第四章 汽车行驶安全性ppt课件

.,第四章汽车行驶安全性,.,.,二、汽车安全性分类1、主动安全性汽车本身防止、减少道路交通事故发生的性能，如制动性，操稳性等。2、被动安全性汽车发生事故后汽车本身减轻人员受伤和货物受损的性能。4-2汽车的制动性能一、地面制动力图为制动轮受力图。1.障阻力距（忽略）2.车轮惯性式中：为制动器摩擦力矩，r为车轮半径。地面制动力是制动时的外力，取决于1)制动器摩擦力2)轮胎与地面摩擦力二、制动器制动力车轮胎外缘克服制动器摩擦力所需之力：制动器制动力仅与制动器结构参数有关，它与踏板力（或气压）成正比。,.,三、地面最大制动力地面制动力地面最大制动力这表明制动踏板力（或气压）上升到一定值，制动力达到地面附着力时，车轮不转即发生抱死。也就是说：制动力是由制动器产生；制动力是受地面附着力限止的。四、车轮与地面的附着与滑移在制动过程中制动轨迹分三阶段。第一阶段：清晰花纹（近似纯滚动）式中：Va车轮中心速度；ro没有制动力时车轮半径；w车轮的速度。第二阶段：印迹模糊（边滑边滚）第三阶段：印迹拖滑w=0滑动率纯滚动Va=rowS=0纯拖滑=0S=100%,.,.,五、制动减速度与制动距离制动减速度反映了地面制动力，因此它与制动器制动力及附着力（抱死时）有关。对于无防抱死装置的汽车，在水平路面此外的是指滑动附着系数例：最好的沥青、混凝土路上紧急制动时，jmax可达7.88m/S2一般希望各轴都抱死,制动距离指汽车速度为V0时（空档），汽车驾驶员踩踏板开始到汽车停止为止的行驶距离。制动距离与踏板力（或气压）及路面附着系数有关。在测制动距离时，若无特殊说明一般是在冷试验条件下进行的，并规定了踏板力（气压）和路面附着系数。由于各种汽车的动力性能不同，制动性能要求也不同，小汽车车速高制动性能也高，卡车车速低，要求也稍低一些。,.,.,制动距离指t2和t3走过S2和S3.制动距离的计算在内：Vo制动初速度。在内：制动减速度线性增长任一点车速：t=0V=Vot点车速为：任一点的距离：t=0S=0将k代入,.,在t2时间内的S2：在持续制动时间t3内：以jmax匀减速运动，初速为Ve，Vg=0故总制动距离：很小当车速以km/h代之：影响制动距离的因素1、2、3、Vao使汽车停车的是持续时间；使制动器起作用时间影响不大。,.,六、制动效能的恒定性冷制动制动器起始温度100。强度制动制动器起始温度300甚至600700。t制动性能制动效能恒定性：抗热衰退性能。评价方法：一系列连续制动时制动效能保持程度。ISD/DIS6579Vo一定连续15次制动Jmax3要求：不低于冷制动效能的60%（5.8，踏板力相同）山区：一些国家要求装辅助制动。影响因素：1、制动器摩擦系数当200为0.30.42、制动器结构双向自动增力kef双减力制动器kef摩擦系数对双向自动增力影响最大。盘式制动力制动效能没有鼓式的好，但抗热衰退性能好（稳定）。水衰退：涉水时制动性能降低情况。,.,七、制动稳定性制动过程中，有时会出现制动跑偏，后轴侧滑或前轮失去转向能力，而使汽车失去控制离开原来的行驶方向。定义：汽车在制动过程中，维持直线行驶或按预定弯道行驶的能力。1.跑偏原因汽车左右车轮特别是前左右车轮制动力不等汽车悬架导向杆系与转向斜拉杆运动学不协调,.,前轮地面制动力汽车受地面反力Fy1Fy2Fx1L对主销的力矩Fx1r对主销的力矩Fy1对主销的力矩（主销有后顷）即使方向盘不动，由于间隙和变形也会向左转。运动学的干扰。车轮制动，悬架变形，前轴变形羊角绕主销右转（球肖在内销内侧）。后轴滑移与前轴转向能力丧失前轮抱死后轮抱死全部车轮抱死A：前轮抱死Fy2，L2使减小，汽车大致按方向行驶。B：后轮抱死Fy1，L1使增大，汽车绕纵轴旋转C：全部车轮抱死无法承受侧向力，但不会旋转。结论：1.只有后轴抱死或后轮比前轮先抱死不好；2.尽量少出现前轴抱死或前后轴都抱死；3.都不抱死最好。,.,八、前后轮制动器制动力的比例关系由于方向稳定性与前、后轮制动力分配有关所以讨论一下前后制动力的分配。当制动力足够时（制动器制动力）会有下列情况：前轮先抱死：制动稳定，转向丧失，附着没有充分利用后轮先抱死：制动不稳定，附着利用率低前后轮同时抱死：可避免后轴侧滑，但前轴无转向所以前后轮制动器制动力分配比例将影响制动时方向稳定性和附着的利用率。1.地面对前、后轮的法向反力研究制动器制动力分配必须先研究法向反力。设：、水平路、F、Ff忽略则：1若在不同的路上都能抱死，,.,.,从而可以得出：F2与F1的I曲线作图法求I曲线：由得通过原点之射线应当指出：同时抱死时I曲线也是关系曲线。具有固定比值的前后制动器制动力与同步附着系数一般汽车，常用F，与总制动力（F）表示分配比例制动力分配系数则在I线之外又出现了B线，两线交点为同步附着系数。,.,同步附着系数也可计算出：式中：L为汽车轴距，L=a+b。分析当的路面上，I曲线位于B曲线上方，前后轮不能同时抱死。例：I在B上当制动气压为时，F1达到，而F2只有PRPR时，时，前轮先于后轮抱死。当时，I在B下，后轮先于前轮抱死。当时，同时抱死。为什么在，总是后轮先抱死呢？按法向反力公式也可以解释后轮先于前轮达到附着力极限反之前轮先于后轮达到附着力极限为了让后轮不要出现首先抱死的危险状况，宁让前轮先抱死的观点占优势，所以值越来越高。,.,文献推荐：满载时轿车货车我国道路条件差，车速不高：轿车货车例如红旗：0.503un130：0.6CA1013：0.55Austin：0.69BJ130：0.53BJ212：0.7九、装载变化对制动性影响实践表明，满载时汽车质心比设计质心会前、后、上、下移动，即使Ga不变,质心变化都会对制动效果产生影响。1.当Ga，I曲线上移，稳定区扩大。2.若以空载确定，稳定区大，当然最好是，即考虑动载荷（轴荷转移）,即感载比例阀。3.载荷较大的汽车，由于结构限止，设计时不能保证前后轮均达到附着极限，所以汽车制动距离与载重量有关。实践证明，Ga3t汽车，增加1t，S增加0.51m。,.,十、双管路制动系统各种布置方案的分析：1、“前后”布置a一轴失效，制动减速度下降b若前轴失效，则汽车失去方向稳定性（后抱）c前轴失效时，拉手刹不起作用（手刹管后轮）2、“交叉”布置a一套失效时，制动减速度减少一半b方向稳定性不丧失c可能因制动力左右不均而跑偏，可将C为负值3、前二后一a无论那套失效，前轮制动力将减半b如果前后回路失效，制动稳定性不好4、前二后分别制动a一套失效则制动力减半b无法用调整前轮回转半径避免制动跑偏十一、车轮抱死过程1、抱死过程假设：1）V=C2）Fz=C3）附着率滑移率曲线按稳定曲线处理4）制动器摩擦力矩与时间呈线性关系,.,则抱死过程在OSca：OSo增加缓慢b：o缓慢降到cc：o很快下降到c并稳定在Sc1a：Sc很快到1b：c很快到0c：c曲线急降可分析出：c正是p，应使防抱死装置工作tz内应防止车轮滑移2、防抱死装置为充分发挥轮胎与地面的潜在附着能力，全面满足制动要求，在高级轿车及载重货车上装有自动防抱死装置，简称（ABS）。从而在紧急制动时，侧S方向稳定性。防抱死装置一般有三部分：传感器、控制器、压力调节器。在正常制动时防抱死装置不起作用在紧急制动时防抱起死装置起作用传感器：车轮运动参数。控制器：分析传感器参数，在将抱死时发出脉冲信号使压力调节器起作用。压力调节器：调节分泵压力，减少分泵压力防止抱死，当车轮转速增加时又恢复制动。,.,.,试验时：冷汽车先加速到略高Vo降到Vo再试热加热阶段，加速0.8Vmax，以3减速到初速，制动周期4560s，1520次。试验阶段不低于冷制动80%。下长坡试验：i：6%Va：60km/hS：6km试验与冷制动比25%防抱死ABS：台试：安全检测,.,4-3汽车的操纵稳定性,定义：汽车在行驶过程中，能遵循驾驶员给定的行驶方向行驶，且受各种外部干扰尚能保持稳定行驶的能力。对汽车驾驶员体力消耗，汽车行驶安全，特别是高速安全起重要作用。影响操纵稳定性有三方面：1、结构参数：轴距、轮距、重心、轮胎、悬架，定位角及转向系参数。2、使用因素：驾驶员的反应，技术水平，能准确的采取措施，可使汽车处于稳定状态。3、外界干扰：地面不平，横、纵坡，轮胎的附着等。一、汽车操纵稳定性的评价参数1.使用较多的物理量稳态响应及瞬态响应评价参数：稳态横摆角速度增益，反应时间，横摆角速度波动的无阻尼固有频率横摆角速度的响应特性评价参数：共振频率、振幅比、相位滞后角回正性：达到剩余横摆角速度的时间转向半径：最小转向半径转向轻便性：转向力直线行驶性：侧向偏移,.,典型行驶工况：方向盘转角、转向力、侧向加速度、横摆角速度、侧偏角、车速极限行驶能力：极限侧向加速度、极限车速2.几个方面评价时域响应：汽车方向盘输入或干扰输入下的侧向运动响应。频率响应：汽车方向盘正弦输入，频率0，汽车横摆角速度与方向盘转角的振幅比及相位差的变化图形。转向半径：机动灵活性转向轻便性：方向轻便程度直线行驶性：侧向风和地面不平干扰下的时域响应，有时已有包括微曲率弯道行驶。典型工况性：通过某种典型横拟通道的性能。极限行驶：汽车安全行驶的极限性能。方向阶跃输入下的时域响应：汽车的时域响应a：汽车直行急打方向等园周运动，称为方向盘阶跃输入下的稳态响应。一般称为稳态转向特性,.,b：汽车直行等园周行驶之间的速度过程是一种瞬态，相应的瞬态运动响应为方向盘阶跃输入下的瞬态响应。t=0：急打方向至swor0：稳定横摆角速度：第一次达到r0，反应时间r1：最大横摆角速度r1/r0100%，稳为趋调量：波动频率取决于汽车动力学系统：进入稳态时间，即在95105%r0时。有些汽车r不能收敛，r越来越大导致侧滑或翻车。二、弹性车轮的侧向偏离及其对转向特性的影响1.轮胎的侧向偏离若刚性车轮当时CC方向行驶当时沿V方向行驶若弹性车轮即使Fy很小，车轮仍会产生侧向变形，使汽车的行驶方向偏离CC方向弹性胎的侧向偏离现象。,.,从两种情况分析弹性车轮的侧偏现象：车轮静止不动车轮受GFy作用，a-a/C-C若Fy不足以使车轮沿地面滑动，只产生侧向变形。车轮滚动时车轮受GFy作用，a-a/C-C呈一定角度，即偏离角。若车轮上，即以角连线是印迹中线滚动没有按车轮中心线滚动。偏离程度与Fy有关，34线性关系，10横滑正常行驶：45左右，Fy=k式中：K侧偏刚度，一般低压胎290980N/deg。K与G有关，GK；GK剧烈径向变形所致。K与轮胎结构有关，尺寸大K大，子午胎的k比斜交胎的k大。,.,2.侧向偏离对汽车转向的影响汽车转向转向轮偏转若刚性车轮，无侧向弹性偏离，速度矢量C-C线上，应按瞬时转向中心回转式中：左右车轮偏转角；R瞬心O到汽车纵轴线距离；d左右主销中心距；B、L轮距和轴距。转向半径R指瞬心到汽车纵轴线垂直距离当很小时：故RL/,.,.,两式相加：车轮偏离角一般68BK+AK=L比较三种情况：R=R；RR；RR；上述三种情况，会引起三种转向特性。下边分别加上分析，从中找出理想转向特性。A中性转向汽车的转向半径与装刚性车轮的转向半径相同，即中性转向或正常转向。,.,如上图汽车沿mm行驶将方向反打角（纵轴线与XX呈）再将方向回到中间位置XX行驶。B过度转向,.,.,.,从t到t-t平移，转向汽车质心速度大小，方向变化沿X轴速度分量的变化：0又忽略量上式u-v求质心绝对加速度在OX上的分量同理在Y轴上的分量为：,.,参看下图可得：平面运动汽车对车辆坐标系的运动微分方程式当转角不大时把Fy1与Fy2与侧偏角线性关系,.,其中：将代入上式：,.,2.前轮阶跃输入下的汽车稳态响应等速圆周行驶稳态响应前轮阶跃输入时的稳态响应就是等速圆周运动。评价指标：稳态横摆角速度增益（横向灵敏度）如前所述，稳态时则上述公式为消去v稳定性因数,.,.,当时，ucr为临界车速，反映了过多转向大小的参数，ucr越低，过多转向量越大日本：近年来轿车k=0.0020.0035西德：近年来轿车=0.160.33四、转向轮的振动及其稳定效应汽车在行驶中，特别是高速行驶中，往往会产生转向轮振动。1.转向轮振动路面由于悬架+车轮的弹性上下跳动转向机构的的弹性左右摆动左右摆动与上下跳动的关系回转仪效应回转仪效应：在旋转质量的轴心上加上一力矩（如车轮轴心），使车轮在垂直平面上摆动某一角度，与此同时在水平面内会出现另一力矩对轴作用，使车轮绕轴旋转同时还绕主销摆动。,.,车轮既绕自身轴线旋转又绕主销摆动，在物理学中称进动，其进动力矩Mr：其中：Jk车轮的转动惯量；k车轮旋转角速度；车轮进动角速度（车轮绕销摆动角速度）。措施：正确设计悬架的导向装置。采用等长横杆导向装置，车轮上跳时，车轮旋转平面不倾斜，不产生回转仪效应。采用上横杆短于下横杆，车轮上跳时，倾斜微小、轮距变化微小。车轮质量不平衡Fcx左、右摆动，左右位置呈180最不好。Fcy上、上跳动措施：车轮平衡（高速小客车一般不大于400500克厘米）。前悬架与转向传动机构的运动学干涉当车轮上跳时，轴沿AA向前上方转向节球销沿BB向后上方，从而使前轮向右转向。措施:两者圆心靠近，例如NT130为前方向机