汽车安全与法规 (第3版) 课件 第三章 汽车主动安全性

汽车安全与法规

（第3版）Contents第1章

汽车安全技术概述第2章

汽车安全技术法规与标准第3章

汽车主动安全性第4章

汽车被动安全性第5章

汽车主动安全系统第6章

汽车被动安全性能试验第3章汽车主动安全性3.1概述3.2行驶安全性3.3环境安全性3.4

感觉安全性3.5操纵安全性3.1概述汽车的主动安全性是汽车安全性研究中非常重要的内容，是指事故将要发生时操纵制动或转向系来防止事故发生的能力，以及汽车正常行驶时保证其良好的动力性、操纵稳定性、驾驶舒适性。汽车主动安全性概述汽车主动安全性分四个方面：行驶安全性、环境安全性、感觉安全性和操纵安全性3.1概述行驶安全性要求汽车有最佳的动态性能环境安全性要求汽车乘员在各种驾驶环境下心理压力尽可能小的性能感觉安全性要求驾驶人在各种状况下能即使感知周边环境危险的性能操作安全性要求优化驾驶界面设计，使驾驶员操作简单容易汽车主动安全性概述3.1概述汽车主动安全性概述汽车交通事故统计由于汽车制动性能较差导致出现的严重后轴侧滑或制动跑偏而发生的交通事故占交通事故总数的35%左右。提高汽车的主动安全性，对于预防交通事故的发生具有积极的意义。操纵稳定性与感觉安全性有较大关系的汽车照明和驾驶人的视野等都直接影响汽车交通事故的发生率。3.2行驶安全性动力性是指车辆所受纵向外力所能达到的最高平均行驶速度通过性是指描述汽车在一定的载质量下，能以足够高的平均车速通过各种坏路或无路路段制动安全性是指汽车制动过程中的安全性能操纵稳定性指汽车在行驶过程中抵抗各种干扰，遵循驾驶人给定方向稳定行驶的能力汽车的行驶安全性概述汽车的行驶安全性要求汽车有良好的动力性、通过性、制动安全性、操纵稳定性等3.2行驶安全性汽车的动力性包括三个评定指标：汽车的最高车速、汽车的加速时间、汽车的最大爬坡度汽车的最高车速指在水平良好的直线道路上汽车能达到的最高行驶稳定车速。汽车的加速时间表示汽车加速能力，常用原地起步加速时间与超车加速时间表示。汽车的最大爬坡度指满载时汽车在良好路面上以一档行驶能够爬上的最大坡度。汽车的动力性3.2行驶安全性汽车的通过性是描述汽车通过能力的性能，也称汽车的越野性能根据地面对汽车通过性的影响，分为几何通过性和支承通过性。影响汽车几何通过性的参数有，最小离地间隙、接近角、离去角和纵向通过角。汽车的通过性接近角γ1

纵向通过角β

离去角γ2

最小离地间隙h

3.2行驶安全性汽车的制动安全性汽车的制动安全性有三个评价指标：制动效能、制动时的方向稳定性和制动效能的恒定性汽车制动效能的评价指标为制动减速度和制动距离制动距离是汽车以一定速度行驶时，从驾驶人踩制动踏板到汽车停止为止的距离制动距离的测定条件为平坦、良好、干燥的路面制动减速度与制动器制动力及附着力有关3.2行驶安全性汽车的制动安全性

3.2行驶安全性汽车的制动安全性

3.2行驶安全性汽车的制动安全性根据以上公式，车轮全部抱死的制动效果差于滚动压印制动效果我国针对各种车型的制动效能制定了标准，如表所示。3.2行驶安全性汽车的制动安全性制动效能的恒定性制动效能的恒定性分为制动效能的热稳定性和水稳定性。制动效能的热稳定性主要指制动器的抗热衰退性能。制动器的热衰退是指汽车高速制动或连续下长坡或短时间内反复制动，而引起制动器温度升高。制动器的热衰退与制动器摩擦副材料和结构形式有关。3.2行驶安全性汽车的制动安全性制动效能的恒定性GB12676-2014和GB21670-2008规定了车辆连续重复制动试验(I型试验)的试验条件：3.2行驶安全性汽车的制动安全性制动效能的方向稳定性指汽车在制动时，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。影响制动方向稳定性的原因汽车的制动跑偏汽车的制动侧滑，尤其是后轴侧滑汽车前轮转向能力的丧失3.2行驶安全性汽车的制动安全性汽车的制动跑偏的原因汽车前后车轮，特别是前轴左右车轮制动器制动力不相等悬架装置与转向系统运动学上的不协调，如右图所示汽车质心位置的左右不对称3.2行驶安全性汽车的制动安全性汽车的制动侧滑汽车的制动侧滑指是指制动时汽车的某一轴或双轴发生横向移动的现象。影响制动侧滑的因素：路面附着系数车轮抱死及抱死顺序制动初速度载荷及载荷转移侧向力源3.2行驶安全性汽车的制动安全性

3.2行驶安全性汽车的制动安全性不同路面上的平均附着系数不同车速下的轮胎附着系数路面状况峰值附着系数φp滑动附着系数φh沥青或混凝土(干)0.8~0.90.75沥青(湿)0.5~0.70.45~0.6混凝土(湿)0.80.7砾石0.60.55土路(干)0.680.65土路(湿)0.550.4~0.5雪(压紧)0.20.15冰0.10.073.2行驶安全性汽车的制动安全性车轮抱死对汽车制动侧滑的影响当只有前轮抱死时，前轮的侧向附着力为零，无法进行转向操作；当前后轮全部抱死时，此时汽车全部失去操纵性和方向稳定性。我国对各种类型车辆的制动力分配有着严格的规定。3.2行驶安全性汽车的制动系统的分类行车制动系统用以使行驶中的汽车强制减速、停车或使汽车下长坡时保持一定的稳定车速的制动装置被称为行车制动系统，一般行车制动系统驱动机构多为双回路。我国法规规定行车制动系统驱动装置除使车轮制动外，还应保留一定剩余制动效能。汽车制动系统按其用途分为：行车制动系统、驻车制动系统、应急制动系统、辅助制动系统等。3.2行驶安全性汽车的制动系统的分类应急制动系统当行车制动系统失效时，实现车辆的减速或停车的制动装置被称为应急制动系统。应急制动系统可以不是独立的制动系统，其有三种形式:和行车制动相结合和驻车制动相结合，独立的应急制动系统。国家有关法规如下表。3.2行驶安全性汽车的制动系统的分类驻车制动系统用以使汽车可靠而无时间限制停驻在原地甚至斜坡的制动装置被称为驻车制动系统。除了在停车时使用外，还能在行车制动系统故障时用来紧急制动。驻车制动系统有关标准《商用车辆和挂车制动系统技术要求及试验方法》规定：商用两轴车辆的驻车制动系统应能使满载车辆在坡度为18%的上、下坡道上保持静止，并且采用手控装置的控制力应小于600N，采用脚控装置的控制力应小于700N。3.2行驶安全性汽车的制动系统的分类辅助制动系统辅助制动系统是驾驶人直接或间接地操纵，特别是在下长坡时稳定和减低车辆的速度，以减轻行车制动系统制动负荷的制动系统，辅助制动系统有发动机辅助制动和缓行器等。发动机辅助制动发动机辅助制动分为发动机排气辅助制动、发动机减压辅助制动和发动机泄露辅助制动。3.2行驶安全性汽车的制动系统的分类缓速器缓速器目前主要有电涡流式缓速器和液力式缓速器。电涡流式缓速器是以磁电效应产生制动作用；液力式缓速器是利用叶轮搅动油液产生阻力形成制动力。两种缓速器的结构如下图所示。3.2行驶安全性汽车操纵稳定性汽车的操纵稳定性包含两个方面，一是操纵性，二是稳定性操纵性指汽车能确切的响应驾驶人指令的能力稳定性指汽车受到外界干扰后恢复原来状态的能力汽车的操纵性与稳定性互为联系，互为因果操纵稳定性是决定汽车安全的一个重要性能，被称为“汽车安全的生命线”3.2行驶安全性汽车操纵稳定性操纵稳定性的评价方法转向瞬态响应试验和稳态回转试验用于评价汽车角阶跃输入下的时域响应瞬态响应试验评价参量为响应时间、侧向加速度响应时间和横摆角速度波动的无阻尼圆频率等，稳态回转试验评价参量为汽车前后轴侧偏角差值和转向半径比等。转向回正试验用于评价汽车的转向回正能力回正试验的评价参量为残余横摆角及角速度、横摆角速度超调量、横摆角速度的总方差和响应稳定时间等。3.2行驶安全性汽车操纵稳定性操纵稳定性的评价方法转向轻便性试验用于评价转向盘轻便程度的特性评价转向轻便性的评价单位有转向盘最大作用力、转向盘作用功、转向盘摩擦力矩和转向盘摩擦力。蛇形试验主要是用于典型行驶工况性能的试验3.2行驶安全性汽车操纵稳定性操纵稳定性的评价方法3.2行驶安全性汽车操纵稳定性操纵稳定性的影响因素汽车总质量大小、转动惯量及轴荷分配轴距与轮距悬架装置的导向机构前轮定位参数轮胎的侧偏特性转向盘的力特性及转向系统的刚度车辆空气动力学特性其他特性，如车轮动平衡、路面摩擦系数等另外，汽车操纵稳定性还受到路面特性(如道路不平度、纵向和横向的坡度、左右车轮附着性能差异)、环境因素(如横向风)以及驾驶人操作技能等使用因素的影响。3.2行驶安全性汽车操纵稳定性轮胎的侧偏特性轮胎的侧偏特性指的是侧偏力及回正力矩与侧偏角的关系：轮胎的侧偏角、侧偏力和回正力矩越大，汽车的操纵稳定性越好，三者关系如图3-13轮胎的侧偏特性与轮胎的结构参数有关系，比如子午线轮胎比斜交轮胎的侧偏刚度大3.2行驶安全性汽车操纵稳定性轮胎的侧偏特性轮胎的侧偏特性也受轮胎的扁平率的影响，扁平率越小，侧偏刚度越高随着轮胎的滚动速度的增大，侧偏力的最大值减小路面有薄水层时，滑水现象会影响汽车的侧偏特性，滑水现象的产生与车速、轮胎结构等有关轮胎的充气压力增大，轮胎的侧偏力越大，但是轮胎气压增加一定程度后，侧偏力不再增加3.2行驶安全性汽车操纵稳定性轴荷分配汽车的轴荷分配主要影响表现在汽车的稳态转向特性汽车的稳态转向特性分为不足转向、中性转向和过多转向表征稳态转向特性的参数稳定性因素K与汽车的侧向加速度如图所示轴荷分配要使汽车具有一定的不足转向特性，保证汽车的静态方向稳定性3.2行驶安全性汽车操纵稳定性

3.2行驶安全性汽车操纵稳定性

3.2行驶安全性汽车操纵稳定性前轮定位参数外倾角和前束角外倾角指车轮与垂直方向的夹角，前束角指车轮前方投影线与车辆行驶方向夹角。外倾角和前束角对操稳性的影响外倾角对于没有转向助力的汽车，可以提高低速大角度的回正性能。前束角可以抵消前束引起的侧向外力和外倾的推力，避免了轮胎磨损。3.2行驶安全性汽车操纵稳定性悬架装置的导向机构侧倾中心为通过左右车轮中心的垂直横断面上的一点，在该点向悬架施加横向作用力不会引起悬架的侧倾变形侧倾中心高度对车身侧倾角和左右轮荷转移有决定性的影响，侧倾中心高度随着悬架变化和导向机构位置变化而变化侧倾中心高度的变化会改变汽车的质心和汽车转弯时的侧倾力矩，侧倾中心高度越高侧倾力矩越小3.2行驶安全性汽车操纵稳定性悬架装置的导向机构侧倾角刚度侧倾角刚度指的是车辆侧倾时，单位车身转角下，悬架装置给车身总的弹性恢复力矩。对于悬架的侧倾角刚度，应保证汽车转弯行驶时车身侧倾角不能过大，通常在0.4g的横向加速度下，车身侧倾角应小于6°。侧倾角刚度对操稳性影响增加前悬架的侧倾角刚度有利于使汽车趋于不足转向，增加后悬架的侧倾角刚度有利于使汽车趋于过多转向。可以通过增加横向稳定杆增加汽车的侧倾刚度。3.2行驶安全性汽车操纵稳定性悬架装置的导向机构车轮定位参数的变化车轮相对车身上下跳动时，前轮定位参数和轮距会发生变化。为了获得理想的行驶特性，希望车轮跳动时轮距的变化量尽量小。车轮定位参数变化的影响主销后倾角变大，容易使前转向轮发生摆振；车轮外倾角变大，会影响汽车直线行驶的稳定性，同时还会使轮距变化及轮胎磨损加剧；汽车直线行驶时，若车轮跳动引起前束变化，将带来滚动阻力的增大、轮胎磨损增加和直线行驶能力的下降的不良后果。3.2行驶安全性汽车操纵稳定性悬架装置的导向机构侧倾转向在侧向力作用下车身发生侧倾，由车身侧倾所引起的前转向轮绕主销的转动、后轮绕垂直于地面轴线的转动称为侧倾转向。非独立悬架在发生侧倾时，由于导向机构的作用，会发生轴转向，下图为后轴转向对转向特性的影响。在设计中应该力图将转向车轮干涉转向量控制在最小。3.2行驶安全性汽车操纵稳定性转向盘力特性及转向系统的刚度转向盘的反作用力随汽车运动状况而变化的规律称为转向盘的力特性。转向盘的力特性取决于转向器传动比及变化规律、转向器效率、动力转向器的转向盘操作力特性。转向系统的刚度影响汽车的操纵稳定性，在一定转向盘转角下，转向系统刚度低，增大汽车的不足转向，反之则增大汽车的过多转向。3.2行驶安全性汽车操纵稳定性空气动力的影响空气动力通过两种途径影响汽车的操纵稳定性空气的侧向推力与横摆力矩直接作用于汽车车身上，使车辆产生侧向加速度和横摆角速度。由于空气动力的作用使车辆各车轮的负荷发生变化，从而轮胎的侧偏特性发生变化，间接的影响汽车操稳性。3.2行驶安全性安全轮胎技术轮胎的可靠性技术目前轮胎安全性技术主要有三种：一是采用有气密层和密封胶的现行防漏轮胎；二是轮胎跑气后尚能行驶一段距离的轮胎扎扁跑路系统；三是把轮胎、轮辋和支撑系统环统一考虑的泄气保用系统。下图为各种安全轮胎的统计结果。3.2行驶安全性安全轮胎技术防漏轮胎防漏轮胎从类型上可以分为无内胎防漏轮胎和有内胎防漏轮胎两种。无内胎防漏轮胎的特点使具有气密层、密封胶和特殊结构的胎圈，目前普遍用于轿车并逐渐应用于重型商业车。有内胎的防漏轮胎多使用双腔内胎，利用空气压缩填充物填堵来起到防漏的作用。3.2

行驶安全性安全轮胎技术轮胎扎扁跑路系统轮胎扎扁跑路系统是在轮胎内设置备用装置，在轮胎漏气后驾驶人可以操纵车上的充气系统不断给轮胎打气以维持行驶。泄气保用系统泄气保用系统指安全轮胎由轮胎、轮辋、支撑环和气压报警器等装置，形成完整的系统。具有泄气保用系统的轮胎在漏气时，胎侧也不会损伤，比一般轮胎具有更好的保用性。3.3环境安全性环境安全性环境安全性是使振动、噪声和各种气候条件加于汽车乘员的心理压力尽可能减小到最低程度，以减少行车中可能产生的不正确操作，从而减少交通事故发生的能力。车内气候条件主要受空气温度、湿度、车内空气流速和空气压力的影响。3.3环境安全性汽车的平顺性汽车平顺性汽车行驶平顺性指汽车在正常行驶过程中不会因为车身振动引起乘员不舒服，或货物损坏的性能。汽车平顺性的评价标准ISO263-1:1997(E)规定汽车平顺性评价方法包括基本评价方法和辅助评价方法。该标准规定了如图所示的人体坐姿受振模型。3.3环境安全性汽车的平顺性汽车平顺性的评价标准（IS02631-1:1997(E)）在进行舒适性评价时，它除了考虑座椅支承面处输入点3个方向的线振动，还考虑该点3个方向的角振动，以及座椅靠背和脚支承面两个输入点各3个方向的线振动、共3个输入点12个轴向的振动。下表给出加权振级与人主观感觉的关系。3.3环境安全性汽车振动与噪声发动机振动汽车发动机振动是发动机受其自身或来自地面的干扰，而在其支承上发生的振动。发动机悬置的设计应该能控制发动机激振力向底盘的传递，隔离振动。汽车传动系振动汽车传动系受到传动轴不平衡和发动机往复质量产生的惯性力、万向节安装角产生的力，容易产生振动。汽车传动系的振动在低频范围内影响乘员舒适性。汽车运动会引起汽车发动机振动、汽车传动系统扭转振动和弯曲振动、汽车前轮摆振、车架和车身振动等3.3环境安全性汽车振动与噪声汽车前轮摆振前轮摆振是指汽车在行驶过程中，前转向轮有时会发生绕其主销做周期性的角振动。前轮摆振由三种振动合成：横向振动，前轮绕主销的角振动和前桥绕汽车纵轴线的角振动。3.3环境安全性汽车振动与噪声汽车噪声根据汽车噪声对环境的影响将汽车噪声可以分为车内噪声和车外噪声。车内噪声指车内噪声是指车身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送路径激发车身板件的结构振动向车身内辐射的噪声。车内噪声主要影响汽车的舒适性、驾驶人语言清晰度、驾驶人听觉、驾驶人在车内对车外各种声响识别能力等ꎬ从而影响汽车的环境安全性。3.3环境安全性汽车振动与噪声汽车噪声车外噪声指汽车各部分噪声辐射到车外空间的噪声。车外噪声主要影响车外道路两旁的声学环境。3.4

感觉安全性感觉安全性汽车感觉安全性是指在汽车上设有特有装备或考虑一定的特殊要求，如照明设备、声响报警装备、驾驶人的直接和间接视线，便于驾驶人能掌握汽车的运行状况和道路状况，做出正确判断以减少交通事故的能力。3.4

感觉安全性汽车照明设备汽车照明设备汽车照明设备为汽车行驶提供照明，为驾驶人提供必要信息以及对交通环境中的其他参加者发出信号。汽车照明设备的功能汽车照明装备分为车辆前端照明、车辆后端照明和车辆内部照明。车辆前端照明主要是照明前端道路，使驾驶人辨明前方交通状况。车辆后端照明根据气候条件打开并指示车辆位置。车辆内部照明在工作状态下为驾驶人提供必要信息，使驾驶人分心驾驶的可能性尽量小。3.4感觉安全性汽车照明设备汽车照明设备相关法规和标准世界汽车灯光就因前照灯近光光型被分成两大体系：欧洲的ECE/EEC体系和美国的SAE体系。各国的相关法规及标准如下。汽车远光灯与近光灯相关法规与标准汽车前雾灯、后雾灯与前位灯相关法规与标准3.4感觉安全性汽车照明设备汽车照明设备相关法规和标准汽车前转向灯和后转向信号灯相关法规与标准汽车制动灯与后位灯相关法规与标准汽车倒车灯与牌照灯相关法规与标准3.4感觉安全性汽车视野汽车驾驶人眼椭圆汽车驾驶人眼椭圆是根据驾驶人按自己意愿将座椅调整到合适位置，其眼睛位置在车身坐标系中的统计分布图形，由于该图形呈椭圆状，称为驾驶人眼椭圆。3.4感觉安全性汽车视野视野的种类及要求按行车方向和是否利用后视镜分类按利用后视镜来分可以分为直接视野和间接视野。其中，通过内后视镜看到的视野称为内后视野，通过外后视镜看到的视野为外后视野。按行车方向分为前方视野和后方视野。3.4感觉安全性汽车视野视野的种类及要求汽车前上方视野受前窗上框的限制，要根据能否看清信号灯与防止太阳光刺眼的功能来设计。汽车前下方视野也要综合考虑车速车辆使用类型、使用条件等各方面因素。3.4感觉安全性汽车视野视野的种类及要求围绕前视野定义的视野围绕前视线定义的视野有：单眼视野双眼视野两单眼视野周边视野围绕前视野定义的视野范围如图所示。3.4感觉安全性汽车视野提高和改善汽车视野的措施车身设计方面相关措施有以下三条：扩大风窗玻璃的有效透明区的面积；减小风窗玻璃倾角并尽量使之靠近驾驶人的眼睛；前后风窗玻璃向两侧包围。减小风窗立柱的投影长度。对于载货汽车，尽量降低发动机舱盖的高度和发动机舱盖伸出长度，以确保驾驶人的视线有足够的前方倾斜角和视野。3.4感觉安全性汽车视野提高和改善汽车视野的措施座椅布置方面，适当减小座椅坐垫与靠背的倾角，将座椅靠近中间一些，布置座椅靠近汽车前端，选择适当的座椅高度。气候适应性设计方面，应装备确保汽车在各种气候条件下和行驶条件下具有良好视野而装备的各种装置。对于后视镜参数，在可以采用变曲率半径设