汽车性能及评价指标.ppt

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1、第二章第二章 汽车性能及评价指标汽车性能及评价指标2.1 汽车的动力性汽车的动力性2.2 汽车燃油经济性及评价指标汽车燃油经济性及评价指标2.3 汽车行驶的安全性汽车行驶的安全性2.4 汽车的平顺性汽车的平顺性2.5 汽车的通过性汽车的通过性2.6 汽车排放污染及其控制指标汽车排放污染及其控制指标2.7 汽车使用性能量标汽车使用性能量标 2.1 汽车的动力性汽车的动力性汽车的动力性系指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到汽车的动力性系指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。2.1.1 汽车的动力性指标汽车的动力性

2、指标从获得尽可能高的平均行驶速度的观点出发，汽车的动力性从获得尽可能高的平均行驶速度的观点出发，汽车的动力性主要可由三方面的指标来评定，即：主要可由三方面的指标来评定，即：1汽车的最高车速。汽车的最高车速。最高车速是指在水平良好的路面（混凝土或沥青）上汽车能最高车速是指在水平良好的路面（混凝土或沥青）上汽车能达到的最高行驶车速，单位为达到的最高行驶车速，单位为km/h。其行驶方程式为：。其行驶方程式为：下-页 返回 2.1 汽车的动力性汽车的动力性 2汽车的加速时间汽车的加速时间表示汽车加速的能力。常用原地起步加速时间与超车加速时表示汽车加速的能力。常用原地起步加速时间与超车加速时间来表明汽车

3、的加速能力。原地加速时间指汽车由间来表明汽车的加速能力。原地加速时间指汽车由I挡或挡或挡挡起步，并以最大的加速强度（包括选择适当的换挡时机）逐起步，并以最大的加速强度（包括选择适当的换挡时机）逐步换挡至最高挡后达到某一高速所需的时间。步换挡至最高挡后达到某一高速所需的时间。超车加速时间指用最高挡或次高挡由某一较低车速全力加速超车加速时间指用最高挡或次高挡由某一较低车速全力加速到某一高速所需的时间。对超车加速能力还没有一致的规定，到某一高速所需的时间。对超车加速能力还没有一致的规定，采用较多的是用最高挡或次高挡由采用较多的是用最高挡或次高挡由30 km/h或或40 km/h全力加速行驶至某一高速

4、所需的时间。全力加速行驶至某一高速所需的时间。3汽车能爬上的最大坡度汽车能爬上的最大坡度上-页 下-页 返回 2.1 汽车的动力性汽车的动力性汽车的上坡能力是用满载时（或某一质量）汽车在良好路面汽车的上坡能力是用满载时（或某一质量）汽车在良好路面上行驶的最大坡度表示的。道路坡度是以坡高上行驶的最大坡度表示的。道路坡度是以坡高h与坡长与坡长s之比之比来表示的，即：来表示的，即：2.1.2 汽车的受力及行驶条件汽车的受力及行驶条件1汽车的驱动力汽车的驱动力发动机输出的转矩，经传动系传至车轮，产生驱动力矩发动机输出的转矩，经传动系传至车轮，产生驱动力矩F0该该力矩使轮胎支撑面上产生沿地面向后的作用力

5、力矩使轮胎支撑面上产生沿地面向后的作用力F0，同时地面，同时地面上-页 下-页 返回 2.1 汽车的动力性汽车的动力性给驱动轮一反作用力给驱动轮一反作用力F0，这反作用力推动汽车前进，称为汽，这反作用力推动汽车前进，称为汽车的驱动力。车的驱动力。一般用发动机外特性确定的驱动力与车速之间的函数关系曲一般用发动机外特性确定的驱动力与车速之间的函数关系曲线线F-Ua来全面表示汽车的驱动力，称为汽车的驱动力图。来全面表示汽车的驱动力，称为汽车的驱动力图。2汽车的行驶阻力汽车的行驶阻力(1)滚动阻力滚动阻力Ff。滚动阻力是车轮在地面上滚动时产生的阻力，。滚动阻力是车轮在地面上滚动时产生的阻力，主要由轮胎

6、沿路面滚动时，轮胎变形所引起的阻力组成，还主要由轮胎沿路面滚动时，轮胎变形所引起的阻力组成，还包括路面变形所引起的阻力、路面不平整所引起的冲击阻力包括路面变形所引起的阻力、路面不平整所引起的冲击阻力以及轮毂轴承的摩擦阻力等。以及轮毂轴承的摩擦阻力等。上-页 下-页 返回 2.1 汽车的动力性汽车的动力性车轮滚动时，轮胎与路面的接触区域产生法向、切向的相互车轮滚动时，轮胎与路面的接触区域产生法向、切向的相互作用力以及相应的轮胎和支承路面的变形，当弹性车胎在硬作用力以及相应的轮胎和支承路面的变形，当弹性车胎在硬路面上滚动时，车胎的变形是主要的。路面上滚动时，车胎的变形是主要的。迟滞损失是指轮胎在硬

7、支撑路面上受径向载荷发生变形，加迟滞损失是指轮胎在硬支撑路面上受径向载荷发生变形，加载变形时所需的能量大于卸载变形时释放出来的能量，即加载变形时所需的能量大于卸载变形时释放出来的能量，即加载与卸载过程之能量损失。载与卸载过程之能量损失。图图2-4为一轮胎在硬支承路面上受径向载荷时的变形曲线。为一轮胎在硬支承路面上受径向载荷时的变形曲线。图中图中OCA为加载变形曲线，面积为加载变形曲线，面积OCA BO为加载过程中对轮为加载过程中对轮胎做的功；胎做的功；ADE为卸载变形曲线，面积为卸载变形曲线，面积ADEBA为卸载过程为卸载过程中轮胎恢复变形放出的功，两面积之差中轮胎恢复变形放出的功，两面积之差

8、OCADEO即为迟滞损即为迟滞损失。失。上-页 下-页 返回 2.1 汽车的动力性汽车的动力性进一步分析，这种迟滞损失表现为阻碍车轮滚动的一种阻力进一步分析，这种迟滞损失表现为阻碍车轮滚动的一种阻力偶。当车轮不滚动时，地面对车轮的法向反作用力的分布是偶。当车轮不滚动时，地面对车轮的法向反作用力的分布是前后对称的；前后对称的；欲使从动轮在硬路面上等速滚动，必须在车轮中心加一推力，欲使从动轮在硬路面上等速滚动，必须在车轮中心加一推力，它与地面切向反作用力构成一力偶矩来克服上述滚动力偶矩，它与地面切向反作用力构成一力偶矩来克服上述滚动力偶矩，见见图图2-5(b)。由平衡条件得：。由平衡条件得：上-页

9、 下-页 返回 2.1 汽车的动力性汽车的动力性可见，滚动阻力系数使车轮在一定条件下滚动时所需之推力可见，滚动阻力系数使车轮在一定条件下滚动时所需之推力与车轮负荷之比，即单位汽车重力所需之推力。换言之，滚与车轮负荷之比，即单位汽车重力所需之推力。换言之，滚动阻力等于滚动阻力系数与车轮负荷之乘积，即：动阻力等于滚动阻力系数与车轮负荷之乘积，即：滚动阻力系数与路面的种类、行驶车速以及轮胎的构造、材滚动阻力系数与路面的种类、行驶车速以及轮胎的构造、材料、气压等有关。行驶车速对滚动阻力系数影响很大。斜交料、气压等有关。行驶车速对滚动阻力系数影响很大。斜交轮胎和子午线轮胎这两种轮胎在车速轮胎和子午线轮胎

10、这两种轮胎在车速100 km/h以下时，滚以下时，滚动阻力系数逐渐增加但变化不大；在某一车速（如动阻力系数逐渐增加但变化不大；在某一车速（如140 km/h）以上时增长较快，见）以上时增长较快，见图图2-7。上-页 下-页 返回 2.1 汽车的动力性汽车的动力性驱动力系数对滚动阻力系数有影响，驱动力系数即驱动力与驱动力系数对滚动阻力系数有影响，驱动力系数即驱动力与径向载荷之比。驱动状态下的轮胎，作用有驱动力矩，胎面径向载荷之比。驱动状态下的轮胎，作用有驱动力矩，胎面对于地面有一定程度的滑动，增加了轮胎滚动时的能量损耗。对于地面有一定程度的滑动，增加了轮胎滚动时的能量损耗。在转弯行驶时，轮胎发生

11、侧偏现象，滚动阻力大幅度增加。在转弯行驶时，轮胎发生侧偏现象，滚动阻力大幅度增加。但在一般的动力性分析中，常不考虑由转弯增加的阻力。但在一般的动力性分析中，常不考虑由转弯增加的阻力。(2)空气阻力。汽车行驶时，汽车与空气间形成相对运动，空空气阻力。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。空气作用在汽车上沿其行驶方向上的分力，称为空气阻力。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上的分力，称为压力阻力；二是具有黏力的合力在行驶方向上的分力，称为压力阻力；二是具有黏

12、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。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。上-页 下-页 返回 2.1 汽车的动力性汽车的动力性压力阻力又分为四部分：形状阻力、干扰阻力、内循环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的形状，占压力阻力的大和诱导阻力。形状阻力取决于车身的形状，占压力阻力的大部分；干扰阻力是车身表面突出物引起的阻力；内循环阻力部分；干扰阻力是车身表面突出物引起的阻力；内循环阻力是发动机冷却系统、车内通风等所需空气流经车体内部时构是发动机冷却系统、车内通风等所需空气流经车体内部时构成的阻力；诱导阻力是空

13、气升力在水平方向的分力。成的阻力；诱导阻力是空气升力在水平方向的分力。汽车行驶时空气阻力计算公式：汽车行驶时空气阻力计算公式：(3)坡度阻力。汽车上坡时，汽车重心沿坡道的分力称坡道阻坡度阻力。汽车上坡时，汽车重心沿坡道的分力称坡道阻力，见力，见图图2-10，即：，即：上-页 下-页 返回 2.1 汽车的动力性汽车的动力性(4)加速阻力。汽车加速行驶时，需要克服其质量加速运动时加速阻力。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。产生的惯性力，称为加速阻力。为了计算方便，一般将加速时旋转质量惯性力矩转化为平移为了计算方便，一般将加速时旋转质量惯性力矩转化为平移质量的惯性力

14、，并以质量的惯性力，并以作为换算系数。汽车加速时阻力为：作为换算系数。汽车加速时阻力为：一般进行汽车动力性计算时，汽车的旋转质量只考虑发动机一般进行汽车动力性计算时，汽车的旋转质量只考虑发动机飞轮和车轮的转动惯量，其他旋转质量影响较小，可予以忽飞轮和车轮的转动惯量，其他旋转质量影响较小，可予以忽略。略。上-页 下-页 返回 2.1 汽车的动力性汽车的动力性 3汽车行驶的条件汽车行驶的条件 汽车在行驶时必须满足方程：汽车在行驶时必须满足方程：只有满足上式，汽车才能加速行驶，当上式加速阻力为零时，只有满足上式，汽车才能加速行驶，当上式加速阻力为零时，汽车保持匀速行驶。即汽车行驶的条件是驱动力必须大

15、于或汽车保持匀速行驶。即汽车行驶的条件是驱动力必须大于或等于滚动阻力、上坡阻力和空气阻力，即：等于滚动阻力、上坡阻力和空气阻力，即：上-页 下-页 返回 2.1 汽车的动力性汽车的动力性地面对轮胎切向反作用力的极限值称为附着力，它与驱动轮地面对轮胎切向反作用力的极限值称为附着力，它与驱动轮法向反作用力成正比，写成：法向反作用力成正比，写成：汽车的附着力决定于附着系数以及地面作用于驱动轮的法向汽车的附着力决定于附着系数以及地面作用于驱动轮的法向反作用力。附着率是指汽车在直线行驶状况下，充分发挥驱反作用力。附着率是指汽车在直线行驶状况下，充分发挥驱动力作用时要求的最低附着系数。动力作用时要求的最低

16、附着系数。影响附着力和附着系数的因素很多。影响附着力和附着系数的因素很多。(1)附着载荷。一般情况下，附着力与附着载荷成正比。附着载荷。一般情况下，附着力与附着载荷成正比。(2)轮胎气压。随着轮胎气压的降低，轮胎与地面间接触面积轮胎气压。随着轮胎气压的降低，轮胎与地面间接触面积增加，轮胎与地面的微细起伏有了更好的吻合，附着情况得增加，轮胎与地面的微细起伏有了更好的吻合，附着情况得到了改善。到了改善。上-页 下-页 返回 2.1 汽车的动力性汽车的动力性(3)轮胎尺寸、轮胎结构以及轮胎花纹。轮胎直径与宽度增加，轮胎尺寸、轮胎结构以及轮胎花纹。轮胎直径与宽度增加，可增加支撑面积，改善附着性能。可增

17、加支撑面积，改善附着性能。(4)车速。随着车速提高，附着系数一般都要下降。车速。随着车速提高，附着系数一般都要下降。2.1.3 汽车的动力性分析及其影响因素汽车的动力性分析及其影响因素 1动力特性图动力特性图 由汽车行驶方程整理得：由汽车行驶方程整理得：汽车在各挡下的动力因素与车速的关系曲线称为动力特性图，汽车在各挡下的动力因素与车速的关系曲线称为动力特性图，见见图图2-11。上-页 下-页 返回 2.1 汽车的动力性汽车的动力性2驱动力一行驶阻力平衡图驱动力一行驶阻力平衡图汽车匀速行驶过程中，驱动力总是与行驶阻力平衡，即：汽车匀速行驶过程中，驱动力总是与行驶阻力平衡，即：该公式反映了汽车行驶

18、时驱动力与行驶阻力间的平衡关系，该公式反映了汽车行驶时驱动力与行驶阻力间的平衡关系，也称为驱动力阻力平衡方程式。也称为驱动力阻力平衡方程式。为了清楚和形象地表达汽车行驶时的受力及平衡关系，常将为了清楚和形象地表达汽车行驶时的受力及平衡关系，常将汽车行驶方程式用图解法来进行分析。汽车行驶方程式用图解法来进行分析。图图2-12所示为一具所示为一具有四挡变速器汽车的驱动力阻力平衡图。有四挡变速器汽车的驱动力阻力平衡图。上-页 下-页 返回 2.1 汽车的动力性汽车的动力性3汽车功率平衡图汽车功率平衡图汽车行驶时，不仅驱动力和行驶阻力平衡，发动机功率和汽汽车行驶时，不仅驱动力和行驶阻力平衡，发动机功率

19、和汽车行驶阻力功率也总是平衡的。车行驶阻力功率也总是平衡的。平衡方程式：平衡方程式：根据功率平衡方程式绘出功率平衡图，见根据功率平衡方程式绘出功率平衡图，见图图2-13。4影响汽车动力性的因素影响汽车动力性的因素(1)发动机参数。发动机的外特征、最大功率和最大扭矩对汽发动机参数。发动机的外特征、最大功率和最大扭矩对汽车动力性影响最大。车动力性影响最大。上-页 下-页 返回 2.1 汽车的动力性汽车的动力性(2)传动系参数。传动系的机械效率越高，传动损失功率越小，传动系参数。传动系的机械效率越高，传动损失功率越小，发动机功率更多地转变为驱动力，增强汽车动力性；主减速器的发动机功率更多地转变为驱动

20、力，增强汽车动力性；主减速器的传动比，当选择到汽车最高车速相当于发动机最大功率点的车速传动比，当选择到汽车最高车速相当于发动机最大功率点的车速时，最高车速最大的；变速器的时，最高车速最大的；变速器的I挡的传动比直接影响汽车的原地挡的传动比直接影响汽车的原地起步加速性能和最大爬坡度；变速器挡位多，增加了发动机发挥起步加速性能和最大爬坡度；变速器挡位多，增加了发动机发挥最大功率附近高功率的机会，提高了汽车的加速性能和爬坡能力。最大功率附近高功率的机会，提高了汽车的加速性能和爬坡能力。(3)车身设计。汽车在高速行驶时，空气阻力在各种阻力占很大的车身设计。汽车在高速行驶时，空气阻力在各种阻力占很大的比

21、重。比重。(4)汽车质量。汽车质量增大，行驶阻力增加，动力因数降低，汽汽车质量。汽车质量增大，行驶阻力增加，动力因数降低，汽车动力性下降。车动力性下降。(5)轮胎。轮胎的型式、花纹以及气压对汽车的动力性都有影响。轮胎。轮胎的型式、花纹以及气压对汽车的动力性都有影响。上-页 下-页 返回 2.1 汽车的动力性汽车的动力性(6)保养与调整。正确保养与调整有利于保证发动机技术状况，保养与调整。正确保养与调整有利于保证发动机技术状况，确保发动机的功率、转矩，以及底盘的技术状况良好。确保发动机的功率、转矩，以及底盘的技术状况良好。(7)行驶的条件。路面的状况和气候也影响汽车的动力性。行驶的条件。路面的状

22、况和气候也影响汽车的动力性。上-页 返回2.2 汽车燃油经济性及评价指标汽车燃油经济性及评价指标2.2.1 汽车燃油经济性汽车燃油经济性在保证动力性的条件下，汽车以尽量少的燃油消耗量经济行在保证动力性的条件下，汽车以尽量少的燃油消耗量经济行驶的能力，称作汽车的燃油经济性。驶的能力，称作汽车的燃油经济性。汽车燃油经济性的评价指标汽车燃油经济性的评价指标汽车的燃油经济性常用一定运行工况下汽车行驶百公里的燃汽车的燃油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或一定燃油能使汽车行驶的里程来衡量。油消耗量或一定燃油能使汽车行驶的里程来衡量。在我国及欧洲，燃油经济性指标的单位为在我国及欧洲，燃油经

23、济性指标的单位为L/100 km，即行，即行驶驶100 km所消耗的燃油升数。所消耗的燃油升数。使用燃油经济性常用等速百公里燃油消耗量来评价，即汽车使用燃油经济性常用等速百公里燃油消耗量来评价，即汽车在额定载荷下，以最高挡在水平良好路面上行驶在额定载荷下，以最高挡在水平良好路面上行驶100 km的的燃油消耗量。燃油消耗量。下-页 返回2.2 汽车燃油经济性及评价指标汽车燃油经济性及评价指标 欧洲经济委员会欧洲经济委员会(ECE)规定，要测量车速为规定，要测量车速为90 km/h和和120 km/h的等速百公里燃油消耗量和按的等速百公里燃油消耗量和按ECE-R15循环循环工况的百公里燃油消耗量，

24、并各取工况的百公里燃油消耗量，并各取1/3相加作为混合百公里相加作为混合百公里燃油消耗量来评定汽车的燃油经济性。燃油消耗量来评定汽车的燃油经济性。等速百公里燃油消耗量可由发动机每小时耗油量和平均车速等速百公里燃油消耗量可由发动机每小时耗油量和平均车速确定：确定：由发动机原理可知，发动机的有效耗油率为：由发动机原理可知，发动机的有效耗油率为：上-页 下-页 返回2.2 汽车燃油经济性及评价指标汽车燃油经济性及评价指标 综合上两式可得：综合上两式可得：总结得：总结得：2.2.3 影响汽车燃油经济性的主要因素影响汽车燃油经济性的主要因素上-页 下-页 返回2.2 汽车燃油经济性及评价指标汽车燃油经济

25、性及评价指标1汽车发动机对燃油经济性的影响汽车发动机对燃油经济性的影响发动机的压缩比、燃烧室形状、空然比、点火时间以及发动发动机的压缩比、燃烧室形状、空然比、点火时间以及发动机的负荷率均会对汽车的燃油经济性产生重要影响。机的负荷率均会对汽车的燃油经济性产生重要影响。2汽车整车结构对燃油经济性的影响汽车整车结构对燃油经济性的影响(1)整车质量与尺寸。汽车总质量与尺寸对加速阻力、滚动阻整车质量与尺寸。汽车总质量与尺寸对加速阻力、滚动阻力和空气阻力都有影响。力和空气阻力都有影响。(2)轮胎。轮胎的结构、帘线和橡胶的品种对滚动阻力都有影轮胎。轮胎的结构、帘线和橡胶的品种对滚动阻力都有影响。子午线轮胎的

26、综合性能最好，与一般的斜交轮胎相比要响。子午线轮胎的综合性能最好，与一般的斜交轮胎相比要节油节油6%8%，见，见图图2-17。3使用保养对燃油经济性的影响使用保养对燃油经济性的影响(1)车速。汽车在接近于低俗的中等车速时燃油消耗量最低，车速。汽车在接近于低俗的中等车速时燃油消耗量最低，高速行车时随车速增加高速行车时随车速增加Qs迅速加大，见迅速加大，见图图2-18。上-页 下-页 返回2.2 汽车燃油经济性及评价指标汽车燃油经济性及评价指标(2)挡位的选择。在同一道路条件和车速下，虽然发动机发出挡位的选择。在同一道路条件和车速下，虽然发动机发出的功率相同，但档位越低，后备功率越大，发动机的负荷

27、率的功率相同，但档位越低，后备功率越大，发动机的负荷率越低，燃油消耗率越高，百公里燃油消耗量就越大，而使用越低，燃油消耗率越高，百公里燃油消耗量就越大，而使用高挡位的情况则相反。高挡位的情况则相反。(3)保养。正确的保养有利于保证汽车的技术状况，降低汽车保养。正确的保养有利于保证汽车的技术状况，降低汽车行驶阻力。行驶阻力。上-页 返回2.3 汽车行驶的安全性汽车行驶的安全性从全世界的统计数字上看，我国是世界上交通事故最多的国从全世界的统计数字上看，我国是世界上交通事故最多的国家之一。交通事故不仅造成巨额的直接经济损失，而且导致家之一。交通事故不仅造成巨额的直接经济损失，而且导致残疾人口上升和家

28、庭不幸等诸多社会问题。残疾人口上升和家庭不幸等诸多社会问题。汽车安全性分为主动安全和被动安全。汽车安全性分为主动安全和被动安全。汽车主动安全是指汽车防止碰撞事故发生的能力，主要包括汽车主动安全是指汽车防止碰撞事故发生的能力，主要包括汽车的制动性能和操纵稳定等性能。汽车的制动性能和操纵稳定等性能。汽车的被动安全性是指发生事故时，汽车保护乘员以及行人汽车的被动安全性是指发生事故时，汽车保护乘员以及行人的能力。的能力。2.3.1 汽车的制动性汽车的制动性1制动性的评价指标制动性的评价指标下-页 返回2.3 汽车行驶的安全性汽车行驶的安全性(1)制动效能，一般用制动距离与制动减速度表示，指汽车在良制动

29、效能，一般用制动距离与制动减速度表示，指汽车在良好路面上，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汽车的减速度。汽车的减速度。(2)制动效能的恒定性，指抗热衰退性能和抗水衰退性能。其中，制动效能的恒定性，指抗热衰退性能和抗水衰退性能。其中，抗热衰退性能指汽车高速行驶或下长坡连续制动时制动效能保抗热衰退性能指汽车高速行驶或下长坡连续制动时制动效能保持的程度；抗水衰退性能，指汽车涉水后对制动效能的保持能持的程度；抗水衰退性能，指汽车涉水后对制动效能的保持能力。力。(3)制动时汽车的方向稳定性制动时汽车的方向稳定性制动跑偏，是指汽车在行驶制动

30、时自动向左或向右偏驶的现象。制动跑偏，是指汽车在行驶制动时自动向左或向右偏驶的现象。上-页 下-页 返回2.3 汽车行驶的安全性汽车行驶的安全性侧滑，是指汽车在行驶制动时汽车的某一轴或两轴发生横向侧滑，是指汽车在行驶制动时汽车的某一轴或两轴发生横向位移。位移。失去转向能力，是指弯道制动时汽车不再按照原来的弯道行失去转向能力，是指弯道制动时汽车不再按照原来的弯道行驶而沿弯道切线方向驶出；直线制动时，虽然转动转向盘但驶而沿弯道切线方向驶出；直线制动时，虽然转动转向盘但汽车仍然按直线方向行驶的现象。汽车仍然按直线方向行驶的现象。2制动力学制动力学(1)制动时车轮的受力。汽车在制动时，车轮同时受到地面

31、制制动时车轮的受力。汽车在制动时，车轮同时受到地面制动力、制动器制动力以及地面附着力三个力的影响，见动力、制动器制动力以及地面附着力三个力的影响，见图图2-20。上-页 下-页 返回2.3 汽车行驶的安全性汽车行驶的安全性地面制动力取决于两个摩擦副的摩擦力：一个是制动器内制地面制动力取决于两个摩擦副的摩擦力：一个是制动器内制动摩擦片与制动鼓或制动盘间的摩擦力，一个是轮胎与地面动摩擦片与制动鼓或制动盘间的摩擦力，一个是轮胎与地面间的摩擦力一附着力。间的摩擦力一附着力。(2)附着系数。车轮在运动时不仅有滚动和抱死拖滑两种状态，附着系数。车轮在运动时不仅有滚动和抱死拖滑两种状态，还包括从纯滚动到抱死

32、拖滑这样一个渐变过程，大概可分成还包括从纯滚动到抱死拖滑这样一个渐变过程，大概可分成三个阶段，见三个阶段，见图图2-22。第一阶段，车轮印痕的形状与轮胎胎面花纹基本上一致，车第一阶段，车轮印痕的形状与轮胎胎面花纹基本上一致，车轮还接近于单纯的滚动，可认为：轮还接近于单纯的滚动，可认为：上-页 下-页 返回2.3 汽车行驶的安全性汽车行驶的安全性第二阶段，轮胎花纹的印痕可以分辨出来，但花纹逐渐模糊，第二阶段，轮胎花纹的印痕可以分辨出来，但花纹逐渐模糊，轮胎不只是单纯的滚动，胎面与地面发生一定程度的相对滑轮胎不只是单纯的滚动，胎面与地面发生一定程度的相对滑动，即车轮处于边滚边滑的状态，此时：动，即

33、车轮处于边滚边滑的状态，此时：第三阶段，形成一条粗黑的印痕，车轮被制动器抱住，在路第三阶段，形成一条粗黑的印痕，车轮被制动器抱住，在路面上做完全的拖滑，车轮被制动器抱住，在路面上做完全的面上做完全的拖滑，车轮被制动器抱住，在路面上做完全的拖滑，此时：拖滑，此时：上-页 下-页 返回2.3 汽车行驶的安全性汽车行驶的安全性从上述三个阶段可以看出，随着制动强度的加强，车轮滚动从上述三个阶段可以看出，随着制动强度的加强，车轮滚动的成分越来越少，而滑动成分越来越多。一般用滑动率的成分越来越少，而滑动成分越来越多。一般用滑动率s来说来说明这个过程中滑动成分的多少。明这个过程中滑动成分的多少。滑动率滑动率

34、s的定义为：的定义为：上面对滑动率的分析是在假设没有受到侧向力的非条件下进上面对滑动率的分析是在假设没有受到侧向力的非条件下进行的，在实际行驶制动中，轮胎常受到侧向力而侧偏或发生行的，在实际行驶制动中，轮胎常受到侧向力而侧偏或发生侧滑现象。侧滑现象。上-页 下-页 返回2.3 汽车行驶的安全性汽车行驶的安全性(3)汽车制动受力图。汽车在行驶中制动时受力分析，汽车制动受力图。汽车在行驶中制动时受力分析，地面对前、后轮的法向反作用力为：地面对前、后轮的法向反作用力为：(4)制动力的分配。对于一般汽车，前、后轴制动力分配并制动力的分配。对于一般汽车，前、后轴制动力分配并不一样，下面对前后轴制动器制动

35、力具有固定比值的汽车的不一样，下面对前后轴制动器制动力具有固定比值的汽车的制动过程进行分析。制动过程进行分析。上-页 下-页 返回2.3 汽车行驶的安全性汽车行驶的安全性理想制动器制动力分配曲线。在任何轮胎一地面附着系数理想制动器制动力分配曲线。在任何轮胎一地面附着系数之下，汽车在水平路面制动时均能使汽车前、后轴车轮同时之下，汽车在水平路面制动时均能使汽车前、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，通常称为曲线，见器制动力分配曲线，通常称为曲线，见图图2-26。实际制动器制动力分配曲线与同步附着系数。

36、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口常用前轮制动器制动力与汽车实际制动器制动力分配系数口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，即：总制动器制动力之比来表示，即：上-页 下-页 返回2.3 汽车行驶的安全性汽车行驶的安全性同步附着系数的求法：同步附着系数的求法：驻车制动力学。当汽车在坡道角度为驻车制动力学。当汽车在坡道角度为的上坡路上停驻时，的上坡路上停驻时，见见图图2-28，对汽车后轴附着力进行分析得：，对汽车后轴附着力进行分析得：汽车可能停驻的极限上坡路坡道角汽车可能停驻的极限上坡路坡道角ai可根据后轴的附着力与可根据后轴的附着力与上-页 下-页

37、返回2.3 汽车行驶的安全性汽车行驶的安全性制动力相等的条件求得，即：制动力相等的条件求得，即：汽车的操纵稳定性汽车的操纵稳定性汽车的操纵稳定性是指在驾驶者不感到过分紧张、疲劳的条汽车的操纵稳定性是指在驾驶者不感到过分紧张、疲劳的条件下。汽车能遵循驾驶者通过转向系及转向车轮给定的方向件下。汽车能遵循驾驶者通过转向系及转向车轮给定的方向行驶，且当遭遇外界干扰时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行行驶，且当遭遇外界干扰时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。驶的能力。上-页 下-页 返回2.3 汽车行驶的安全性汽车行驶的安全性 1轮胎的力学特性轮胎的力学特性(1)轮胎的坐标系。建立一个坐标系，以车轮平面与

38、地面的交轮胎的坐标系。建立一个坐标系，以车轮平面与地面的交线为轴，方向向前；以车轮自转轴线在地面上的垂直投影线线为轴，方向向前；以车轮自转轴线在地面上的垂直投影线为为y轴，方向向左；轴，方向向左；x轴和轴和y轴的交点为原点轴的交点为原点0，过原点作垂线，过原点作垂线为为z轴，方向向上，建立坐标系，见轴，方向向上，建立坐标系，见图图2-30。(2)轮胎的侧偏特性：轮胎的侧偏特性：侧偏力汽车在行驶过程中，由于地面的侧向倾斜、侧向风侧偏力汽车在行驶过程中，由于地面的侧向倾斜、侧向风或曲线行驶时的离心力等作用，车轮中心沿或曲线行驶时的离心力等作用，车轮中心沿y轴方向将作用有轴方向将作用有侧向力，相应的

39、在地面上产生侧向反作用力，称之为侧偏力。侧向力，相应的在地面上产生侧向反作用力，称之为侧偏力。上-页 下-页 返回2.3 汽车行驶的安全性汽车行驶的安全性侧偏角侧偏角 轮胎接地印迹中心位移方向与轮胎接地印迹中心位移方向与x轴的夹角。轴的夹角。侧偏现象当车轮有侧向弹性时，即使没有达到附着极限，侧偏现象当车轮有侧向弹性时，即使没有达到附着极限，车轮行驶方向亦将偏离车轮平面的方向，这就是轮胎的侧偏车轮行驶方向亦将偏离车轮平面的方向，这就是轮胎的侧偏现象。现象。(3)回正力矩。在车胎发生侧偏时，还会产生作用于车胎绕回正力矩。在车胎发生侧偏时，还会产生作用于车胎绕Oz轴的力矩，见图轴的力矩，见图2-30

40、。回正力矩是由接地面内分布的微。回正力矩是由接地面内分布的微元侧向反力产生的。在车轮滚动时，印迹线不仅与车轮平面元侧向反力产生的。在车轮滚动时，印迹线不仅与车轮平面错开一定的距离，而且转动了一个角度，因而印迹前端离车错开一定的距离，而且转动了一个角度，因而印迹前端离车轮平面近，侧向变形小；印迹后端离车轮平面远，侧向变形轮平面近，侧向变形小；印迹后端离车轮平面远，侧向变形大。大。上-页 下-页 返回2.3 汽车行驶的安全性汽车行驶的安全性(4)轮胎外倾特性。汽车两前轮有外倾角轮胎外倾特性。汽车两前轮有外倾角v（前右轮右正外倾（前右轮右正外倾角，前左轮有负外倾角），具有绕各自旋转线与地面的交点角，

41、前左轮有负外倾角），具有绕各自旋转线与地面的交点o滚动的趋势，见滚动的趋势，见图图2-34。外倾角与侧偏角、地面侧向反作用力的关系式为：外倾角与侧偏角、地面侧向反作用力的关系式为：综上所述，正侧偏角对应于负的侧偏力与正的回正力矩；正综上所述，正侧偏角对应于负的侧偏力与正的回正力矩；正外倾角对应于负的外倾侧向力与负的外倾回正力矩，见外倾角对应于负的外倾侧向力与负的外倾回正力矩，见图图2-37。2悬架的力学特性悬架的力学特性上-页 下-页 返回2.3 汽车行驶的安全性汽车行驶的安全性除了轮胎的力学特性外，悬架的力学特性也在很大程度上影除了轮胎的力学特性外，悬架的力学特性也在很大程度上影响汽车转向运

42、动的稳定性。在之前的分析中，轮胎弹性侧偏响汽车转向运动的稳定性。在之前的分析中，轮胎弹性侧偏角绝对值的大小只决定于整车质量及轮胎有没有外倾角条件角绝对值的大小只决定于整车质量及轮胎有没有外倾角条件下的侧偏刚度。下的侧偏刚度。(1)车厢的侧倾角。车厢在侧向力作用下绕侧倾轴线的转角为车厢的侧倾角。车厢在侧向力作用下绕侧倾轴线的转角为车厢侧倾角，侧倾角是汽车操作稳定性的一个重要指标。车厢侧倾角，侧倾角是汽车操作稳定性的一个重要指标。悬架总角刚度等于前、后悬架及横向稳定杆的侧倾角刚度之悬架总角刚度等于前、后悬架及横向稳定杆的侧倾角刚度之和。和。(2)侧倾时垂直载荷的变化。在正常的工作状态下，汽车左、侧

43、倾时垂直载荷的变化。在正常的工作状态下，汽车左、右车轮的垂直载荷大体上是相等的。但曲线行驶时，由于侧右车轮的垂直载荷大体上是相等的。但曲线行驶时，由于侧倾力矩的作用，垂直载荷在左、右车轮上是不相等的。倾力矩的作用，垂直载荷在左、右车轮上是不相等的。上-页 下-页 返回2.3 汽车行驶的安全性汽车行驶的安全性(3)侧倾与外倾的关系。车厢侧倾时，因悬架的形式不同，车侧倾与外倾的关系。车厢侧倾时，因悬架的形式不同，车轮外倾角的变化有三种情况：保持不变，沿地面侧向反作用轮外倾角的变化有三种情况：保持不变，沿地面侧向反作用力方向倾斜，沿地面侧向反作用力方向的相反方向倾斜。力方向倾斜，沿地面侧向反作用力方

44、向的相反方向倾斜。(4)侧倾转向。在侧向力作用下车厢发生侧倾，由车厢侧倾引侧倾转向。在侧向力作用下车厢发生侧倾，由车厢侧倾引起的前轮转向轮绕主销的转动、后轮绕垂直于地面轴线的转起的前轮转向轮绕主销的转动、后轮绕垂直于地面轴线的转动，即车轮转向角的变动，称为侧倾转向。动，即车轮转向角的变动，称为侧倾转向。2车辆坐标系、线性二自由度汽车模型及汽车运动微分方车辆坐标系、线性二自由度汽车模型及汽车运动微分方程程(1)车辆坐标系。汽车的运动是借固结于运动着的汽车上的动车辆坐标系。汽车的运动是借固结于运动着的汽车上的动坐标系一车辆坐标系来描述的，见坐标系一车辆坐标系来描述的，见图图2-40。车辆坐标系即。

45、车辆坐标系即图中固结于汽车上的图中固结于汽车上的Oxyz直角动坐标系就是车辆坐标系。直角动坐标系就是车辆坐标系。上-页 下-页 返回2.3 汽车行驶的安全性汽车行驶的安全性(2)线性二自由度汽车模型。在对汽车进行简化分析时，进行线性二自由度汽车模型。在对汽车进行简化分析时，进行下列假设：下列假设：汽车做小曲率运动，车轮转向角和侧偏角都不大；汽车做小曲率运动，车轮转向角和侧偏角都不大；把整个汽车视为一个作平面运动的刚体，其侧向加速度系把整个汽车视为一个作平面运动的刚体，其侧向加速度系数（侧向加速度与重力加速度之比）与路面摩擦系数的比值数（侧向加速度与重力加速度之比）与路面摩擦系数的比值在以下，轮

46、胎侧偏特性处于线性范围；在以下，轮胎侧偏特性处于线性范围；忽略左右轮胎由于垂直载荷不同引起的侧偏特性的差别，忽略左右轮胎由于垂直载荷不同引起的侧偏特性的差别，认为左右轮侧偏角相同。认为左右轮侧偏角相同。二自由度汽车受到的外力沿二自由度汽车受到的外力沿y轴方向的合力与绕质心的力矩和轴方向的合力与绕质心的力矩和为：为：上-页 下-页 返回2.3 汽车行驶的安全性汽车行驶的安全性汽车前、后轮侧偏角与其运动参数有关，可算得：汽车前、后轮侧偏角与其运动参数有关，可算得：根据坐标系规定，前、后轮侧偏角为：根据坐标系规定，前、后轮侧偏角为：上-页 下-页 返回2.3 汽车行驶的安全性汽车行驶的安全性综上所述

47、，建立二自由度汽车的运动微分方程：综上所述，建立二自由度汽车的运动微分方程：3汽车的稳态响应汽车的稳态响应汽车在行驶过程中包括等速直线行驶与等速圆周行驶这两个汽车在行驶过程中包括等速直线行驶与等速圆周行驶这两个稳态运动。若汽车在匀速直线运动时，急速转动转向盘至某稳态运动。若汽车在匀速直线运动时，急速转动转向盘至某上-页 下-页 返回2.3 汽车行驶的安全性汽车行驶的安全性一转角时，停止转动转向盘并维持此转角不变，即给汽车以一转角时，停止转动转向盘并维持此转角不变，即给汽车以转向角阶跃输入，一般汽车经短暂时间后便进入等速圆周行转向角阶跃输入，一般汽车经短暂时间后便进入等速圆周行驶，这也是一种稳态

48、，称为转向盘阶跃输入下进入的稳态响驶，这也是一种稳态，称为转向盘阶跃输入下进入的稳态响应。应。汽车的稳态转向特性分为三种类型：不足转向、中性转向和汽车的稳态转向特性分为三种类型：不足转向、中性转向和过多转向。这三种不同转向特性的汽车具有如下行驶特点：过多转向。这三种不同转向特性的汽车具有如下行驶特点：在转向盘保持一固定转角下，缓慢加速或以不同车速等速行在转向盘保持一固定转角下，缓慢加速或以不同车速等速行驶时，随着车速的增加，不足转向汽车的转向半径驶时，随着车速的增加，不足转向汽车的转向半径R增大；增大；中性转向汽车的转向半径维持不变；而过多转向汽车的转向中性转向汽车的转向半径维持不变；而过多转

49、向汽车的转向半径则越来越小，见半径则越来越小，见图图2-42。上-页 下-页 返回2.3 汽车行驶的安全性汽车行驶的安全性下面对稳定因数下面对稳定因数K值进行分析以确定汽车的稳态转向类型：值进行分析以确定汽车的稳态转向类型：(1)中性转向。中性转向。(2)不足转向。不足转向。(3)过多转向。过多转向。极其微小的前轮转角便会产生极大的横摆角速度。这意味着极其微小的前轮转角便会产生极大的横摆角速度。这意味着汽车的转向半径极小，汽车发生急转而侧滑或翻车。由于过汽车的转向半径极小，汽车发生急转而侧滑或翻车。由于过多转向汽车有失去稳定性的危险，故汽车都应具有适度的不多转向汽车有失去稳定性的危险，故汽车都

50、应具有适度的不足转向特性。足转向特性。4汽车的瞬态响应汽车的瞬态响应上-页 下-页 返回2.3 汽车行驶的安全性汽车行驶的安全性下面根据上式对几个表征汽车瞬态响应品质好坏的参数进行下面根据上式对几个表征汽车瞬态响应品质好坏的参数进行分析：分析：(1)横摆角速度波动时的固有频率。横摆角速度波动时的固有频率。(2)阻尼比。阻尼比。上-页 下-页 返回2.3 汽车行驶的安全性汽车行驶的安全性(3)反应时间。反应时间是指角阶跃转向输入后，横摆角速度反应时间。反应时间是指角阶跃转向输入后，横摆角速度第一次达到稳定值所需的时间。第一次达到稳定值所需的时间。(4)达到第一峰值的时间达到第一峰值的时间上-页