽车上的重力，N；α——道路坡度角。i——坡度。由于我国交通部标准规定，Ⅳ级公路的坡度i≤9％，所以用ｉ取代sinα的误差不超过0.5％。2.1.2汽车的驱动力与行驶阻力第2章汽车的使用性能（4）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。汽车的质量分为平移质量和旋转质量两部分。加速时，不仅要克服平移质量产生的惯性力，同时还要克服旋转质量产生的惯性力矩。为计算方便，一般将加速时旋转质量惯性力矩转化为平移质量惯性力，并以作为换算系数。加速阻力的计算式为：，N（2-7）式中：δ——汽车旋转质量换算系数；G——汽车重力，N；g——重力加速度，m/s2；dv/dt——汽车行驶加速度，m/s2。2.1.3汽车的驱动与附着条件第2章汽车的使用性能1.驱动条件由汽车行驶方程式知，驱动力必须大于滚动阻力、空气阻力和坡道阻力后才能加速行驶。若驱动力小于这三个阻力之和则汽车无法开动，正在行驶中的汽车将减速直至停车。所以汽车行驶的第一个条件为：（2-9）上式称为汽车行驶的驱动条件。但不是汽车行驶的充分条件。驱动力只有在驱动轮与路面不发生滑转时才能实现。即汽车行驶除受驱动条件制约外，还受轮胎与地面附着条件的限制。2.1.3汽车的驱动与附着条件第2章汽车的使用性能2.附着条件（1）附着力地面对轮胎切向反作用力（不考虑侧向力作用时）的极限值称为附着力Fφ。硬路面上附着力取决于轮胎与地面间的相互摩擦。软路面上取决于土壤的抗剪切强度和轮胎与地面的摩擦，主要取决于土壤的抗剪切强度。附着力常写成：式中：Fz——作用于所有驱动轮上的地面法向反作用力，N；φ——附着系数。（2）附着系数附着系数表示轮胎与路面的接触强度，在硬路面上其值大小取决于轮胎与路面的摩擦作用；在软路面上其值大小不仅取决于轮胎与土壤间的摩擦作用，同时还取决于土壤的抗剪切强度。2.1.3汽车的驱动与附着条件第2章汽车的使用性能附着系数主要受路面的种类和状况、轮胎的结构和气压，还有其他一些使用因素的影响。①路面的影响松软土壤的抗剪强度较低，其附着系数较小。潮湿、泥泞的土路、土壤表层因吸水量多抗剪强度更差，附着系数下降很多，是汽车越野行驶困难的原因之一。坚硬路面的附着系数较大，因为在硬路面上，轮胎的变形远较路面的变形为大，路面的坚硬微小凸起部分嵌入轮胎的接触表面，使接触强度增大。路面被污物（细沙、尘土、油污、泥）覆盖时，路面的凹凸不平被填充，或路面潮湿时有水起润滑作用，都使φ下降20％～60％，甚至更多。②轮胎的影响轮胎花纹对φ值的影响也较大。具有细而浅花纹的轮胎，在硬路面上有较好的附着能力；具有宽而深花纹的轮胎，在软路面上使附着能力有所提高。增加胎面的纵向条纹，在干燥的硬路面上，由于接触面积减小小值有所下降；但在潮湿的路面上有利于挤出接触面中的水分，改善附着能力。宽断面和子午线轮胎由于与地面的接触面积增大，φ值较高。合成橡胶制成的轮胎也较天然橡胶的轮胎具有较高的φ值。轮胎的磨损也会影响附着能力，随着胎面花纹深度减小，φ值将显著下降。降低轮胎气压，可使硬路面上φ值略有增加，所以采用低压胎可获得较好的附着性能。在松软路面上，降低轮胎气压，则轮胎与土壤的接触面积增加，胎面凸起部分嵌人土壤的数目也增多，因而附着系数显著提高。如果同时增加车轮轮辋的宽度，则效果更好。对于潮湿的路面，适当提高轮胎气压，使轮胎与路面的接触面积减小，有助于挤出接触面间的水分，使轮胎得以与路面较坚实的部分接触，因而可提高附着系数。2.1.3汽车的驱动与附着条件汽车行驶速度提高时，多数情况下附着系数是降低的。这一点对于汽车的高速制动尤为不利。在硬路面上提高行驶速度时，由于路面微观凹凸构造来不及与路面完善地嵌合，所以着系数有所降低。在潮湿的路面上提高行驶速度时，由于接触面间的水分来不及排出，所以附着系数显著降低。在软土壤上，由于高速车轮的动力作用容易破坏土壤的结构，所以提高行驶速度对附着系数产生极不利的影响。只有在结冰的路面上，车速高时，与轮胎接触的冰层受压时间短，因而在接触面间不容易形成水膜，故附着系数略有提高。但要特别注意，在冰路上提高行驶速度会使行驶稳定性变差。综上所述，附着系数受一系列因素的影响，而且有许多因素的变化又很大。在一般动力性计算中只取附着系数的平均值。不同类型的轮胎在各种路面上实际测得的附着系数值列于表。

（3）附着条件显而易见，地面切向反作用力不能大于附着力，否则会发生驱动轮滑转，汽车将不能行驶。故汽车行驶的附着条件为：第2章汽车的使用性能路面轮胎类型状态高压轮胎低压轮胎越野轮胎沥青、混凝土路面干燥潮湿污染0.50～0.700.35～0.450.25～0.450.70～0.800.45～0.550.25～0.400.70～0.800.50～0.600.25～0.45碎石路面干燥潮湿0.50～0.600.30～0.400.60～0.700.40～0.500.60～0.700.40～0.55土路干燥潮湿泥泞0.40～0.500.20～0.400.15～0.250.50～0.600.30～0.400.15～0.250.50～0.600.35～0.500.20～0.30积雪路面松软压实0.20～0.300.15～0.200.20～0.400.20～0.250.20～0.400.30～0.50结冰路面0.08～0.150.10～0.200.05～0.102.1.4影响汽车动力性的主要因素第2章汽车的使用性能1.行驶特性图（1）驱动力——行驶阻力平衡图汽车行驶过程中，驱动力总是与行驶阻力相平衡，这种平衡关系用方程表达，称为驱动力—行驶阻力平衡方程，如式（2-8）。用图形表达，即在汽车的驱动力图上把汽车行驶中经常遇到的滚动阻力和空气阻力也算出并画上，就构成了汽车驱动力——行驶阻力平衡图。如图是具有四档变速器的某汽车的驱动力——行驶阻力平衡图。2.1.4影响汽车动力性的主要因素第2章汽车的使用性能（2）动力特性图汽车技术文献中常采用动力特性图，即动力因数——车速关系曲线，如图所示。动力因数D是综合评定汽车动力性的参数，其值为：利用动力特性图可以比较不同车重和空气阻力的车辆的动力性能。2.1.4影响汽车动力性的主要因素第2章汽车的使用性能（3）功率平衡图汽车行驶的每一瞬间发动机发出的功率始终等于机械传动损失与全部运动阻力所消耗的功率的总和。这就是汽车的功率平衡。即：功率平衡图或（2-12）上式称为汽车的功率平衡方程式。与驱动力——行驶阻力平衡的处理方式相同，功率平衡方程式也可用图解法表示。由于不同档位对应的车速范围不同，各档的驱动功率与车速的关系曲线亦不同。在图上再画出阻力功率对车速的关系曲线，就构成了功率平衡图。当发动机外特性中的转矩曲线、变速器传动比、主减速比、传动效率、车轮半径、空气阻力系数、汽车迎风面积及汽车质量等参数确定后，便可利用驱动力——行驶阻力平衡图、动力特性图和功率平衡图分析汽车在附着良好路面上的动力性能，即确定汽车的最高车速、加速能力和上坡能力。2.1.4影响汽车动力性的主要因素第2章汽车的使用性能2.影响汽车动力性的主要因素（1）发动机参数发动机功率越大，汽车的动力性越好。（2）传动系参数①主减速器传动比；②变速器档数；③变速器传动比；④液力变矩器（3）汽车总质量及外型汽车总质量增加，滚动阻力、上坡阻力和加速阻力均增大，则汽车动力性下降。汽车外型影响空气阻力的大小，对汽车的动力性也有影响。因此，减轻汽车自重和改善汽车外型，会改善汽车的动力性。（4）使用因素汽车的动力性还在不同程度上受到汽车运行条件的影响，如道路、气候、海拔高度、驾驶技术、技术维护与调整、交通规则与运输组织等。在汽车使用过程中，加强维护，采取正确的驾驶方法，合理的运输组织，以充分发挥汽车的动力性能，提高运输生产率。2.2汽车的燃料经济性第2章汽车的使用性能

汽车燃油经济性，是指汽车以最少的燃油消耗完成单位运输工作量的能力，它是汽车的主要使用性能之一。2.2.1汽车燃料经济性的评价指标第2章汽车的使用性能

1.评价指标汽车的燃料经济性常用一定运行工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量，即L/100km，或单位运输工作的燃油消耗量，即L/100tkm作为评价指标。前者用于比较相同容量汽车的燃油经济性，也可用于分析不同部件（如发动机、传动系等）装在同一种汽车上对汽车燃油经济性的影响；后者常用于比较和评价不同容载量汽车的燃油经济性。其数值越大，汽车的经济性越差。美国采用每加仑燃油能行驶的英里数，即mile/Usgal作为评价指标。日本采用每升燃油能行驶的公里数，即km/L作为评价指标。2.2.1汽车燃料经济性的评价指标第2章汽车的使用性能

2.实用燃料经济性评价实用燃料经济性常用等速行驶100km燃料消耗量来评价，即汽车在额定载荷下，以最高档在水平良好路面上等速行驶100km的燃料消耗量。常测出每隔10km/h或20km/h速度间隔的等速100km燃料消耗量，然后绘制等速百公里燃料消耗量曲线。但是，等速行驶工况没有全面反映汽车的实际运行情况。各国都制定了一些典型的循环行驶工况来模拟实际汽车运行状况，并以其100km燃料消耗量来评定相应行驶工况的燃料经济性。我国根据不同的试验车型制定了不同的试验工况。对质量在3500～14000kg的载货汽车按6工况进行试验；对城市客车按4工况进行试验；对轿车按25工况进行试验。还规定以等速100km燃料消耗量和最高档全节气门加速行驶500m的加速油耗作为单项评价指标，以循环工况燃料量作为综合性评价指标。欧洲经济委员会（ECE）规定，要测量车速为90km/h和120km/h的等速100km燃料消耗量和按ECE-R.15循环工况的100km燃料消耗量，并各取1/3相加作为混合百公里燃料消耗量来评定汽车的燃料经济性，即混合100km油耗＝（1/3）×ECE循环工况油耗＋（1/3）×90km/h等速油耗＋（1/3）×120km/h等速油耗美国环境保护局（EPA）规定，要测量市内循环工况（UDDS）及公路循环工况（HWFET）的燃料经济性，并按下式计算综合燃料经济性（mile/gal）。综合燃料经济性＝1/［（0.55/城市循环燃料经济性）＋（0.45/公路循环燃料经济性）］2.2.2汽车燃料经济性计算第2章汽车的使用性能汽车等速100km燃油消耗量Qs可由发动机每小时耗油量GT（kg/h）和平均车速V（km/h）确定：

,kg/100km（2-13）由发动机性能指标可知，发动机的有效耗油率ge为,g/kW•h则：,L/100km（2-14）式中：ρ——燃油密度，kg/L。汽油取0.742kg/L，柴油取0.830kg/L。Pe——发动机有效功率，kW。由汽车功率平衡可知：所以

,L/100km（2-15）式（2-15）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间的关系，称为汽车燃油消耗量方程式。它对于分析燃油经济性有重要指导意义。2.2.3提高汽车燃料经济性的措施第2章汽车的使用性能目前国内外汽车节油途径，概括起来有政策性措施、结构措施和技术管理措施。1.政策性措施政策性措施是制定正确的运输能源政策。包括燃料价格政策，燃料与道路税收政策、油料分配与奖惩制度、油料管理制度、各种运输方式的合理分配与转换政策、新能源开发政策、限制油耗及车速的标准法规等。2.结构措施①提高压缩比；②改进进气系统；③采用电子控制多点喷射发动机和稀薄混合气的分层燃烧；④减少强制怠速油耗；⑤气缸数自动可调机构；⑥汽车轻量化3.技术管理措施①保持发动机良好技术状况；②保持底盘良好技术状况；③提高驾驶技术2.3汽车的制动性第2章汽车的使用性能

汽车的制动性是指汽车行驶时，能在短距离内停车且维持行驶方向稳定和下长坡时能维持较低车速的能力。

2.3.1汽车制动性的评价指标第2章汽车的使用性能

汽车的制动性能主要用下列三方面指标来衡量：1.制动效能制动效能指汽车迅速减速至停车的能力。用制动距离、制动减速度或制动力评定。它是汽车制动性能最基本的评价指标。2.制动效能的恒定性制动效能的恒定性指抵抗制动效能的热衰退和水衰退的能力。

3.制动时的方向稳定性制动时的方向稳定性是指制动时汽车按照驾驶员给定方向行驶的能力。即是否会发生制动跑偏、侧滑或失去转向的能力。2.3.2制动力学第2章汽车的使用性能

1.地面制动力、制动器制动力、附着力及其相互关系（1）地面制动力汽车制动时，地面作用于车轮的切向力称为地面制动力Fxb，它是使汽车制动而减速行驶的外力。汽车在良好路面上制动时的车轮受力图如图所示。图中忽略了滚动阻力矩和减速时的惯性力、惯性力矩（它们相对较小）；Mμ是车轮制动器的摩擦力矩，单位为N·m；Fxb为地面制动力，

W为车轮的垂直载荷，Fp为车轴对车轮的推力，Fz为地面对车轮的法向反作用力，单位均为N。由力矩平衡分析可知：，N（2-16）式中：r

——车轮半径，m。2.3.2制动力学第2章汽车的使用性能（2）制动器制动力在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩所需的力称为制动器制动力Fμ，即：，N（2-17）（3）地面制动力、制动器制动力、附着力之间的关系地面制动力是滑动摩擦约束反力，其最大值受附着力的限制。若不考虑制动过程中φ值的变化，即设为一常值，则当制动踏板力或制动系压力上升到某一值，而地面制动力达最大值即等于附着力时，车轮将抱死不动而拖滑。踏板力或制动系压力再增加，制动器制动力Fμ由于制动器摩擦力矩的增长，仍按直线关系继续上升，但是地面制动力达到附着力的值后就不再增加了。制动过程中，这三种力的关系，如图所示。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足够的附着力时，汽车才有足够的地面制动力而获得良好的制动性。2.3.2制动力学第2章汽车的使用性能2.制动力分配（1）理想的制动器制动力分配曲线在任何轮胎——地面附着系数下，汽车在水平路面制动时均能使双轴汽车前、后轴车轮同时抱死的前、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，通常称为I曲线，如图所示。由I曲线可知：不同附着系数的路面上制动均要达到前、后轴车轮同时抱死，其前、后制动器制动力的比值也不同。（2）实际制动器制动力分配曲线与同步附着系数大多数两轴汽车的前、后制动器制动力之比为一固定常值。β称为实际制动器制动力分配系数，它等于前轮制动器制动力与汽车总制动器制动力之比，即：故有（2-18）由上式所作的图形称为实际的前、后轮制动器制动力分配曲线，通常称为β曲线，图中β线与I曲线相交，我们称β线与I曲线交点处的附着系数为同步附着系数φ0。同步附着系数说明，前、后制动器制动力为固定比值的汽车，只有在一种附着系数，即同步附着系数的路面上制动时才能使前、后轮同时抱死。汽车的实际制动器制动力分配等于理想制动力分配时，汽车处于较好的制动状态，此时轮胎——道路附着系数得到充分的利用。对于只具有前、后制动器制动力的比值为一常数的制动系统的汽车，只在实际制动器制动力分配曲线与理想制动器制动力分配曲线的交点处，前、后车轮才会同时接近抱死状态，附着性能得到充分利用，在其它各处，若实际分配曲线在理想曲线下方，当制动踏板力足够大时，会出现前轮先抱死，提前丧失转向能力的情况；反之，若实际分配曲线在理想曲线上方，则会出现后轮先抱死而使汽车处于不稳定的制动状态。2.3.3制动效能及制动时的稳定性第2章汽车的使用性能1.制动效能GB7258—1997机动车运行安全技术条件（简称安全条件）规定，用制动距离、制动减速度或制动力三者之一来检验汽车的制动效能。（1）制动距离制动距离是指机动车在规定的初速度下急踩制动踏板时，从脚接触制动踏板时起至车辆停住时为止，车辆驶过的距离。它是评价汽车制动效能最直观的指标。制动减速度j（m/s2）与制动时间t（s）的关系曲线如图所示。tO为驾驶员反应时间。一般tO为0.3～1s。t1为制动器的作用时间，是从驾驶员刚踩着制动踏板到汽车出现制动减速度为止所经历的时间。t2为制动力由零增加至稳定值，制动减速度由零增至稳定值所经历的时间。常将t1＋t2称为制动系的协调时间，一般在0.2～0.9s之间。t3是以稳定减速度制动的时间。t4是制动解除时间，一般为0.2～1s之间。对制动过程影响较大的是t1、t2和t3。制动距离是指t1、t2和t3时间内，汽车所驶过的距离。汽车制动距离的理论公式（省略推导过程）为：，m（2-19）式中：V0——制动初速度，km/h。由此可见，决定汽车制动距离的主要因素是：制动系协调时间、最大制动减速度、制动的初速度。改进制动系结核，缩短制动系协调时间，是减少制动距离的有效措施。2.3.3制动效能及制动时的稳定性第2章汽车的使用性能（2）制动减速度在制动过程中，实际的制动减速度是个变化的值。一般认为制动到抱死状态，具有最大的地面制动力，因而产生最大制动减速度。其数值为：，m/s2（2-20）从行驶安全的角度出发，制动减速度越大，则制动效果越好。制动力越大，则制动减速度越大。制动减速度可以用制动减速度仪来测量，但检测时，常存在以下几个问题：①受车辆制动时倾角的影响而使测量精度降低。对不同形式的车辆，同一速度下，制动时的倾角大小不同，其误差也不同。②试验的重复性差。③测试时受路面附着系数的影响很大。④由它测出的减速度是一个整车性能参数，所以反映不出各车轮的制动力及其分配情况。在GB7258－1997《机动车运行安全技术条件》中不用制动稳定减速度来评价制动性能，而是用充分发出的平均减速度评价汽车制动性能。充分发出的平均减速度，用符号FMDD表示，其定义如下：

,m/s2（2-21）式中：V0——制动初速度，km/h；Vb——0.8V0车辆的速度，km/h；Ve——0.1V0车辆的速度，km/h；Sb——在速度V0和Vb之间车辆驶过的距离，m；Se——在速度V0和Ve之间车辆驶过的距离，m。充分发出的平均减速度不受测试时车辆倾角的影响，能较准确地反映车辆的制动速度特性。2.3.3制动效能及制动时的稳定性第2章汽车的使用性能（3）制动力制动力是使汽车强制地减速以至停车的最本质因素。制动力的变化特征表征了减速度的变化特性，间接地反映了制动距离的变化。因此，用制动力检验汽车的制动效能是从本质上进行的检验方法，能够全面地评价汽车的制动性能。采用制动力作制动效能的评价指标，还可以在空载情况下，采用试验台测试的方法来检验汽车的制动性能。2.3.3制动效能及制动时的稳定性第2章汽车的使用性能2.制动时的效能稳定性制动效能指标是在冷态制动时（即制动器工作温度在100℃以下）讨论的。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。（1）热衰退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。热衰退产生的原因是由于一般石棉材料摩擦衬片由石棉、粘合剂、填料等在高温下压制形成的，在制动时，当摩擦衬片温度超过压制时的温度后，衬片中的有机物会分解出一些气体和液体，它们覆在摩擦表面起润滑作用，致使摩擦系数下降。热衰退对制动效能的影响程度还与制动器的结构型式有关。抵抗热衰退的能力，常用一系列连续制动后，制动效能较冷态制动时下降的程度来表示。国际标准草案ISO/DIS6597推荐，以一定车速连续制动15次，每次的制动强度为3m/s2，最后的制动效能应不低于规定的冷试验制动效能（5.8m/s2）的60％，条件是制动踏板力不变。（2）水衰退制动器摩擦表面浸水后，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，这种现象称为制动效能的水衰退。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5～15次）制动后，制动器可逐渐恢复浸水前的性能。2.3.3制动效能及制动时的稳定性第2章汽车的使用性能3.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。在制动过程中由于跑偏、侧滑或失去转向能力而导致汽车方向不稳，从而引发严重的交通事故。（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。各制动器摩擦副表面状态的变化，路面和轮胎状况的不同以及制动器调整不当等原因，在制动时转向轴左右车轮的制动力Fx1l、Fx1r总有一些差异，它们对各自主销形成的力矩不相等（如图2.13所示），且方向相反。而转向杆系中存在间隙及杆件弹性的影响，即使转向盘不动，也会引起转向轮向力矩大的方向偏转一个角度，使汽车有轻微的转向跑偏。左右车轮制动力不相等，还会引起前后轴的地面侧向反作用力Fy1、Fy2，当转向轮主销有后倾时，Fy1会对转向轮产生一偏转力矩，增大了车轮的偏转，使跑偏加强。转向杆系与悬架杆系在运动上的干涉主要是设计原因造成的，引起制动跑偏的方向是固定的，通过正确设计基本可以避免。为了限制制动跑偏，用制动力检验制动效能时，要求前轴左、右轮制动力之差不大于该轴轴荷的5％，后轴左、右轮制动力之差不大于该轴轴荷的10％。2.3.3制动效能及制动时的稳定性第2章汽车的使用性能（2）制动侧滑制动时汽车的一轴或两轴发生横向滑移的现象称为制动侧滑。①侧滑的条件制动过程中车轮侧滑的受力情况如图所示。该轮所受垂直载荷为W,地面法向反作用力为Fz,制动器摩擦力矩为Mμ，所产生的地面制动力为Fxb。由于侧向风、道路横坡引起的侧向力及转弯时的离心力的作用，车轮上作用的侧向力为Fy,相应地面侧向反作用力为Y。制动过程中车轮受侧向力作用时，地面产生侧向反力Y。由附着条件知，在地面切向反力和侧向反力并存时，两者的合力R不能超出附着力，否则将产生侧滑。因此在地面制动力Fxb的作用下，不产生侧滑所承受的侧向力为：F＜（2-22）上式表明，车辆抵抗侧滑的能力与作用在车轮上的地面制动力有关。当地面制动力与车轮和地面的附着力相等时，即使是微小的侧向力都将引起车轮的侧向滑移。2.3.3制动效能及制动时的稳定性第2章汽车的使用性能②汽车单轴侧滑的稳定性分析如图a）为汽车前轴侧滑时的运动简图，直线行驶的汽车制动时，若前轮抱死而后轮滚动，则前轴在侧向力的作用下发生侧滑。汽车前轮中点的速度方向将偏离汽车纵轴线，其夹角为α。而后轴中点的速度方向未改变。汽车作类似转弯的运动，其瞬时回转中心为速度VA、VB两垂线的交点O，由此产生的离心惯性力为Fj，其作用效果总是起抵消侧向力的作用，消减侧滑。且一旦侧向力消失，Fj有使汽车自动回正的作用。因此，仅前轴抱死产生的侧滑在汽车前进方向上的改变不大。但前轮抱死时，因侧向附着系数为零，不能产生任何地面侧向反作用力，汽车丧失转向能力。如图2.15b）为汽车后轴侧滑时的运动简图，此时后轮抱死而前轮滚动。若在侧向力作用下后轴发生侧滑，则侧滑方向与惯性力Fj的方向基本一致。于是惯性力加剧后轴侧滑；后轴进一步侧滑又促使惯性力增大。如此下去，汽车将产生甩尾，甚至调头。制动侧滑试验表明：制动过程中，只有前轮抱死，汽车基本上沿直线减速行驶，汽车处于稳定状态，但汽车丧失转向能力。若后轮比前轮提前一定时间（如对试验中的汽车为0.5s以上）先抱死拖滑，且车速超过某一数值（试验车速为48km/h）时，只要有轻微的侧向力作用，车辆就会发生后轴侧滑，汽车急剧转动，甚至完全调头。因此，从保证汽车方向稳定性的角度出发，首先不能出现只有后轴车轮抱死或后轴车轮比前轴车轮先抱死的情况，以防止后轴侧滑。其次，尽量减少只有前轮抱死或前后轮都抱死的情况，以维持汽车的转向能力。最理想的制动就是避免任何车轮抱死，以确保制动时的方向稳定性。2.3.4提高汽车制动性的措施第2章汽车的使用性能1.改进汽车的结构、控制制动力分配为防止制动时后轴抱死而发生危险的侧滑，β线应在I曲线下方。为减少前轮失去转向能力的倾向和提高制动系效率，β线越接近I曲线越好。为达到此目的，现代汽车制动系统中装有各种压力调节装置。如限压阀、比例阀、载荷控制比例阀、载荷控制限压阀等。为了充分发挥轮胎与地面间的潜在附着能力，全面满足对汽车制动性的要求，汽车上已采用了多种型式的制动防抱死装置，从而使汽车在制动时不仅有较强的抗后轴侧滑的能力，保证汽车的行驶方向稳定性，而且有良好的转向操纵性。由于利用了峰值附着系数，也能充分发挥制动效能，提高制动减速度和缩短制动距离。2.保持车轮制动器的良好性能车轮制动器的摩擦副、制动鼓的构造和材料，对制动器的摩擦力矩和制动效能的热衰退都有很大影响。在设计制造中应选用好的结构型式及材料，在使用维修中注意摩擦片的选用和制动器的调整。保持摩擦片的表面清洁。3.提高驾驶技术经验证明，在制动时，如迅速交替地踩下制动踏板，即可提高其制动效果。在紧急制动时，如能急速踩下制动踏板，则制动系的协调时间将缩短，从而缩短制动距离。在滑溜路面上不可猛踩制动踏板，以免导致侧滑。在汽车下长坡时合理利用发动机制动，可在行车中显著地减少车轮制动器的使用次数，保持车轮制动器处于低温而能发挥最大制动效果的状态，以备紧急制动时使用。高等级公路上行驶应尽量减少不必要的制动。4.改善道路附着条件提高道路的附着系数。汽车在冰雪路面上行驶时，应加装防滑链。2.3.5汽车防抱死理论简介第2章汽车的使用性能汽车是陆地行驶车辆中机动性极强的交通工具，它行驶的路面条件十分复杂，当行驶在雨、雪气候条件下的湿滑路面时，为了躲避障碍，或为了防止追尾碰撞做应急制动时，汽车有可能发生侧滑甩尾。如果左、右车轮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，或正行驶在弯道处，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。防抱死制动系统简称ABS(Anti-LockBrakeSystem),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。它从防止制动过程中车辆“抱死”的要求出发，防止应急制动过程中出现前述不稳定工况，达到提高汽车行驶稳定性和方向操纵性为目的的主动安全性装置。2.3.5汽车防抱死理论简介第2章汽车的使用性能1.附着系数与滑移率特性滑移率s定义为车速与轮速之差对车速之百分比，其值可按下式计算：（2-23）式中：v0——汽车车速，m/s；ω——车轮角速度，rad/s；r——车轮半径，m。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。在各种路面上，附着系数φ与滑移率s构成的典型函数关系如图所示。由图可以看出，不同滑移率时所对应的附着系数值是不一样的，关于汽车轮胎的附着系数与滑移率可得出如下结论：（1）滑移率s＝100％时，纵向附着系数不大，而侧向附着能力几乎尽失，这意味着汽车将失去制动稳定性与转向操纵性。（2）滑移率s＝15％～20％范围内，可以同时得到较大的纵向和侧向附着能力，是安全制动的理想工作区域。最大纵向附着系数称为峰值附着系数φp。（3）滑移率从零到最大纵向附着系数对应的滑移率范围为稳定区域。这一区域的滑移率并不能表明轮胎与地面间发生了真正的相对滑动，滑移率大于零的原因是轮胎的滚动半径由于轮胎胎面在地面制动力作用下受到拉伸发生微量的伸长而变大的缘故（4）滑移率从最大纵向附着系数对应的滑移率到s＝100％的范围为不稳定区域，滑移率一旦超过15％～20％后便会很快地进入到车轮抱死（s＝100％）的状态。显然，为了使应急制动具有最大的制动效能，应当充分利用峰值附着系数φp产生最大的制动减速度。但是，控制过程不可避免地存在压力迟滞效应。因此，应急制动过程应循环工作于峰值附着系数左右侧的稳定区和不稳定区之间，这样才可能获得最大的制动力，也具有较大的抗侧滑能力。ABS系统就是用滑移率s作为参数，调节制动压力以控制车轮转速，达到防抱死制动的目的。2.3.5汽车防抱死理论简介第2章汽车的使用性能2.防抱死系统简介ABS系统一般由轮速传感器、电子控制器和压力调节器三部分组成。轮速传感器的作用是测出与车轮共同旋转的齿圈的转速及其变化，产生与车轮转速成正比的交流信号，传送到电子控制器。电子控制器具有运算功能，它接收轮速传感器的交流信号，计算出车轮速度、滑移率和车轮的加、减速度，并对这些信号加以分析后，给压力调节器发出制动压力控制指令。压力调节器接受到电子控制器的指令后，由压力调节器中的电磁阀直接或间接地控制制动压力的增减，从而调节制动器制动力矩，使之与地面附着状况相适应，防止制动车轮被抱死。2.4汽车的操纵稳定性第2章汽车的使用性能汽车的操纵稳定性是指驾驶员以最少的修正而能维持汽车按给定的方向行驶的能力以及汽车具有抵抗力图改变其行驶方向的外界干扰的能力。汽车的操纵稳定性不仅影响到汽车驾驶的操纵方便程度，也决定着高速汽车的行驶安全性，成为现代汽车的重要使用性能之一。2.4.1轮胎的侧偏特性第2章汽车的使用性能

1.轮胎的侧偏现象汽车行驶中，由于某种原因（如路面的侧向倾斜、侧向风或曲线行驶的离心力等）受到侧向力的作用，则车轮中心将作用有侧向力Fy，相应地在地面上产生地面侧向反作用力Y，也称侧偏力。在此情况下，对于刚性车轮而言，可能发生两种情况：（1）当地面侧向反作用力未达到车轮与地面间的附着极限时，车轮与地面间没有滑动，车轮的运动轨迹仍沿车轮中心平面的方向。（2）当地面侧向反作用力达到车轮与地面的附着极限时，车轮发生侧向滑动。若侧滑速度为ΔV，车轮的运动方向便沿合成速度V‘的方向，偏离了车轮中心平面的方向。实际的车轮具有侧向弹性，即使FY没有达到附着极限，车轮行驶方向也将偏离车轮平面的方向，这就是弹性轮胎的侧偏现象。为了说明此现象，我们讨论两种情况：一是车轮静止不滚动。由于车轮有侧向弹性，轮胎发生侧向变形，轮胎胎面与地面接触印迹的中心线与车轮平面中心线不重合，错开Δh，但仍平行于，如图a)所示。二是车轮滚动。接触印迹的中心线不只是与车轮平面中心线错开一定距离，而且不再平行。与的夹角α，即为侧偏角。车轮就是沿方向滚动的，如图b)所示。2.4.1轮胎的侧偏特性第2章汽车的使用性能2.侧偏特性由试验得出的侧偏力——侧偏角曲线称为轮胎的侧偏特性，如图所示。曲线表明，侧偏角不超过30～5O时，Y与α成线性关系。汽车正常行驶时，侧偏角一般不超过4O～5O，可以认为侧偏角与侧偏力成线性关系。即：（2-24）式中：K——侧偏刚度，N/rad。侧偏刚度是决定操纵稳定性的重要参数，其数值与轮胎尺寸、型式、结构参数、气压、轮胎上的垂直载荷等有关。尺寸较大的轮胎有较高的侧偏刚度；子午线轮胎的侧偏刚度较普通轮胎高；扁平率小的宽轮胎侧偏刚度大。轮胎的侧偏刚度随垂直载荷的增加而加大，但垂直载荷过大时，轮胎产生很大的径向变形，侧偏刚度反而有所减小。随着轮胎气压的增加，侧偏刚度增大，但气压过高后刚度不再变化。侧偏刚度绝对值越大，在同样侧偏力作用下，产生的侧偏角越小，相应的操纵稳定性越好。图2.20汽车的转向简图2.4.2汽车的转向特性第2章汽车的使用性能1.无侧向偏离时汽车的转向特性汽车前轮转角为δ时，汽车的转向简图如图。由图可知，汽车的转向半径（从瞬时回转中心O至汽车纵轴线AB之间的距离）与前轮转角之间的关系为：（2-25）式中：L——轴距，m。当δ不大时，若δ用弧度表示，可认为tanδ≈δ，故公式可简化为（2-26）2.有侧向偏离时汽车的转向特性由图2.20可知，有侧向偏离时汽车的转向半径为：（2-27）式中：α1、α2——前、后轴车轮产生的侧偏角。当δ不大，α1、α2也较小时，得：（2-28）3.稳态转向特性分析比较式（2-26）、（2-28）可知，由于前、后车轮侧偏角的影响，使得R与RO有所不同。前、后车轮侧偏角之间可能存在三种关系，因而汽车的稳态转向特性有三种：（1）如果α1＝α2，则R＝RO，称汽车具有中性转向性。图2.21汽车等速上坡受力图（2）如果α1＞α2，则R＞RO，称汽车具有不足转向性。（3）如果α1＜α2，则R＜RO，称汽车具有过多转向性。具有适度不足转向特性的汽车才有良好的操纵稳定性。因此，在使用中一般前轮充气压力较后轮低，以确保汽车的不足转向性。2.4.3汽车的纵向、横向稳定性第2章汽车的使用性能1.汽车的纵向倾覆汽车在纵向坡道上上行时，可能出现两种情况：其一是在某一坡度下，驱动力超出附着力而滑转，汽车无法行驶；其二是在某一坡度下，前轮的地面法向反作用力减小到零，汽车将失去操纵，并可能产生纵向翻倒。为保证汽车纵向稳定性，上坡时应先出现驱动轮滑转，因而无法上坡，从而避免纵翻，由此得到汽车纵向稳定性条件为：＞Φ

（2-29）对于前轮驱动型汽车，其纵向稳定性条件为：L＞02.4.3汽车的纵向、横向稳定性第2章汽车的使用性能2.汽车的侧翻汽车在弯道行驶时，由于受到侧向力的作用，将引起汽车侧向不稳定。其一，当侧向力达到附着极限时，将产生侧滑；其二，侧向力将引起左、右车轮地面法向反作用力的改变，当一侧车轮的地面法向反作用力为零时，汽车将侧向翻倒。如图为汽车在具有横向坡度β的弯道上等速行驶的受力图。随着转弯车速的提高，离心力增大，侧滑和侧翻的趋势都在增大，这两种情况都是汽车行驶中应避免的失控现象，比较起来侧翻更危险，因此应使侧滑发生在先，由此得到汽车侧向稳定性条件为：

＞（2-30）上式又称为汽车的侧向稳定性系数

2.4.4汽车转向轮的摆振与稳定第2章汽车的使用性能有的车辆在不平的路面上行驶，当车速达到某一数值时，前轴在垂直平面内发生强烈的角振动，同时转向轮在水平面内绕主销摆振，这种现象严重时，车轮可跳离地面，驾驶员无法扶稳激烈摆动的方向盘，这将严重影响行驶安全。1.前轴角振动引起转向轮摆振汽车行驶中，车轮受路面不平的冲击，前轴在垂直平面内产生角振动，使具有较大转动惯量的车轮旋转平面的方位改变，由于陀螺仪效应的影响，引起转向轮在水平平面内绕主销左右摆振。其规律是：左前轮上升时，转向轮向右偏转；左前轮下降时，转向轮向左偏转；右前轮上升时，转向轮向左偏转；右前轮下降时，转向轮向右偏转。在轿车上，为了消除陀螺仪效应的影响，采用了左、右轮独立悬架。如图a）的等长双簧杆独立悬架，在车轮上下跳动时，没有造成车轮旋转平面方位的改变，因而不产生绕主销的摆振。但是车轮跳动时，轮距的变化较大，这会增加轮胎的磨损，所以目前多采用图b）中所示的不等长双横杆结构。如果车轮上下跳动时，不发生旋转平面方位的变化，则不能视为前轮绕定点的转动，因而不会发生由车轮跳动引起的摆振。

2.4.4汽车转向轮的摆振与稳定第2章汽车的使用性能2.车轮不平衡引起转向轮摆振如图所示，当车轮总成的质量中心C与旋转中心O不重合时，称为静态不平衡。这时，转动中会产生离心力Fj，其分力Fjx是周期性干扰力，它直接引起前轮绕主销的摆振；另一分力Fjy也是周期性的干扰力，它使前轴产生角振动，由于陀螺效应会引起前轮的摆振。当左、右轮的偏心质量处于相隔180º位置时，摆振更为严重。即使是质量中心C与旋转中心O重合，但质量的分布对车轮的中心平面不对称，离心力的合力为零，而离心力的合力矩不为零，这时车轮处于动不平衡状态。在车轮旋转中，合力矩的方向不断变化，对主销产生周期性的干扰力矩，使转向轮绕主销摆振。为了减少摆振，车轮应经动平衡试验，使车轮总成的不平衡度达到规定的要求。使用中变形的轮辋、翻新的外胎和补过的内胎，不平衡度较大，不应用在前轮上。2.4.5影响汽车操纵稳定性的主要因素第2章汽车的使用性能1.车轮定位参数车轮定位参数包括主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角和前轮前束，主要指前轮定位。现在许多车辆除前轮定位外，后轮也有外倾角和前束，即四轮定位，以提高汽车高速行驶的操纵稳定性。车轮定位参数的设置能使转向轮产生一定的回正力矩，同时使得主销轴线与路面的交点到车轮中心平面与地面交线的距离减小，降低了驾驶员施加于转向盘上的力，提高了汽车的转向轻便性和行驶稳定性。车轮定位不准确，将造成汽车行驶跑偏、转向轮摆振、转向沉重或“发飘”等，因此，在用汽车车轮定位参数应进行检测、调整，使其达到规定值，以保证良好的操纵稳定性。2.驱动力和制动力汽车的不足——过多转向特性取决于很多因素，但轮胎的侧偏特性是最主要的，而侧偏特性又受车轮上的纵向力的影响，因为纵向力的大小影响着车轮上最大侧偏力的数值，最大侧偏力越大，汽车的极限性能越好。驱动力和制动力都是作用在汽车上的纵向力。在直线行驶时，驱动力过大使驱动轮过度滑转，制动力过大使制动轮抱死拖滑。在转弯行驶时，驱动力或制动力若与侧向力同时存在，则其合力不能超过附着极限。通过控制驱动力的大小（如ASR）和制动力的大小（如ABS）可以保证轮胎与地面的接触状态处于极限工况以内。2.5汽车的舒适性第2章汽车的使用性能

汽车的舒适性是指行驶中的汽车，对其乘员身心影响程度的评价。舒适性的好坏，主要取决于行驶平顺性、噪声和空气调节等因素。2.5.1汽车的行驶平顺性第2章汽车的使用性能汽车的行驶平顺性是指保持汽车在行驶过程中乘员所处的振动和冲击环境在一定舒适度范围内的性能。对于载货汽车还包括保持货物完好的性能。1.人体对振动的反应机械振动对人体的影响，取决于振动的频率、强度、作用方向和持续时间，而且每个人的心理与身体素质不同，对振动的敏感程度有很大差异。人体对上下振动忍耐性最强，其次是前后振动，对左右振动最敏感。人体上下振动的共振点大约在4Hz～8Hz，水平振动的共振点大约在1Hz～2Hz。如果在共振点上加振，人的抗振能力会严重下降。研究汽车行驶平顺性实际上要解决两方面的问题：一是如何避免汽车这个“振动系统”的“共振”现象；二是使“振动系统”输出的振动频率避开人体敏感的范围，振动加速度不超过人体所能承受的强度。2.行驶平顺性的评价目前对行驶平顺性的评价仍以人的主观感觉为最终依据。尽管20世纪30年代以来在这一方面进行了许多试验研究工作，但难以得到公认的评价方法和指标。直到1974年，国际标准化组织（ISO）在综合大量有关人体全身振动研究成果的基础上，制定了国际标准ISO2631《人体承受全身振动评价指南》，该标准是人体承受全身振动评价国际通用标准。（1）ISO2631的评价方法国际标准ISO2631用加速度均方根值给出了在l－80Hz振动频率范围内人体对振动反应的三个不同界限：①暴露极限；②疲劳一工效降低界限TFD；③舒适降低界限TCD（2）国家标准对行驶平顺性的评价方法我国参照ISO2631制定了GB4970-85《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》和GB5902-86《汽车平顺性单脉冲输入行驶试验方法》，以此来评价汽车的平顺性。GB4970-85《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》用于测定汽车在随机不平的路面上行驶时振动对乘员及货物的影响。因为随机输入是汽车行驶中遇到的最基本的情况，所以这种试验是评定汽车行驶平顺性的最主要的试验。该标准规定，以“疲劳一工效降低界限”

TFD

和“舒适降低界限”TCD为人体承受振动能力的主要评价指标；以TFD和TCD与车速的关系曲线——车速特性来评价汽车的平顺性。其中轿车和客车用“舒适降低界限”车速特性TCD—V来评价，货车用“疲劳一工效降低界限”车速特性TFD—V来评价，并对试验条件及车速范围作了相应的规定。GB5902-86《汽车平顺性单脉冲输入行驶试验方法》用于测定汽车驶过单凸块时的冲击对乘员及货物的影响。（3）用车身振动的固有频率评价试验表明，为了保持汽车具有良好的行驶平顺性，车身振动的固有频率应为人体所习惯的步行时，身体上、下运动的频率，它约为60～85次/分（1～1.6Hz）。2.5.1汽车的行驶平顺性第2章汽车的使用性能3.影响汽车行驶平顺性的主要因素（1）悬架结构减小悬架刚度，降低固有频率，可以减少由于不平路面而引起乘员承受的加速度值，这是改善平顺性的基本措施。对于载荷变化较大的公共汽车和载货汽车，为满足不同载荷对悬架刚度的不同需要，常采用非线性悬架，即变刚度悬架。为避免出现“共振”，前、后悬架的固有频率应避开激振频率。另外，由于来自路面的激振先作用于前轮，然后才作用到后轮，为减轻由此引起的纵向角振动，前悬架的固有频率应略低于后悬架，亦即前悬架刚度略低于后悬架。（2）悬架阻尼悬架系统的阻尼主要来自减振器、钢板弹簧叶片之间的摩擦以及轮胎变形时橡胶分子间的摩擦。其作用是使车身的振动迅速衰减，减小传递给乘员和货物的振动加速度，缩短振动时间，改善行驶平顺性，还能改善车轮与道路的接触状况，防止车轮跳离地面，提高操纵稳定性。在使用中，应防止减振器失效及弹簧片生锈锁住，影响行驶平顺性。（3）轮胎轮胎对行驶平顺性的影响主要取决于轮胎的径向刚度，适当减小轮胎径向刚度，可以改善行驶平顺性。在使用中，通过动平衡试验消除轮胎的动不平衡现象，也是保证行驶平顺性的必要措施。（4）座椅座椅的布置对平顺性有较大的影响。接近车身中部的座位振幅较小，前、后两端的座位振幅较大。载货汽车和公共汽车，为了减少水平前后方向的振幅，座位在高度方向上应尽量缩小与重心间的距离。座垫也有一定减振作用。座垫的刚度和阻尼要作适当选择，以使人——座椅系统的固有频率避开人体最敏感的4－8Hz范围，同时应使阻尼系数达到0.2以上。（5）非悬架质量非悬架质量对汽车的平顺性有较大的影响，其质量的大小直接影响到传递到车身上的冲击力。质量越小，冲击力越小，反之将加大。非悬架质量对行驶平顺性的影响，常用非悬架质量与悬架质量之比m／M来评价，此比值轿车一般在10.5％－14.5％之间，以小些为好。2.5.2汽车噪声第2章汽车的使用性能汽车给世界带来了现代物质文明，但同时也带来了环境噪声污染等社会问题。当人们暴露于噪声污染中时，噪声无论从生理上还是心理上，都在无时无刻地影响着人的正常工作、生活和身体健康。为了保护环境，针对汽车噪声，各国政府已颁布了相关的法规，对其加以限制。各大汽车厂家也在积极地采取措施，尽量减少汽车给环境造成的噪声污染。1.噪声类型及发生源根据汽车噪声对环境的影响，可将汽车噪声分为车外噪声和车内噪声。（1）车外噪声车外噪声是指汽车各部分噪声辐射到车外空间的那部分噪声，其噪声源主要包括发动机噪声、排气噪声、轮胎噪声、制动噪声和传动系噪声等。车外噪声主要影响车外道路两旁的声学环境。（2）车内噪声车内噪声是指车箱外的汽车各部分噪声通过各种声学途径传入车内的那部分噪声，以及汽车各部分振动通过各种振动传递路径激发车身板件的结构振动向车箱内辐射的噪声。通过声学途径传入车内的汽车噪声来自发动机噪声、排气噪声、空气动力学噪声、轮胎噪声和传动系噪声等。通过振动途径激发车身板件振动的汽车激振源包括发动机振动、传动系振动和路面振动等。车内噪声主要影响车内的声学环境。2.噪声的度量（1）声压声压是声学中表示声音强弱的指标。当声音在空气中传播时，引起空气压力的起伏变化，这个压力的变化量称之为声压，声音越大，声压也越大。由于以声压计量数值太大，使用起来不方便，加之人们对声音强弱变化的感觉与声压的相对变化量有关，故实际上采用了对声音作相对变化比较的无量纲单位“声压级”来作为噪声的测量单位。声压级的单位是分贝（dB），其定义为，dB(2-31)式中：LP——声压级,dB；P——声压,Pa；P0——基准声压（取2×10-5）,Pa。采用声压级之后，就将相差一百万倍的可听声压范围，简化成0～120dB的声压级变化，它既符合人耳对声音的主观感觉，也便于表示。2.5.2汽车噪声第2章汽车的使用性能3.噪声的控制降低噪声，并不是简单地降低声源强度或声的传播，而是要在满足各种制约条件要求下，提出不同方案，并作出最佳的选择。为了降低噪声，应设计激振力小，或即使产生振动却不易形成噪声的结构。比如为了净化排放气体，采用了高压燃料喷射装置而导致了激振力增大，为此必须采取相应的低噪声结构设计措施。对于隔声方法，因材料、位置、隔声结构等的不同其效果亦不同。一般都是在不改动各部件总成的基本结构和对其他性能的影响尽可能小的条件下来进行限声的。在确定隔声方法之前，应仔细调查噪声特性，然后在保证轻量化的基础上采取成本最低的有效对策。（1）发动机噪声的改善下列方法可以降低发动机产生的噪声及由发动机振动引起的其他噪声：改造发动机燃烧过程以降低燃烧爆发的冲击；降低由此冲击产生的激后力引起的导致噪声的发动机各部件的振动；降低由活塞的上下运动、曲轴转动引起的不平衡力以及降低发动机机械振动等。（2）降低辐射噪声为了降低发动机、传动系统、排气系统表面产生的辐射噪声，不仅要降低激励力，而且应改善结构的振动特性，达到即使有激励力，也不易产生噪声的效果。例如通过用仿真计算方法推测发动机缸体、油底盘表面产生的辐射噪声，用振动特性优化方法，采取在轻量化基础上达到最佳效果的措施。（3）降低排气噪声在利用消声器降低排气出口的噪声方法方面，随着仿真计算方法精度的提高，可以达到在不增加排气阻力条件下改善消声效果的水平。另一方面在排气口对排气噪声施加相位差为1800的次级声源，达到降低噪声效果的主动消声器也正在开发研究中。（4）降低轮胎噪声随着轮胎测试技术及仿真技术的进步，其噪声的产生机理逐渐得到掌握。通过改善胎面形状、橡胶材质等，已使轮胎噪声有较大改善。由于等速行驶噪声中，轮胎噪声占主要部分，因此有必要同时对路面状况进行改善，但这方面的工作更为困难。（5）测试技术、分析技术、数值仿真通过测试技术及分析技术的提高，对噪声现象能更明确的理解，再结合用声全息方法探测声源，边界元法进行声场分析等成果，能够更合理有效地采取降低噪声措施。2.5.3汽车空气调节第2章汽车的使用性能汽车空气调节是指对车内空气质量进行调节，即不管车外的天气情况如何，将车内的温度、湿度和清洁度都保持在一定的舒适范围内。1.人体对温度的感觉人体在不断地产生和散发热量，当两者取得平衡而维持体温36℃时人就会感到舒适，若散热过多，人会感觉“冷”；多余的热量不能及时散发，人会感到“热”。试验表明，人体对温度的感觉主要受环境温度、湿度和风速三项因素的影响。2.舒适的温度、湿度范围人体感到舒适的环境温度随其工作内容、体质状况、性别、年龄和衣着等方面变化，还要受季节、昼夜等自然环境变化的影响。综合这些因素，冬季人体感到舒适的温度范围为16℃～20℃，湿度为55％－70％；夏季温度范围为19℃～23℃，湿度60％－75％。3.对空气清洁度的要求车厢内空气的洁净程度对舒适性产生重要影响。由于车厢内乘员所拥有的空间有限，人所吸入的氧气80％变成二氧化碳排出，另外人体散发出的气味，燃油蒸汽、汽车废气、道路尘埃的渗入等，都会导致车内空气质量恶化，影响乘员健康。对车内空气清洁度的指标是按照车厢内二氧化碳的浓度来评定的，一般允许车内的二氧化碳浓度为0．5％，最好控制在0．l％以下。4.空气调节汽车空气调节系统主要实现三大功能：一是换气；二是调节温度和湿度；三是净化空气。换气是空气调节的最基本的功能。要保持每个乘员应有0．3～0．5m3／min的换气量，使车内二氧化碳浓度在正常的范围内。要合理布置空气的出、入口，提高换气质量和效率。汽车外部的空气入口设置在正压力大的部位，车内气体的出口设置在负压大的部位。轿车的进气口一般开在前挡风玻璃下的机罩上，排气口开在后排座位的车侧。在使用中应注意对空气进、出口及通道进行清洁维护，以免堵塞而影响换气质量。除了适宜的温度外，温度的分布情