单元一 汽车驾驶相关知识(教案).docx

单元一 汽车驾驶相关知识第35课时教学目的： 让学生掌握汽车行驶中的各种作用力的意义以及他们之间的相互关系教学内容： 汽车行驶的作用力教学重点： 汽车行驶的驱动力与各种阻力教学难点： 汽车行驶的条件教学课时：两课时教学方法及用具：讲授法教学过程：一、导引1、课前回顾2、交代新课内容和要求二、作用于汽车的驱动力与行驶阻力 1.汽车的驱动力 (1)驱动力的产生 汽车发动机产生的扭矩经传动系传至驱动轮，驱动轮便产生一个作用于路面的圆周力F，路 面则对驱动轮作用一个反作用力Ft，Ft，与F大小相等，方向相反，如图11所示。图1-1汽车的驱动力示意图Ft即为驱动汽车的外力，称为汽车的驱动力。其数值为式中 Mt作用于驱动轮的扭矩，N.m；R车轮半径，m。 Mt是由发动机产生经传动系传至驱动轮的扭矩，由传动过程可知式中 Me发动机的有效扭矩，N.m； ik变速器传动比； io主减速器传动比； r传动系的机械效率。将式(12)代入式(11)，得 由上式可知，汽车的驱动力与发动机的扭矩、传动系的各传动比及传动系的机械效率成正比，与车轮半径成反比。 因为 故 式中 Pe发动机在转速为n时的功率，kW。(2)传动系的机械效率 发动机产生的功率P e ，经传动系传至驱动轮的过程中，必须克服传动系各机构的各种阻力，因而消耗一部分功率，称为传动系的损失功率PT。PT由离合器、变速器、万向传动机构及主减速器的损失功率组成。 传动系的机械效率为: 通过试验表明，对于变速器所有挡位来说，较高的挡位，传动效率也较高，直接挡的传动效率最高，所以应尽可能采用高速挡行驶，最好为直接挡。2汽车的行驶阻力 汽车行驶过程中所遇到的阻力可分为4种：滚动阻力Ff 、空气阻力Fw、上坡阻力Fi和加速阻力Fj 。 (1)滚动阻力 滚动阻力是当车轮在路面上滚动时，由于两者间的相互作用力和相应变形所引起能量损失的总称。 整车滚动阻力计算公式 汽车在水平路面上直线行驶的滚动阻力可写成下列公式式中 G-汽车重力，N； f-滚动阻力系数。 影响滚动阻力系数的因素：滚动阻力系数的数值由试验确定。其数值与轮胎(结构、材料、气压)、道路(路面的种类与状况)及使用条件(行驶速度与受力情况)有关。(2)空气阻力 汽车是在空气介质中行驶的。汽车相对于空气运动时，空气作用力在行驶方向上的分力称为空气阻力，用符号Fw表示。 汽车行驶时，围绕汽车的空气形成空气流。空气沿车身表面流过，在汽车后面并不终止，而是形成涡流。地面附近的空气必须从车身底部和路面之间强制通过，因而产生阻力。汽车行驶时，空气环绕汽车的情况如图1-2所示。图1-2 空气环绕汽车示意图空气阻力的组成 空气阻力可分为摩擦阻力和压力阻力2部分。摩擦阻力是空气粘连在车身表面产生的切向力的合力在行驶方向的分力。摩擦阻力与车身表面质量及表面积有关，约占空气阻力的810。压力阻力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。 压力阻力包括下列4部分：a形状阻力 汽车行驶时，空气流经车身，在汽车前方空气相对被压缩，压力升高，车身尾部和圆角处空气稀薄形成涡流，引起负压，由汽车前后部压力差所引起的阻力称为形状阻力。其值与车身外形有关，约占空气阻力的5560。形状阻力与车身主体形状有很大关系。例如，车头、车尾的形状及挡风玻璃的倾角等是影响形状阻力的主要因素。 b干扰阻力突出于车身表面的部分所引起的空气阻力，如门把手、后视镜、翼子板、悬架导向杆、驱动轴等，约占空气阻力的1218。 c诱导阻力 汽车上下部压力差(即升力)在水平方向的分力，约占空气阻力的58。d.内循环阻力 发动机冷却系、车身内通风等所需空气流经车体内部时形成的阻力，约占空气阻力的 1015。 以上5种阻力的合力在汽车行驶方向上的分力即为空气阻力。常将空气阻力的作用点称为风压中心。一般它与汽车的重心不重合。风压中心离地高度hw对汽车高速行驶的稳定性有很大影响。当汽车高速行驶时， hw愈高，汽车前轴负荷愈轻，严重时可能导致汽车失去控制。空气阻力的计算在汽车行驶速度范围内，根据空气动力学原理，空气阻力的数值通常由下式确定: 式中 CD-空气阻力系数，无因次系数，主要取决于车身形状； A-汽车的迎风面积，m2； va-汽车行驶速度，km/h 上式表明，空气阻力是与空气阻力系数CD及迎风面积A成正比，空气阻力与速度的平方成正比，汽车行驶的速度愈高，空气阻力愈大。现代汽车的行驶速度很高，因而空气阻力对汽车的动力性和燃料经济性的影响日益受到重视。(3)上坡阻力 当汽车上坡行驶时，汽车所受重力在乎行于路面方向的分力，称为汽车的上坡阻力，用Fi表示，如图13所示。Fi与汽车所受重力及坡度角的关系为道路坡度常用坡高与底长之比的百分数来表示，即当为1015时，则 故图1-3 汽车的上坡阻力当坡度较大时，要按(1-8)式计算Fi。 (4)加速阻力 加速阻力Fj是汽车加速行驶时，其质量加速运动的惯性力。Fj包括汽车平移质量加速行驶的惯性力和旋转质量加速旋转的惯性力矩。 加速总阻力计算公式： 式中称为旋转质量换算系数，其物理意义是将旋转质量的惯性力等效地叠加到平移质量上平移质量惯性力应扩大的倍数。三、汽车行驶的驱动与附着条件1汽车行驶的驱动条件若 FtFfFwFi时，汽车将等速行驶； FtFfFwFi时，汽车将加速行驶； FtFfFwFi时，汽车将无法开动或减速行驶以至停车。可见汽车行驶的必要条件是： 上式即汽车行驶的驱动条件。它反应了汽车本身的行驶能力。可以采用增加发动机扭矩，加大传动比的办法来增大汽车的驱动力，以保证汽车的驱动条件。2汽车行驶的附着条件 上面所述增大驱动力的办法是有限度的，它只有在驱动轮与路面不发生滑转时才有效。 地面对轮胎切向反作用力的极限值(无侧向力作用时)称为附着力F。在硬路面上，它与地 面对驱动轮的法向反作用力成正比，即比例常数称为附着系数，它表示轮胎与路面的接触强度。在硬路面上它主要反映了轮胎与路面的摩擦作用；在松软路面上则与轮胎和路面的摩擦作用及土壤的抗剪强度有关。 如果驱动轮发生滑转(例如在冰雪、泥泞等坏路面上行驶)，汽车将不能行驶。为了避免驱动轮产生滑转现象，汽车行驶还必须满足附着条件。汽车行驶的附着条件可近似写成式中 Fz作用于所有驱动轮的地面法向反作用力。 3汽车行驶的驱动与附着条件 上式即汽车行驶的驱动与附着条件，也是汽车行驶的充分与必要条件。 汽车行驶首先要满足驱动条件，即汽车本身具有产生足够驱动力的必要条件。这就要求汽车发动机能产生足够大的扭矩或功率，汽车传动系有一定的传动比，以保证按公式(13)计算的驱动力Ft，足够大，足以克服各种行驶阻力，即FtFf+Fw+Fi。但是，上面的条件只是汽车行驶的必要条件，并不充分，就是说，汽车只满足驱动条件是不够的。 推动汽车行驶的驱动力Ft，是地面对驱动轮的切向反作用力，是地面作用于汽车的外力。人们可以观察到，驱动轮被架空而离开地面时，无论发动机产生多大扭矩，汽车都是不能行驶的。汽车行驶必须有外力作用。路面对汽车作用的驱动力的最大值，要受附着力的限制。驱动力Ft不能超过附着力，如果超过附着力，车轮将滑转。只有在附着力的限值之内，驱动力才能真正发挥作用。四、作业五、安全教育提醒学生在上课过程中，务必遵守相关的规定，正确使用各项工具。注意安全，不能玩耍打闹，课间文明休息。六、教学反思第35课时教学目的： 让学生掌握汽车的各大使用性能教学内容： 汽车的使用性能教学重点： 汽车的各种性能教学难点： 各个性能的评价指标和评价方法教学课时：两课时教学方法及用具：讲授法教学过程：一、导引1、课前回顾2、交代新课内容和要求二、汽车的使用性能是指汽车能适应各种使用条件而发挥最大工作效率的能力。评价汽车工作效率的全面指标是运输生产率和运输成本。而影响汽车运输生产率的主要因素是汽车的平均行驶速度。 汽车的主要使用性能有：l 汽车的动力性；l 汽车的燃料经济性； l 汽车的制动性； l 汽车的平顺性； l 汽车的通过性； l 汽车的稳定性。三、汽车的动力性 汽车的动力性是汽车最基本、最重要的性能。汽车的动力性直接影响汽车的平均速度，因而对汽车的运输效率有决定性的影响。1汽车动力性指标 汽车的动力性主要由3方面指标来评定。 (1)汽车的最高车速 是指汽车满载，在水平良好路面上所能达到的最高行驶速度。 (2)汽车的加速能力 是指汽车在各种使用条件下迅速增加行驶速度的能力。常用加速过程中的加速度a、加速时间t和加速行程s来评定加速能力，a愈大，t、s愈短，则加速性愈好，平均车速就愈高，即动力性好。 (3)汽车的爬坡能力 汽车的爬坡能力用最大爬坡度来评定。最大爬坡度imax是指汽车满载时用变速器最低挡在坚硬路面上等速行驶所克服的最大道路坡度。 2汽车平均行驶速度 汽车平均行驶速度不仅能反映汽车运输生产率，同时也能反映各种运行条件的影响。 (1)汽车平均行驶速度定义汽车平均行驶速度等于总行驶里程与总行驶时间之比，式中 s总行驶里程，km； t总行驶时间，h。 总行驶时间包括与行驶条件有关的短暂停车时间，如在信号灯前、铁路与公路交叉道前、过轮渡和会车等的停车时间，而其他停歇时间，如装卸货物、乘客上下车、途中排除故障和行车人员用膳等停车时间，均不计算在内。 平均行驶速度既不是汽车的实际行驶速度，也不是汽车的最大速度，而是一个计算值。 (2)影响汽车平均行驶速度的因素 汽车平均行驶速度是驾驶员的技术水平、车辆技术性能与状况、道路、交通条件、载荷等功能效率的综合反映。因此，影响平均行驶速度的主要因素有： 驾驶员的技术水平 驾驶员的技术水平主要是指驾驶员操作技能的熟练程度及对所驾驶的车辆技术状况、性能、结构原理掌握的如何，对交通环境及各种情况处理的是否正确等。 车辆的技术性能与状况 车辆的技术性能主要是指牵引性能(包括最大行驶速度和加速性能)、制动性能、操纵性和稳定性等。 道路条件 道路条件好坏对汽车平均行驶速度的影响也是很大的。如公路的等级、行车路面的宽度、道路的照明、转弯半径、安全设施、纵向坡度和坡长、交叉路口数量、上下坡的多少等，都影响汽车的行驶速度。 交通条件 交通条件对平均行驶速度的影响也是十分显著的。如在市区交通密度(台km)大时，平均行驶速度也相应地下降。 载质量的影响 如果汽车输出功率保持一定，载质量越大其平均行驶速度越低。 (3)提高汽车平均行驶速度途径提高平均行驶速度的途径很多，主要有以下几个方面：提高驾驶员的素质和操作技能 使汽车经常在合理的工况下运行。通过试验可以清楚看到，提高平均行驶速度与采取高速行车是完全不同的两件事。汽车在运行中，尽量做到稳速行车。提高汽车的技术性能 从使用方面来说，要采用现代诊断技术检验汽车，及时地进行维护，提高维护质量，保持汽车技术状况，特别是提高车辆的动力性能和行驶安全性，从车辆本身去提高平均行驶速度。加强公路的管理和工程建设。 一是要加强道路的管理和维护，搞好路面标志； 二是改善现有道路状况； 三是新建和改建高速公路等； 此外，还可以采用先进的运输组织和改进交通管理，也是提高汽车平均行驶速度的途径。四、汽车的燃料经济性 汽车的燃料经济性是指汽车以最小的燃料消耗完成单位运输工作量的能力，或指单位行程的燃料消耗量。 汽车燃料经济性的评价指标：1单位行驶里程(100km)的燃料消耗量 当燃料按质量计算时，用符号QS表示，其单位为kg100km。 当燃料按容积计算时，用符号Ql表示，其单位为L100km 显然式中 燃料的密度，汽油可取(071 073)kgL，柴油可取(081083)kgL； QS以kgl00km为单位。 2单位运输工作量的燃料消耗量 若燃料以质量计，用符号QSG表示，其单位为kg(100 tkm)。 若燃料以容积计，用符号Q1G表示，其单位为L(100tkm)。 这种指标可以用来比较不同类型、不同载质量汽车的燃料经济性。 一般使用和保管部门多以容积计量燃料，因此，采用Ll00km或L(100tkm)为单位的较多。五、汽车的制动性 汽车的制动性是指汽车在行驶过程中，强制地减速直至停车或在下长坡时维持一定行驶速度的能力。 制动性是汽车的主要性能之一，是汽车行驶安全的保证。制动性直接关系到人民生命财产的安全。制动性良好，才能使良好的动力性得以发挥，有利于提高汽车的平均行驶速度。 1制动性的评价指标 汽车的制动性有如下3个方面的评价指标。(1)制动效能 (2)制动效能的恒定性 (3)制动时的方向稳定性(1)制动效能 制动效能，是指迅速减速至停车的能力。即在良好路面上，汽车以一定初速度制动到停车，所产生的制动减速度aj(ms2)、所经过的制动距离；s(m)和制动时间t(s)。这些是最基本的制动性评价指标。常用的是制动减速度和制动距离。 (2)制动效能的恒定性主要指抗热衰退性，即在高速制动或下长坡连续制动时制动效能的稳定程度。汽车连续地较长时间制动时，制动器由于吸收汽车的动能转化为热能而使本身的温度升高以后，制动力矩下降，制动减速度值减小，制动距离增大，称为制动器的热衰退。用热衰退率i表示制动效能降低的程度。式中 aj冷、s冷冷状态(制动器起始温度在100以下)下的制动减速度、制动距离； aj热、s热制动器温度升高以后的制动减速度、制动距离。(3)制动时的方向稳定性 制动时的方向稳定性，是指汽车在制动时按指定轨迹行驶的能力，即不发生跑偏、侧滑或失去转向能力。它对交通安全影响极大。 制动跑偏 制动时汽车偏驶，但后轮沿前轮的轨迹运动。 制动侧滑 制动时汽车一轴或双轴发生横向滑动，前、后轮轨迹不重合。 失去转向能力 如前轮抱死拖滑，汽车将失去转向能力。2汽车制动时方向稳定性的分析 跑偏和侧滑是有联系的，严重的跑偏常引起后轴侧滑，易于发生侧滑的汽车也有加剧跑偏的倾向。 跑偏和侧滑都会部分地或完全地使汽车失去控制而偏离给定的行驶方向，甚至发生驶入反向车辆行驶车道、滑下山坡等危险情况。(1)制动跑偏 汽车跑偏的度量 汽车跑偏程度用下列2参数度量。如图14所示。图1-4 汽车制动跑偏时受力图图中车身最大的横向移动量，m；制动后汽车的纵轴线相对于原来行驶方向的转角。引起汽车跑偏的原因制动引起汽车跑偏的原因有2个： a.汽车左右车轮，特别是左右转向轮制动器制动力不相等。 试验证明：前轴左右轮制动力之差超过5，后轴左右轮制动力之差超过10，将引起制动跑偏现象。所以制动规范中对台试左右轮制动力之差作了相应的规定：在路试时要求紧急制动及点制动过程中不得跑偏。 由于左右车轮制动力不相等引起的车身跑偏，其跑偏的方向不固定。它多是由于装配调整误差而造成的，是非系统性的，是可以通过维修调整消除的。 b.悬架导向杆系和转向系拉杆的运动不协调也能造成跑偏。(2)制动侧滑 制动发生侧滑会对汽车的稳定性带来极其不利的影响。 单轴侧滑对方向稳定性的影响：汽车前轴侧滑 汽车直线行驶过程中，制动时，若汽车前轴发生侧滑，后轴没有侧滑，则汽车前轴中点的速度向量VA将偏离汽车的纵轴线，后轴中点的速度向量VB仍与汽车的纵轴线方向一致。作速度向量VA、VB的垂线交于O点，O点即为汽车将要进行的曲线运动的瞬时转向中心。汽车绕瞬时转向中心O作曲线运动产生的离心力Fc的方向与侧滑方向相反，力芦有消减侧滑的作用，因此，前轴侧滑时汽车的行驶方向改变不大。如图1-5所示。图1-5汽车前轴侧滑情况汽车后轴侧滑 若汽车后轴侧滑，前轴没有侧滑，如图1-6所示，则这时所产生的离心力Fc与侧滑方向基本一致，将使后轴的侧滑加剧。因此，后轴侧滑时，汽车前进方向的改变很大，甚至“甩尾”。为了消除侧滑，驾驶员必须朝后轴侧滑方向适度转动方向盘，使回转半径加大，从而使离心力Fc减小。当前轮转到VA与VB平行时，回转半径R，则Fc=0，产生侧滑的原因消失，侧滑就停止。若使方向盘朝后轴侧滑的方向多转过一些角度，则将产生反方向的离心力，就可以更为迅速地消除侧滑。如图16所示。图1-6 汽车后轴侧滑情况从以上的分析可知，后轴侧滑比前轴侧滑更为危险。同时，对于后轮驱动的汽车来说，由于经常有驱动力作用，故后轴侧滑的可能性也比较大。因此，为了保证行驶安全，必须根据道路条件，选择适当的行驶速度。在一般情况下，转向前必须降低行驶速度，以减小转弯时的离心力，特别是在潮湿和冰雪路面上尤应如此。汽车在无横坡的路面上转向行驶时，更应降低速度。六、汽车的通过性 汽车的通过性是指汽车在一定载质量下能以足 够高的平均车速通过各种坏路及无路地带和克服各种障碍的能力。 汽车通过性的几何参数： 汽车通过性的几何参数在一定程度上表示了汽车可以通过高低不平地段和障碍物的能力。 汽车通过性的几何参数主要有：。如图1-7所示。l 最小离地间隙入h；l 接近角；l 离去角；l 纵向通过半径r；l 横向通过半径r1等图1-7 汽车通过性的几何参数1最小离地间隙h 最小离地间隙是指汽车除车轮外的最低点与路面之间的距离。它表征了汽车越过石块、树桩之类障碍物的能力。2纵向通过半径r 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的圆的半径。它表示汽车能够无碰撞地通过小丘、拱桥等障碍物的轮廓尺寸。r愈小，汽车的通过性愈好。3横向通过半径r1 在汽车的正视图上所作与左右轮及两轮中间轮廓相切的圆之半径。它表示汽车通过小丘及凸起路面的能力。4接近角与离去角 自汽车前端突出点向前轮引切线与路面之间的夹角。它表示汽车接近障碍物时(如小丘、沟洼地等)不发生碰撞的可能性。5最小转弯半径RH 汽车转弯时，当方向盘转到极限位置时，外侧前轮所滚过的轮迹中心至转向中心的距离称为最小转弯半径。如图18所示汽车的最小转弯半径是汽车机动性的重要指标，它表明了汽车在最小面积内回转的能力。6内轮差 汽车转弯时，前内轮与后内轮所行驶的圆弧半径之差称内轮差。 当汽车拖带挂车时，其机动性差些，这是因为汽车列车转弯时，挂车离回转中心较近，使汽车列车的转弯宽度大于单车的转弯宽度。如图1-9所示。图1-8 汽车最小转弯半径与内轮差 图1-9 汽车列车最小转弯半径与内轮差七、汽车的平顺性 汽车是由几个具有固有振动特性的振动系统组成的。这些振动系统相互间又有一定程度的联系而形成耦合。这些系统包括各车轮和各悬架弹簧及弹性减振座垫等弹性元件。这些弹性元件可缓和路面对汽车的冲击，使乘坐者舒适和减少货物损伤。车轮载荷的波动还影响它与路面之间的附着性能，因而也关系到汽车的操纵稳定性。 汽车的振动随行驶速度的提高而加剧。在汽车行驶过程中，常因车身的强烈振动限制了汽车行驶速度的发挥，也就限制了运输生产率的提高。 汽车行驶时，对路面不平度的隔振特性，称为汽车的行驶平顺性。 近年来，汽车的平顺性有了很大的提高。不仅对于轿车，用户要求乘客安静、平稳，作为主要运输工具的重型载货汽车的使用者，对车辆平顺性的要求也越来越高。八、汽车的稳定性 汽车的稳定性是指汽车在行驶中，抵抗侧滑和倾翻的能力，它包括纵向稳定性和横向稳定性。 1纵向稳定性 汽车的纵向稳定性是