汽车运用基础知识-汽车的使用性能.ppt

武汉理工大学汽车工程学院 余晨光 1.3 汽车的使用性能 1.3.1 概述 u汽车的使用性能：在一定的使用条件下， 汽车以最高效率工作的能力，称为汽车使用 性能。 u它是决定汽车利用效率和方便性的结构特 性表征。 u汽车的使用性能主要有汽车的动力性、燃 油经济性、行驶安全性、舒适性、通过性和 使用方便性等。 1.3 汽车的使用性能 1.3.1 概述 u不同类型的汽车，其使用性能要求的侧重 点不同（参见P27表1-2）。 u汽车使用性能量标（参见P27表1-3）。 1.3.2 汽车的动力性 汽车的动力性定义：汽车的动力性是指汽车在良好路 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。 汽车是一种高效率的运输工具，运输效率之高低很大 程度上取决于汽车的动力性。所以，动力性是汽车各 种性能中最基本最重要的性能。 汽车动力性指标 1.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， 汽车能达到的最高行驶车速。 2. 汽车的加速时间t 汽车的加速时间表示汽车的加速能力，它对平均行驶车 速有很大影响。 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，指汽车由档或档起步，并以最 大的加速强度(包括选择恰当的换档时机)逐步换至最高 档后，到某一预定的距离或车速所需的时间。一般常用 0400m或0100km/h所需的时间来表明汽车的原地 起步加速能力。 超车加速时间 超车加速时间，指用最高档或次高档由某一较低车速全 力加速至某一高速所需的时间。由于超车时两车辆并行 ，容易发生安全事故，所以超车加速能力强，并行行程 短，行驶就安全。 对超车加速能力还没有一致的规定，采用较多的是用最 高档或次高档，由某一中等车速全力加速行驶至某一高 速所需的时间。轿车对加速时间尤为重视。 3. 汽车的最大坡度imax 汽车满载时，在良好路面上的最大爬坡度，表示汽车 的上坡能力。显然，汽车的最大坡度指档最大爬坡 度。 轿车最高车速大，加速时间短，经常在较好的道路上 行驶，一般不强调它的爬坡能力；而且它的档加速 能力大，故爬坡能力也强。 货车在各种地区的各种道路上行驶，所以必须具有足 够的爬坡能力。 最大坡度imax 实际上， imax代表了汽车的极限爬坡能力，它应比 实际行驶中遇到的道路最大爬坡度超出很多。这 是因为应考虑到在坡道上停车后，顺利起步加速 、克服松软坡道路面的大阻力等要求的缘故。 一般货车imax在30%即16.7左右，越野汽车要在坏 路或无路条件下行驶，因而爬坡能力是一个很重 要的指标，它的最大爬坡度imax可达60%即31左右 。 要点 三个指标的测定，均应在无风的条件下进行。 确定汽车的动力性，就是确定汽车沿行驶方向的运动 状态。因此，需要掌握沿汽车行驶方向作用于汽车上 的各种外力，即驱动力与行驶阻力。根据这些力的平 衡关系，建立汽车行驶方程式，就可以估算汽车的最 高车速、加速时间和最大爬坡度。 1.3.3 汽车的燃油经济性 u定义：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。 汽车燃油经济性的评价指标 u汽车的燃油经济性常用一定运动工 况下汽车行驶百公里的燃油消耗量 或一定燃油量能使汽车行驶的里程 来衡量。 我国及欧洲：行驶100km所消耗的燃 油升数，单位为L/100km。 美国：每加仑燃油能行驶的英里数 ，单位为MPG或mile/Usgal。 汽车燃油经济性的评价指标 一、等速行驶百公里燃油消耗量 常用的一种评价指标，指汽车在额定载荷下， 以最高档在水平良好路面上等速行驶100km的燃 油消耗量。 常测出每隔10km/h或20km/h速度间隔的等速百 公里燃油消耗量，然后在图上连成曲线，称为 等速百公里燃油消耗量曲线，用来评价汽车的 燃油经济性。 汽车等速百公里燃油消耗量曲线 u全面反映汽车的实际运行情况，特别是在市区行驶中 频繁出现的加速、减速、怠速停车等工况。 欧洲经济委员会及我国法定的测定燃油经济性的循环行驶工况图 二、循环行驶工况百公里燃油消耗量 循环工况规定了车速时间行驶规范，例如，何时换挡 、何时制动以及行车的速度和加速度等数值。因此在路上试 验比较困难，一般多规定在室内汽车底盘测功机(转鼓试验 台)上进行测试。 美国法定的测定燃油经济性的循环行驶工况图 三、综合燃油消耗量 欧洲经济委员会（ECE）规定，要测量车速为90km/h和 120km/h的等速百公里燃油消耗量和按ECE-R.15循环工 况的百公里燃油消耗量，并各取1/3相加作为混合百公 里燃油消耗量来评定汽车燃油经济性。 美国环境保护局(EPA)规定要测量城市循环工况（ UDDS）及公路循环工况（HWFET）的燃油经济性（单位 为每加仑燃油汽车行驶英里数mile/gal），并按下式 计算综合燃油经济性： 1.3.4 汽车行驶的安全性 u定义：以最小的交通事故概率和最少的 公害适应使用条件的能力，称作汽车的燃 油经济性。 u节能、环保、安全 1.3.4 汽车行驶的安全性 1. 主动安全性 u良好的视野：前后风挡、除雾、除霜、洗涤； u良好操纵性能：转向、制动、加速；喇叭； u各种照明及信号装置 1.3.4 汽车行驶的安全性 2. 被动安全性 u结构刚度； u座椅安全性（含安全带）； u内外突出物要求； u防护装置； u安全玻璃 1.3.4 汽车行驶的安全性 3. 防火安全性 u阻燃材料； u燃油箱规定； u轿车碰撞时燃油箱的泄露规定 1.3.4 汽车行驶的安全性 4. 制动性 u汽车的制动性：是指人为地强制汽车在短距离 内减速以至停车且维持行驶方向稳定性、下长 坡时能维持一定车速和保证汽车较长时间停放 在钭坡上的能力。 u汽车的制动性是评价汽车安全性能的主要指标 。 1.3.4 汽车行驶的安全性 u制动性能评价 1）制动效能：指在良好路面上，汽车以一定初速制动到 停车的制动距离，或制动时汽车的减速度。 2）制动效能的恒定性：汽车高速行驶或下长坡连续制动 时制动效能保持的程度。 抗热衰退性能：制动器温度升高后制动效能保持的程度 。 水衰退性能：汽车涉水行驶后制动时制动效能保持的程 度。 3） 制动时汽车的方向稳定性：制动时汽车按给定路径行 驶的能力： 跑偏、倒滑、失去转向能力 1.3.5 汽车行驶的舒适性 1. 汽车行驶平顺性 u汽车行驶平顺性，是指汽车在一般行驶速度范 围内行驶时，能保证乘员不会因车身振动而引 起不舒服和疲劳的感觉，以及保持所运货物完 整无损的性能。 u由于行驶平顺性主要是根据乘员的舒适程度来 评价，又称为乘坐舒适性。 1.3.5 汽车行驶的舒适性 1. 汽车行驶平顺性 u汽车作为一个复杂的多质量振动系统，其车身通 过悬架的弹性元件与车桥连接，而车桥又通过弹性 轮胎与道路接触，其它如发动机、驾驶室等也是以 橡胶垫固定于车架上。 u在激振力作用(如道路不平而引起的冲击和加速、 减速时的惯性力等)以及发动机振动与传动轴等振 动时，系统将发生复杂的振动。这种振动对乘员的 生理反应和所运货物的完整性，均会产生不利的影 响；乘员也会因为必须调整身体姿势，加剧产生疲 劳的趋势。 1.3.5 汽车行驶的舒适性 1. 汽车行驶平顺性 u车身振动频率较低，共振区通常在低频范围内。 u为了保证汽车具有良好的平顺性，应使引起车身共振 的行驶速度尽可能地远离汽车行驶的常用速度。 u在坏路上，汽车的允许行驶速度受动力性的影响不大 ，主要取决于行驶平顺性，而被迫降低汽车行车速度 。其次，振动产生的动载荷，会加速零件磨损乃至引 起损坏。 u此外，振动还会消耗能量，使燃料经济性变坏。因此 ，减少汽车本身的振动，不仅关系到乘坐的舒适和所 运货物的完整，而且关系到汽车的运输生产率、燃料 经济性、使用寿命和工作可靠性等。 1.3.5 汽车行驶的舒适性 人体对振动的反应 u国际标准化组织（ISO）订出了国际标准IS026311978E 人体承受全身振动的评价指南国际通用性标准。该标 准用加速度的均方根值给出了在180Hz振动频率范围内人 体对振动反应的三个不同的感觉界限。 暴露极限：当人体承受的振动强度在这个极限之内，将保持 健康或安全。通常把此极限作为人体可以承受振动量的上限 。 疲劳-降低工作效率界限：这个界限与保持工作效率有关。 当驾驶员承受的振动在此界限内时，能保持正常地进行驾驶 。 舒适降低界限：此界限与保持舒适有关，它影响人在车上进 行吃、读、写等动作。 1.3.5 汽车行驶的舒适性 2. 空气调节与居住性 u空气调节：通风装置、暖气装置、冷气装置和空气净化 装置； 可实现换气、温度和湿度的调节及空气净化三大功能。 1.3.5 汽车行驶的舒适性 u居住性：指车内空间的分配、布置如何适应各 种人体特征的要求，长时间行驶不疲劳人机 工程学； （1）驾驶员的居住性 操纵机构布置合理，便于操作； 机构的操作力要适度； 驾驶员座椅能调节高度、前后位置； 保证良好的视野； 易于辨认的仪表和警示灯。 1.3.5 汽车行驶的舒适性 u居住性 （2）乘员的居住性 车辆室内容积的确定，通常是从成年女子5%分布 值（以身高为例，是指不超过此高度的人占5%） 开始，到成年男子95%分布值之间； 采用发动机前置、前轮驱动及减少轮胎装置空间 ； 采用曲面玻璃； 座椅靠背可调，且避开共振区； 装饰件的色彩、乘员的视野。 1.3.6 汽车的操纵稳定性 u汽车在其行驶过程中，会碰到各种复杂的情况，有时 沿直线行驶，有时沿曲线行驶。在出现意外情况时， 驾驶员还要作出紧急的转向操作，以求避免事故。此 外，汽车还要经受来自地面不平、坡道、大风等各种 外部因素的干扰。一辆操纵性能良好的汽车必须具备 以下的能力： （1）根据道路、地形和交通情况的限制，汽车能够正确 地遵循驾驶员通过操纵机构所给定的方向行驶的能力 汽车的操纵性。 （2）汽车在行驶过程中具有抵抗力图改变其行驶方向 的各种干扰，并保持稳定行驶的能力汽车的稳定 性。 1.3.6 汽车的操纵稳定性 u操纵性和稳定性有紧密的关系：操纵性差，导致 汽车侧滑、倾覆，汽车的稳定性就破坏了。如稳 定性差，则会失去操纵性，因此，通常将两者统 称为汽车的操纵稳定性。 u汽车的操纵稳定性，是汽车的主要使用性能之一 ，随着汽车平均速度的提高，操纵稳定性显得越 来越重要。它不仅影响着汽车的行驶安全，而且 与运输生产率与驾驶员的疲劳强度有关。 1.3.6 汽车的操纵稳定性 u汽车行驶的纵向稳定性：纵向稳定性反映汽车受扰动 后的方向保持能力以及在纵向坡度上的稳定性。 汽车在纵向坡道上行驶，例如等速上坡，随着道路坡 度增大，前轮的地面法向反作用力不断减小。当道路 坡度大到一定程度时，前轮的地面法向反作用力为零 。在这样的坡度下，汽车将失去操纵性，并可能产生 纵向翻倒。 汽车上坡时，坡度阻力随坡度的增大而增加，在坡度 大到一定程度时，为克服坡度阻力所需的驱动力超过 附着力时，驱动轮将滑转。这两种情况均使汽车的行 驶稳定性遭到破坏。 1.3.6 汽车的操纵稳定性 u汽车行驶的横向稳定性：横向稳定性反映汽车在 横向坡道上行驶、转弯或受到其他侧向力作用时 抵抗侧翻的能力。 汽车横向稳定性的丧失，表现为汽车的侧翻或横 向滑移。由于侧向力作用而发生的横向稳定性破 坏的可能性较多，也较危险。 1.3.6 汽车的操纵稳定性 u影响汽车稳定性的主要因素：轴距、轮距、质心 位置、汽车通过质心垂线的转动惯量、悬架结构 特性、前轮定位参数、轮胎特性、转向系统的结 构和性能、车身的空气动力学性能、汽车的稳态 转向特性。 汽车质心高度越低，稳定性越好； 正确的前轮定位使汽车具有自动回正和保持直线 行驶的能力； 汽车装载超高、超载，转弯车速过快，横向坡道 角过大及偏载，易造成汽车侧滑及侧翻。 1.3.7 汽车的通过性 u汽车的通过性是指汽车在一定载重量下能以足够 高的平均车速，通过各种坏路和无路地带(如松软 的土壤、沙漠、雪地、沼泽及坎坷不平地段以及 克服各种障碍陡坡；侧坡、台阶、壕沟等)的能力 。 u 汽车的通过性可分为轮廓通过性和牵引支承通 过性。前者是表征车辆通过坎坷不平路段和障碍 的能力；后者是指车辆顺利通过松软土壤、沙漠 、雪地、冰面、沼泽等地面的能力。 u山区、矿区、建设工地等使用的车辆和军用车辆 ，经常行驶在坏路和无路地面上。因此，要求这 些汽车应具有良好的通过性。 1.3.7 汽车的通过性 u轮廓通过性 汽车的间隙失效：由于汽车与越野地面间的间隙 不足而被地面托住、无法通过的情况，称为间隙 失效。 当车辆中间底部的零部件碰到地面而被封住时， 称为“顶起失效”； 当车辆前端或尾部触及地面而不能通过时，则分 别称为“触头失效” 或“托尾失效”。后两种情况属 于同一类失效。 1.3.7 汽车的通过性 u汽车通过性几何参数 u与间隙失效有关的汽车整车几何参数，称为汽车 的通过性几何参数。 u汽车通过性的几何参数如图所示，主要包括最小 离地间隙、接近角、离去角、纵向通过半径、横 向通过半径等。 1.3.7 汽车的通过性 汽车的通过性几何参数 1接近角 2离去角 1纵向通过半径 2横向通过半径 h最小离地间隙 1.3.7 汽车的通过性 u最小离地间隙： 是汽车除车轮外的最低点与路面 间的距离。它表征汽车无碰撞地越过石块、树桩 等障碍物的能力。汽车的前桥、飞轮壳、变速器 壳、消声器和主减速器外壳等，通常有较小的离 地间隙。在设计越野汽车时，应保证有较大的最 小离地间隙。 u接近角1和离去角2是指自车身前、后突出点 ，向前、后车轮引切线时，切线与路面之间的夹 角。它表征了汽车接近或离开障碍物时，不发生 碰撞的能力。接近角和离去角越大，则汽车的通 过性越好。 1.3.7 汽车的通过性 u纵向通过半径1 ：在汽车纵向对称平面内，作 分别切于静载车轮前、后轮胎外缘以及汽车底部 某零件的切线圆，该圆的半径 称为汽车的纵向通 过半径。实际的纵向通过半径 是在汽车侧视图上 作出的与前后车轮及两轴中间轮廓线相切之圆的 半径（见