汽车运用基础第4章---汽车行驶安全性课件.ppt

4.1 公路交通安全与概述交通事故是行人、车辆在道路上行进时，因违反交通法规或其他原因发生人身伤亡和车物损失的事件。凡车辆在道路上行驶或停放过程中发生碰撞、碾压、刮擦、翻车、失火、爆炸等情况，造成人员或牲畜伤亡、物资损失事件都称为交通事故。4.1.1 事故的分类和构成事故的要素（1）道路交通事故的分类第4章 汽车行驶安全性道路交通事故按事故造成的后果分为轻微事故、一般事故、重大事故和特大事故4类。（2）道路交通事故构成的要素道路交通事故的形成，必须具备以下6个要素。1）车辆2）在道路上3）在通行中4）发生事态5）造成事故的原因是人为的6）后果（3）道路交通事故的原因1）人的原因2）车辆的原因3）道路与环境的原因（4）道路交通事故的危害和预防4.1.2 预防交通事故的措施（1）改善道路交通环境和汽车安全性能及结构方面1）兴建有完善安全设施的新型公路2）改进车辆结构性能，防止因车辆设计或制造上的缺陷而导致的事故3）加强车辆安全性能的检验和维护工作（2）在管理方面应采取的主要措施有1）制订完善的交通法规，强调法制，按全国统一的法规和条例维持正常的交通秩序。2）组织全国统一的交通管理指挥机构，完善交通管理体制，统一筹划，协调工作。4.1.4 新车的接收与使用前的准备新车在接收和使用前还应做好以下几项工作：1）接收新车时应按合同和说明书的规定，对照车辆清单或装箱单进行验收，清点随车工具及附件等。2）新车在投入使用前，应进行一次全面检查，重点检查车辆是否缺件、损坏及有无制造质量等问题3）新型车辆在投入使用前，运输单位应组织驾驶员和维修工进行培训4）新车投入使用前，应建立车辆技术档案5）应严格按走合期的各项规定，进行新车的走合运行6）严格按制造厂技术要求使用车辆4.1.5 车辆装备、装载与安全（1）汽车结构、装备与行车安全1）汽车的视野与行车安全2）汽车的灯光与行车安全3）汽车的安全装备与行车安全汽车上常常采用的安全装备有：安全带、安全气囊、安全玻璃、安全枕、安全转向柱和安全门等。（2）车辆的装载与行车安全汽车的装载包括两方面的含义，一是指载货，二是指载人。严格按汽车货物运输规则和道路交通管理条例有关规定，正确、合理地装载，是汽车安全使用的重要环节。1）货物装载对车辆安全和技术性能的影响货物固定不良装载超重装载超高装载偏斜装载超长超宽（3）运输超大笨重货物时的安全（4）机动车载客的安全4.1.6 汽车安全行驶与日常维护（1）汽车的安全行驶1）车辆起步上车前先检查汽车前后和车下是否有人或障碍物,货物是否装好。2）合理选择车速车速的快慢是相对而言的，高速行车与安全行车的根本区别，不在于车速的快慢，而在于当时车速是否危及到行车安全。3）车辆间的安全间距合适的安全间距基本上由后车的速度、制动时的减速度和后车驾驶员的反应时间来确定。4）会车和超车一般来说，车速越快，侧向安全间距应留得越大，如果拖带挂车，间距应该更大一些。5）车辆掉头和倒车时的安全（2）车辆的日常维护与安全车辆的日常维护工作对确保行驶安全、延长车辆的使用寿命、降低运行消耗具有重要意义。4.2 汽车的制动性4.2.1 基本概念汽车制动性能，是指汽车在行驶时能在短距离停车且维持行驶方向稳定性和在下长坡时能维持一定车速的能力。另外也包括在一定坡道能长时间停放的能力。汽车制动时方向稳定性常用制动时汽车按给定路径行驶的能力来评价。制动时汽车方向稳定性，是指汽车制动过程中不发生跑偏、侧滑以及失去转向能力的性能。4.2.2 汽车制动时车轮受力分析（1）地面制动力、制动器制动力和附着力（4.1）（4.2）（4.3）（4.4）（4.5）图4.2 地面制动力、车轮制动力及附着力的关系当制动踏板力上升到一定值时，地面制动力Fb达到最大地面制动力Fbmax=,车轮开始抱死不转而出现拖滑现象。随着制动踏板力以及制动管路压力的继续升高，制动器制动力F继续增加，直至踏板最大行程，但是地面制动力Fb不再增加。汽车地面制动力Fb取决于制动器制动力F，同时又受到地面附着力 的闲置。只有当制动器制动力F足够大，而且地面又能够提供足够大的附着力 ，才能获得足够大的地面制动力。（2）地面附着系数一般用滑动率s描述制动过程中轮胎滑移成分的多少，即（4.6）（4.7）（4.8）（4.9）一般将地面制动力与地面法向反作用力Fz（平直道路为垂直载荷）之比成为制动力系数 。它是滑动率s的函数（见图4.3）。由图可知，当s较小时，近似为s的现行函数，随着s的增加 急剧增加。当 趋近于 时，随着s的增加，增加缓慢，直到达到最大值 。通常 被称为峰值附着系数。很多试验表明，=15%25%。然后，随着s继续增加，开始下降，直至s=100%,=。通常 被称为滑动附着系数。滑动率s越小，侧偏力系数 越大。图4.3 制动力系数 与滑动率s之间的关系图4.5 制动力系数 与滑动率s的关系图4.6 制动力系数 与法向反作用力Fz之间的关系图4.7 滑动附着系数 与汽车行驶速度之间的关系4.2.3 汽车制动效能汽车制动效能是指汽车迅速降低车速直至停车的能力。汽车制动效能的评价指标是制动距离S（单位m）和制动减速度（单位m/s2）。制动距离S是指汽车以给定的初速ua0，从踩到制动踏板至汽车停住所行驶的距离。（1）制动力和制动减速度（4.10）（4.11）（2）制动效能的恒定性制动器抗热衰退性能一般用一系列连续制动的制动效能保持程度进行评价。为了满足有关标准对抗热衰退性能的要求，汽车应以规定车速连续，规定的制动的踏板力实施15次制动（制动强度为3 m/s2）,最后制动效能不低于冷试验效能（5.8 m/s2）的60。（4.12）（4.13）（4.14）前轮失去转向能力，是指制动时汽车不再按原来弯道行驶而沿切线方向驶出或者汽车直线行驶时转动转向盘仍按直线行驶的现象。（1）制动跑偏汽车制动跑偏有两个主要原因：因制造或调整误差造成汽车左、右车轮，特别是左、右前轮制动器制动力不相等；因结构设计原因，使汽车制动时悬架受力状态发生变化，造成悬架导向杆系在运动学上不协调。图4.8 汽车制动跑偏受力示意图图4.9（2）制动时后轴侧滑和前轴转向能力丧失的问题实验结果分析表明：制动时若后轴比前轴先抱死拖滑，就可能发生后轴侧滑。若前、后轴同时抱死，或者前轴先抱死而后轴抱死或不抱死，则能防止汽车后轴侧滑，但是汽车丧失转向能力。图4.10 汽车侧滑趋势的分析（a）前轴侧滑；（b）后轴侧滑4.3 汽车的操纵稳定性4.3.1 基本概念汽车操纵稳定性，是指在驾驶员在不感觉过分紧张、疲劳的条件下，汽车能按照驾驶员通过转向系及转向车轮给定的方向（直线或转弯）行驶；且当受到外界干扰（路不平、侧风、货物或乘客偏载）时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的性能。4.3.2 人-车闭环系统图4.11 人-车闭环系统简图4.3.3 试验评价方法汽车操纵稳定性试验评价有主观评价和客观评价两种方法。汽车本身特性的开环系统只能采用客观评价法。人车闭路系统的试验常同时采用客观评价与主观评价两种方法。汽车是由人来驾驶的，因此主观评价法始终是操纵稳定性的最终评价方法。4.3.4 轮胎侧偏特性轮胎侧偏特性是轮胎的重要力学特性。侧偏特性主要是指侧偏力、回正力矩与侧偏角间的关系，它是研究汽车操纵稳定性的基础。（1）轮胎的坐标系图4.12 轮胎坐标系及地面反作用力和力矩（2）轮胎侧偏现象图4.13 侧向用力下刚性车轮的滚动方向4.3.5 用地面切向反作用力控制转向特性汽车在低附着系数如冰雪路面上以一定初速度按圆周行驶，固定转向盘转角的稳态转向特性试验显示，前轮驱动汽车有强不足转向特性而后轮驱动汽车有过度转向特性，而4轮驱动（4WD）汽车的横摆角速度则没有明显变化，即有不足转向特性。这表明，采用电子控制方式控制4WD汽车前、后驱动轮上驱动力分配的比例，就可以改变汽车的转向特性，即控制汽车的曲线运动。ABS就是总制动力控制，是采用抑制过大的制动力，以保证较佳的滑动率，提高制动时的方向稳定性。车轮驱动滑转率过大时，也会丧失侧向的稳定性。为了限制总驱动力的“驱动控制系统”（Traction Control System，缩写为TCS或ASR），以提高驱动时汽车的方向稳定性。（4.15）图4.14 直接横摆力偶矩控制提高转弯行驶4.3.6 提高操纵稳定性的电子控制系统4.3.7 电子控制系统中最主要的有（1）四轮转向系统（Four Wheel Steering System，缩写为4WS）（2）车辆稳定性控制系统（Vehicle Stability Control System，缩写为VSC）、车辆动力学控制系统（Vehicle Dynamics Control System，缩写VDC）及电子稳定性程序（Electronic Stability Program，简称ESP）（4.16）（4.17）这类系统是以ABS为基础发展而成的，系统主要在大侧向加速度、大侧偏角的极限工况下工作。它利用左、右两侧制动力之差产生的横摆力偶矩来防止出现难以控制的侧滑现象，如在弯道行驶中因前轴侧滑而失去路径跟踪能力的驶出（Drift Out）现象及后轴侧滑甩尾而失去稳定性的激转（Spin）现象等危险工况。图4.15 汽车电子稳定控制系统程序（ESP）工作原理4.4 汽车的被动安全性汽车安全性一般分为主动安全性、被动安全性、事后安全性和生态安全性。汽车主动安全性，是指汽车本身防止或减少道路交通事故发生的性能。汽车被动安全性，是指交通事故发生后，汽车本身减轻人员伤害和货物损失的能力。事后安全性，是指汽车能减轻事故后果的性能。生态安全性，是指发动机排气污染、汽车行驶噪声和电磁波对环境的影响。4.4.1 车辆事故分析和被动安全性的评价方法4.4.2 内部被动安全性（1）减小惯性载荷（2）限制乘员位移在限位装置中，最简单有效的是安全制带。（3）消除部件致伤因素（4.18）4.4.3 外部被动安全性（1）轿车与行人的碰撞在轿车与行人碰撞过程中，首先行人腿部撞到保险杠上，然后骨盆与发动机罩前端接触，最后头部撞到发动机罩或挡风玻璃上。这时行人被加速到车速，这就是所谓的“一次碰撞”，车速越高，头部撞击点越靠近挡风玻璃。由于汽车制动使行人与汽车分离，行人以与碰撞速度相近的速度摔到路上，这是“二次碰撞”。有的事故中还发生行人被汽车碾压，这是“三次碰撞”。（2）载货汽车的外部被动安全性4.4.4 被动安全性试验（1）新车为何进行碰撞安全性能试验美国、欧洲和日本都制订了相关的乘员碰撞保护安全法规。但是，这些安全法规仅是这些国家或区域国家政府管理部门对汽车产品安全性的最低要求，而汽车生产企业追求的却是行业上公认的NCAP（New Car Assessment Program），中文称为新车评估计划。尽管NCAP不是政府强制性实验，但由于它代表性广泛，标准科学，试验严格，组织公正，直接面向消费者公布试验结果，通过碰撞测试向消费者表示什么汽车是安全的或是最安全的。因此各大汽车企业都非常重视NCAP，把它作为汽车开发的重要评估依据。NCAP的碰撞测试成绩通过星级（）表示，共有五个星级，星级越高表示该车的碰撞安全性能越好，达到33分为满分：称为五星级，分数3340分，表示乘员严重伤害的概率小于或等于10%；称为四星级，分数2532分，表示乘员严重伤害的概率为11%20%；称为三星级，分数1724分，表示乘员严重伤害的概率为21%35%；称为二星级，分数916分，表示乘员严重伤害的概率为36%45%；称为一星级，分数18分，表示乘员严重伤害的概率等于或大于46%。另外，汽车碰撞试验不但是检验对车上乘员的安全保护程度，也要检验车辆对行人的安全保护程度。因此，近年NCAP也将汽车对行人保护程度划分为4星级：分数为2836分；分数为1927分；分数为1018分；分数为19分。（2）汽车碰撞试验需注意的几个问题1）汽车碰撞实验数据的有效性2）汽车碰撞实验的权威性3）汽车碰撞试验的种类4）汽车碰撞的冲击力和伤害（3）汽车碰撞测试的重要性1）了解被动安全系统对乘员的保护性，最直接有效的方法就是实车碰撞测试2）实车碰撞从早期的前方碰撞，慢慢发展出测向碰撞、后方碰撞、翻滚测试、两车对撞及各种角度撞击测试；透过假人与高速摄影机系统，工程师可对碰撞发生过程作更深入的研究。（4）试验碰撞种类1）实车碰撞法最常用的是对固定壁撞车，碰撞速度一般为50 km/h。根据试验目的的不同，也可采用可动壁撞静止车辆的方法，或以车撞车的方法。2）模型撞车法3）部件试验4）试验用模拟人