汽车性能与安全

汽车性能与安全第1页，共36页，2023年，2月20日，星期日本章内容2.1

汽车运动力学基本性能概述2.2

汽车制动安全性2.3

汽车操纵稳定安全性第2页，共36页，2023年，2月20日，星期日第一节汽车运动力学基本性能概述汽车行驶性能的综合评价指标（1）经济性。包括燃料消耗量、机油消耗量、维修费用、养路费用。（2）安全性。包括驾驶员视野的好坏、制动可靠性、灯光及排气净化、安全装置、安全通道、车身结构强度。（3）运动性。包括最高车速、加速性和制动性等基本性能以及操纵性、稳定性、转向手感等。（4）耐久性。包括强度、防锈、防尘、耐热、耐寒性能以及各总成与汽车整体的可靠性。第3页，共36页，2023年，2月20日，星期日(5)实用性。包括决定于油箱容积的行驶里程、转弯通道半径、最小离地间隙、接近、离去角等通过性指标，各种操纵力的大小。(6)舒适性。包括悬架及座位系统的振动特性、座椅的坐姿舒适性、隔声、隔振等。(7)居住性。车厢内的宽广度(包括头、肩、腿部空间)，长途客车的功能性。(8)美观性。外观造型、配色及内部装饰等。第4页，共36页，2023年，2月20日，星期日一、汽车的动力性汽车动力性评价指标最高车速是指汽车在平直的、良好道路上所能达到的平均最高行驶车速。加速时间包括原地起步加速时间和超车加速时间。最大爬坡度是用满载（或某一载质量）时汽车在良好路面上的最大爬坡度第5页，共36页，2023年，2月20日，星期日表征汽车动力特性的动力因数D

Ft为汽车驱动力，

Fw为汽车空气阻力，

G为汽车重量，

ψ为道路阻力系数，

g为自由落体加速度，

δ为汽车旋转质量换算系数，为行驶加速度。第6页，共36页，2023年，2月20日，星期日结论：

(1)汽车的动力因数仅取决于汽车发动机发出并传到驱动轮的驱动力、汽车的空气阻力及汽车总重。

(2)汽车只要有相等的动力因数，则不论汽车的重量等其它结构参数有何不同，都能克服同样的坡度或产生同样的加速度。第7页，共36页，2023年，2月20日，星期日汽车的最高车速和最大爬坡度影响汽车的持续车速，在高速路上行驶的汽车应具有古河规定的持续车速，否则将干扰正常车流，极易诱发交通事故加速能力加速能力直接关系到汽车超车时的并行时间，并行时间太长也易诱发恶性交通事故。第8页，共36页，2023年，2月20日，星期日二、汽车的行驶平顺性定义：

汽车行驶的平顺性是指汽车在正常行驶中能保证乘坐者不致因车身振动而引起明显不舒服和疲劳的感觉，主要根据汽车乘员的舒适程度来评价，又称为乘坐舒适性。产生原因

振动传到人体，再由人的生理、心理和器官机械响应等复杂因素的综合，产生人对振动的反应．使乘员(驾驶员和乘客)感到不舒适和疲劳，从而影响行车安全。第9页，共36页，2023年，2月20日，星期日人体对振动反应的三种不同的感觉界限暴露极限

：

当人体承受的振动强度在此界限内，将保持人的健康或安全。它作为人体可承受振动量的上限。废劳降低工作效率界限

：

当人承受的振动强度在此界限内时，能准确灵敏地反应，正常地进行驾驶。它与保持人的工作效能有关。舒适降低界限：

在此界限之内，人体对所暴露的振动环境主观感觉良好，能顺利地完成吃、读、写等动作。它与保持人的舒适有关。第10页，共36页，2023年，2月20日，星期日三、汽车通过性定义：

汽车通过性是指汽车在一定装载质量下，能以足够高的平均车速通过各种道路及无路地带和克服各种障碍的能力。间隙失效：

汽车越野行驶时可能出现汽车与地面间的间隙不足而被托住、无法通行的情况，称之为间隙失效。第11页，共36页，2023年，2月20日，星期日通过性的几何参数

最小离地间隙c、接近角γ1

、离去角γ2

、纵向通过半径ρ1

、横向通过半径ρ2

第12页，共36页，2023年，2月20日，星期日汽车类型轿车15~3020~3025~3025~45货车5~9大客车最小离地间隙c(mm)接近角γ1(°)离去角γ2(°)纵向通过半径ρ1(m)轻型、微型中级、高级120~180130~2003~55~8轻型中型、重型180~220220~3002~44~7小型中型、大型180~220240~2908~308~128~207~15越野车260~37036~6030~481.9~3.6第13页，共36页，2023年，2月20日，星期日第二节汽车制动安全性制动性能的评价指标：

(1)制动效能。指在良好路面上，汽车以一定初速度制动到停车的制动距离或制动时的减速度。

(2)制动时的方向稳定性。指在制动时，汽车不发生跑偏、侧滑以及失去转向能力的性能。常用制动时汽车按给定轨迹行驶的能力来评价。

(3)制动效能的恒定性。主要是指在高速时或下长坡连续制动时制动效能保持的程度。第14页，共36页，2023年，2月20日，星期日一、汽车制动过程概述V0

X0发现危险信号

X1踩下制动踏板

X2制动压力起作用X3停车减速度制动压力时间

t1驾驶员反应时间t2制动传动系作用时间

t3持续制动时间制动空驶距离制动总距离第15页，共36页，2023年，2月20日，星期日制动距离S可由下式估算

j为制动减速度值Vt为制动过程中的车速

第16页，共36页，2023年，2月20日，星期日车内环境交通环境情报受容器知觉记忆思考判断决定效果器反应汽车运动器官兴趣与欲望中枢神经感觉器官信号环境二、驾驶员制动反应阶段第17页，共36页，2023年，2月20日，星期日20岁左右的人反应时间最短随着年龄的增长，反应时间有延迟的趋势女性反应时间一般都比男性的反应时间长第18页，共36页，2023年，2月20日，星期日大多数驾驶员的制动反应时间0.66s，最迟钝的驾驶员制动反应时间为2s以100km/h高速行驶的汽车，其制动空驶距离一般达到18.3m。若是迟钝型驾驶员，则制动空驶距离可高达55.4m。第19页，共36页，2023年，2月20日，星期日驾驶员对有预知信号反应时间（s）对无预知信号反应时间（s）峰值域值峰值域值ABCDE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对有预知与无预知制动信号的反应时间第20页，共36页，2023年，2月20日，星期日三、制动传动系作用阶段定义：

从制动操纵装置(制动踏板)开始动作，到制动系统产生一定大小的制动力所需要的时间。液压制动系0.2s左右气压制动系0.4s左右第21页，共36页，2023年，2月20日，星期日制动初速度（km/h）t2(s)总制动距离S(m)t2期间行驶距离S2(m)30300.20.65.78.181.253.75S、S2增加百分数（%）43.5200表2-3某轿车在干燥路面上的制动数据总制动距离增加，t2期间行驶距离s2也增加总制动距离增加10％-15％。制动系作用时间t2增加第22页，共36页，2023年，2月20日，星期日四、持续制动阶段描述1．制动车轮受力分析汽车具有足够的制动器制动力，同时地面又能提供高的附着系数时，才能获得足够的地面制动力，提高行车制动效能第23页，共36页，2023年，2月20日，星期日

2.持续制动阶段制动车轮运动状态描述

滑移率s

v为汽车车体速度，r为车轮滚动半径，ω为车轮角速度。s＝0，纵面附着系数μs＝0，而侧向附着系数取最大值s＝l00%时，侧向附着系数接近于零

0<S<l00%时，，纵向附着系数先增大后减小侧向附着系数一直减小

第24页，共36页，2023年，2月20日，星期日

3.车体运动状态分析

车轮没有抱死时

当车辆左右侧地面制动力相等时，汽车能够沿着行进方向停车

左右地面制动力不相等时，产生一个绕汽车质心的旋转力矩，使制动车辆跑偏

横向力当弯道制动或制动时有较大横向风以及有地面横坡时，轮胎与地面之间还产生一个侧滑摩擦力称为横向力作用保持汽车的预定行进方向以及根据驾驶员的操作而改变行进方向横向力与车轮—地面间的侧向附着系数成正比

第25页，共36页，2023年，2月20日，星期日滑移率与车轮—地面间的侧向附着系数

S=1车轮四轮完全抱死车轮横向力也接近于零汽车就会产生不规则运动而陷入危险状态将制动释放汽车就会沿着瞬时行驶方向急速驶出汽车在弯道紧急制动只有前轮抱死时前轮的横向力基本为零汽车的运动路线与驾驶员操作无关而沿弯道切线方向滑行

第26页，共36页，2023年，2月20日，星期日汽车在弯道紧急制动只有后轮抱死时后轮的横向力基本为零汽车将一面旋转一面沿曲线行驶

汽车在弯道紧急制动前后轮都抱死时前后轮的横向力基本为零一面做与驾驶操作无关的不规则运动，一面沿弯道曲线的切线方向滑行。第27页，共36页，2023年，2月20日，星期日第三节汽车操纵稳定安全性定义：驾驶人员以最少的修正而能维持汽车按给定的路线行驶，以及按驾驶员的愿望操纵转向机构以改变汽车行驶方向的能力即为操纵性；驾驶人员固定转向盘给定汽车一个行驶方向，汽车抵抗力图改变其行驶方向的外力的能力即为稳定性。第28页，共36页，2023年，2月20日，星期日操纵稳定性不好的汽车的表现

(1)“发飘”，汽车在以较高车速行驶时，自己不断改变运动方向，使驾驶员感到飘浮不定。(2)“迟钝”，驾驶员施以转向操作后，汽车没有相应及时的反应，或转向响应过慢。(3)“丧失路感”，正常汽车的转弯程度，会通过转向盘以及车身的侧倾使驾驶员产生相应的感觉。但操纵性能不好的汽车，在车速较高或急剧转向时会使驾驶员丧失这种感觉，影响其做出正确的判断。(4)“失去控制”，操稳性差的汽车在车速超过某一临界值之后，可能会出现驾驶员完全不能控制汽车行驶方向的情况。第29页，共36页，2023年，2月20日，星期日影响汽车行驶操稳性的因素

(1)轮胎侧偏。(2)转向悬架系统的弹性(3)侧倾转向效应(4)车轮倾斜效应(5)空气动力影响产生一个不由驾驶员控制的附加转向输入

构成相应车轮附加转向角

车轮或整个车轴在水平面内的转动

造成轮胎侧偏角的变化

影响相应的侧偏角第30页，共36页，2023年，2月20日，星期日操纵稳定性常见的试验评价方法

一、阶跃试验评价汽车以某一恒定车速直线行驶时，突然将转向盘转过一定角度。使汽车进入转弯运动状态，记录并评价其横摆角速度(绕垂直轴摆动角速度)的反应。第31页，共36页，2023年，2月20日，星期日评价指标

1.反应速度或反应时间tf

反应速度是指反应开始点的响应曲线斜率，它说明汽车转向反应的快慢。反应时间tf是指到达90%的稳态值所需的时间2.超调量

响应峰值与稳态数值的相对比值。3.过渡过程时间ty过程进行到误差小于稳态值的±5%所经历的时间。第32页，共36页，2023年，2月20日，星期日4.自然频率

一般响应是一个振动过程，当振动的自然频率足够高时，可以减少发生谐振的倾向。5.稳态增益的速度特性

横摆角速度的稳态值与阶跃响应转向盘转角稳态值之比即为这一对输入输出的“稳态增益”

第33页，共36页，2023年，2月20日，星期日二、回正性试验评价

汽车作等速圆周行驶，稳定后突然撤开转向盘，测定其横摆角速度与方位角的变化过程。特点：撒手以前汽车作稳态等速圆周运动．转向盘上的力以及汽车侧向加速度为定值，突然撒手后，驾驶员给转向盘的力为零。(实质上是一次