汽车行驶安全性.ppt

第四章,汽车行驶安全性,第一节汽车安全性分类,一、交通事故,定义：车辆在道路上行驶和停放过程中，发生碰撞、辗压、刮擦、翻车、坠车、失火、爆炸等现象造成人员伤亡和车、物损坏的事件。,路道路几何线型路面、道路设施及道路条件变化对交通事故的影响；环境对人和道路的影响以及对汽车性能的影响。,人驾驶过程中接受外界信息的反应特性，驾驶员生理、心理和操作特性；车汽车结构、性能及技术状况；,内容：研究交通事故产生的规律，分析其原因，消除诱发交通事故的外部因素。就是把人、车、道路及环境四者统一在一个交通系统中，探索各自及相互间的内在规律性及其最佳配合，以达到减少交通事故的目的。,雨、雪、风、雾,疲倦、反应能力,道路附着转向特性,主动安全性设计时汽车本身防止或减少道路交通事故发生的性能。主要取决于汽车的尺寸和整备质量参数、制动性、行驶稳定性、操纵性、信息性以及驾驶员工作位置的状况（座椅舒适性、噪声、湿度和通风、操纵轻便性等）。,被动安全性发生事故后，汽车本身减轻人员受伤和货物受损的性能。内部被动安全性:减轻车内乘员受伤和货物受损外部被动安全性:减轻对事故所涉及的其他人员和车辆的损害。,第一节汽车安全性分类,二、汽车安全性分类,事故后安全性汽车发生了事故后能减轻事故后果的性能。生态安全性,定义：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，也包括在一定坡道上能够长时间停放的能力。汽车制动性是汽车的重要使用性能之一。它属于汽车主动安全性的范畴。行车制动脚刹车脚制动。驻车制动手刹车手制动。,第二节汽车制动性,地面制动力是制动时的外力，取决于制动器内制动摩擦片与制动鼓（制动盘）间的摩擦力。轮胎与地面间的附着力。,第二节汽车制动性,一、地面制动力,车轮在制动时的受力情况，见右图。,第二节汽车制动性,二、制动器制动力,制动时，车轮周缘克服制动器摩擦力矩所需的力，称为制动器制动力。,制动器制动力与制动踏板力的关系曲线,制动器制动力仅与制动器结构参数有关，它与踏板力成正比。,第二节汽车制动性,三、地面制动力、制动器制动力与附着力的关系,1.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。,第二节汽车制动性,2.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：单纯滚动，印痕的形状基本与轮胎胎面花纹相一致。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：边滚边滑可辨别轮胎花纹的印痕，但花纹逐渐模糊。第三阶段：拖滑车轮抱死拖滑，粗黑印痕，看不出花纹。w=0滑移率纯滚动Va=rowS=0纯拖滑w=0S=100%,第二节汽车制动性,制动滑移率：,驱动滑移率：,第二节汽车制动性,若令Fxb/Fz=OA段近似直线没有真正滑移AB段缓慢上升局部相对BC段下降滑动摩擦系数小于静摩擦系数峰值附着系数滑移附着系数在干燥路面上：在湿路面上：,各种路面平均附着系数,第二节汽车制动性,第二节汽车制动性,道路的类型、路况汽车运动速度轮胎结构、花纹、材料,附着系数的影响因素,轮胎磨损会影响其附着能力。路面的宏观结构应有一定的不平度而有自排水能力；路面的微观结构应是粗糙且有一定的棱角，以穿透水膜，让路面与胎面直接接触。增大轮胎与地面的接触面积可提高附着能力：低气压、宽断面和子午线轮胎附着系数大。,第二节汽车制动性,滑水现象减小了轮胎与地面的附着能力，影响制动、转向能力。,第二节汽车制动性,四、制动距离与制动减速度,1.制动距离定义：在某一车速时，从驾驶员开始操纵制动控制装置（制动踏板）到停车为止所驶过的距离。,影响因素：制动踏板力、附着系数、汽车载荷、发动机是否结合,试验要求：制动踏板力、附着系数、汽车状态做规定。设计要求：轿车、轻型货车车速高，制动效能高；重型货车车速低，要求稍低一些。,第二节汽车制动性,2.制动减速度定义：是地面制动力的反映影响因素：制动器制动力（车轮滚动时）、附着力（车轮抱死拖滑时）。不同路面上的减速度、平均减速度,第二节汽车制动性,3.制动距离分析,驾驶员反应时间制动器作用时间持续作用时间放松制动器时间,第二节汽车制动性,第二节汽车制动性,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：,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,第二节汽车制动性,影响制动距离的因素1、2、3、Vo,第二节汽车制动性,制动系作用时间对制动距离影响,制动系作用时间是影响制动距离的重要因素！,4.制动效能的恒定性,第二节汽车制动性,高速制动或下长坡制动，制动器温度迅速上升，摩擦力矩显著下降，即热衰退现象。要求汽车以规定车速连续制动15次，制动强度为3m/s2,最后不低于冷试验效能的60（5.8m/s2)。,影响因素：1、制动器摩擦系数当200为0.30.42、制动器结构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）。,当汽车涉水后，因水进入制动器，短时间内制动效能的降低，称为水衰退现象。,第二节汽车制动性,五、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。,第二节汽车制动性,1.跑偏原因,制造、调整误差造成的左、右制动器制动力不等,设计造成的悬架导向杆系与转向系拉杆运动干涉,A）未制动时,B）制动时前轴转动,第二节汽车制动性,2.后轴侧滑或前轴失去转向,A曲线:后轮抱死，汽车绕纵轴旋转，路面越滑、制动距离和制动时间越长，后轴侧滑越剧烈。B曲线:前轮抱死，汽车大致按方向行驶。,C：全部车轮抱死无法承受侧向力，但不会旋转。,第二节汽车制动性,从保证汽车方向稳定性的角度出发，首先不能出现只有后轴车轮抱死或后轴车轮比前轴车轮先抱死的情况，以防止危险的后轴侧滑；其次，尽量少出现只有前轴车轮抱死或前、后车轮都抱死的情况，以维持汽车的转向能力。理想的情况就是防止任何车轮抱死，前、后车轮都处于滚动状态，这样就可以确保制动时的方向稳定性。,第二节汽车制动性,六、制动力比例关系,对于一般汽车而言，根据其前、后轴制动器制动力的分配、载荷情况及道路附着系数和坡度等因素，当制动器制动力足够时，制动过程可能出现如下三种情况，即：1)前轮先抱死拖滑，然后后轮抱死拖滑。2)后轮先抱死拖沿，然后前轮抱死拖滑。3)前、后轮同时抱死拖滑。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。,第二节汽车制动性,1.地面对前后轮的法向反力,忽略Tf、Fw以及旋转质量减速时产生的惯性力偶矩。且忽略制动时车轮边滚边滑的过程，附着系数只取一个定值。,制动强度z：,第二节汽车制动性,若在不同路面上制动，前、后轮都抱死，此时,则,或,按上式，可以分析四轮均抱死时，地面对前、后轮法向反作用力的变化，如右图。,第二节汽车制动性,2.理想的前后制动器制动力分配曲线,前后轮同时抱死：附着条件充分利用方向稳定性好故称为理想制动力分配曲线。在任何路面上，同时抱死的条件为或再消去得,第二节汽车制动性,第二节汽车制动性,由此可见，只要给出汽车的总质量(或汽车的重力)、汽车的质心位置(a、b、hg)，就能作出I曲线。显然，I曲线还是前、后轮都抱死后的地面制动力FXb1、FXb2的关系曲线。,第二节汽车制动性,七、装载变化对制动性能的影响,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.载荷较大的汽车，由于结构限制，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。,第二节汽车制动性,第二节汽车制动性,八、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,3、前二后一a无论那套回路失效，前轮制动力和将减半b如果前回路(2)失效，制动稳定性不好4、前二后分别制动a一套回路失效,则制动力减半，而不丧失稳定性b无法用调整前轮回转半径避免制动跑偏,第二节汽车制动性,第二节汽车制动性,九、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,第二节汽车制动性,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,第二节汽车制动性,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，提高方向稳定性。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。,第二节汽车制动性,防抱死装置以运动参数来减压或重新制动。对于防抱系统来说，根据哪些运动参数来判断车轮即将抱死应该减压或抱死现象已消失需要重新加压制动是很重要的。一般常用的参数有：车轮角减(加)速度和滑动率、车轮角加速度与半径的乘积、汽车的参考车速和汽车的减速度等。例：BonZ轿车ABS以为参量的试验结果直线：,第二节汽车制动性,十、缓速制动,1排气制动,第二节汽车制动性,2缓速器,制动性能试验有路试和台试。路试：参数为S、制动时间、。条件：路面0.7，无风3m/s，T为537，航向角8（不越3.5m车道），冷试验制动器温度100。热衰退制动器温度：轿车250270、中卡140150、重卡170200。,第二节汽车制动性,十一、汽车制动性能试验,下长坡试验：i：6%Va：60km/hS：6km剩余制动效能与冷制动比75%防抱死ABS：台试：安全检测,第二节汽车制动性,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%。,第三节汽车操纵稳定性,汽车操纵性：指驾驶员以最少修正而能维持汽车按给定的路线行驶，以及按驾驶员愿望转动转向盘以改变汽车行驶方向的性能。汽车稳定性：指汽车抵抗力图改变其位置或行驶方向的外界影响的能力。行驶稳定性（临界车速）、位置稳定性（临界路面坡度角）操纵稳定性：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。,第三节汽车操纵稳定性,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,第三节汽车操纵稳定性,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,第三节汽车操纵稳定性,二、弹性车轮的侧向偏离及其对转向特性的影响,1）车辆坐标系,1.轮胎的侧向偏离,第三节汽车操纵稳定性,2）轮胎坐标系,第三节汽车操纵稳定性,3）侧向附着率,侧向附着率,匀速行驶：很大,制动过程：很小，0,第三节汽车操纵稳定性,4）侧偏现象,车轮行驶方向偏离车轮平面的方向,车轮静止不动车轮受GFy作用若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作用呈一定角度，即偏离角。,第三节汽车操纵稳定性,侧向滑移,滑移区逐渐增加，而附着区逐步减小,第三节汽车操纵稳定性,5）侧偏特性的影响因素,第三节汽车操纵稳定性,2.车辆转向时的受力分析,第三节汽车操纵稳定性,3.侧偏对汽车转向的影响,第三节汽车操纵稳定性,1)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。,第三节汽车操纵稳定性,2)过度转向,汽车的转向半径小于刚性车轮的转向半径，这种转向特性称之为过度转向。在侧向力Fy作用下，以O瞬心作曲线运动惯性力Fc的侧向分力Fcy与Fy相同，使车轮更加偏离，R更小，失去操纵性。,3)不足转向,4.回正力矩,第三节汽车操纵稳定性,轮胎侧偏时会产生作用于轮胎绕OZ轴的力矩，圆周行驶时，MZ是转向车轮回复到直线行驶时主要恢复力矩回正力矩。MZ=FYe,第三节汽车操纵稳定性,三、转向轮的振动及其稳定效应,1.转向轮振动,汽车在行驶中，特别是高速行驶中，往往会产生转向轮振动。,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。措施：正确设计悬架的导向装置。,第三节汽车操纵稳定性,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。,前悬架与转向传动机构的运动学干涉措施:结构优化，车轮轴与转向节球销圆心靠近。,2.转向轮的稳定效应,第三节汽车操纵稳定性,定义：转向轮能保持中间位置（直线行驶）及自动返回中间位置（转向轮有偏转角）的能力。,稳定效应小驾驶时要经常修正方向。稳定效应大转向沉重。组成：主销内倾角、后倾角，前轮外顷角及轮胎侧向偏离产生的回正力矩组成。,轮胎侧偏,第三节汽车操纵稳定性,第三节汽车操纵稳定性,在进入稳态偏离之后，车轮和地面接触的印迹上单元侧向反力的分布呈三角形，所以合力作用点显然位于印迹中点之后。随车轮所受侧向力的增加，回正力矩随之增大。而在印迹后部的单元侧向反力达到附着极限以后，印迹上单元侧向反力的分布呈梯形，合力偏距减小。,侧向力继续增加，滑移区不断加大，分布由梯形趋于矩形，偏距趋于零。由此可见，回正力矩在达到最大值后，又开始减小。随法向载荷增加，回正力矩也随之增大。,第四节汽车被动安全性,一、汽车安全性评价方法,1.汽车碰撞事故的分析,道路交通事故的统计和分析是研究汽车被动安全性基础。根据事故统计，了解事故与气候、道路、时间以及驾驶员和车外人员的年龄等的关系(影响因素)，并找出发生频数最多的那一部分事故(即所谓“典型事故”），便于集中力量进行研究。,2.碰撞部位分布,第四节汽车被动安全性,第四节汽车被动安全性,3.撞车事故人员受伤过程,撞车中轿车驾驶员受伤过程,事故中轿车乘员身体各部位受伤分布,3.被动安全性的评价指标,第四节汽车被动安全性,3）危险系数K,1）事故严重性因素F,2）死亡人数常用每百万居民，每百万公里行程，或每百万部车的事故死亡人数来衡量道路交通事故的程度。,第四节汽车被动安全性,据统计值可知，某轿车各个座位的危险系数，如下图,第四节汽车被动安全性,二、内部被动安全性,1.安全车身轿车发生迎面碰撞或碰到固定障碍物时，前部分发生特别大的平均减速度jcp（300g400g），从车头到车尾逐渐降低；轿车质心平均减速度jcp为4060g，瞬时值可达80g100g。,研究表明，事故中人体内伤和脑损伤与减速度直接有关，骨折与作用力有关，组织损伤与剪切应力有关。所以研究内部被动安全性重要内容是降低人体减速度。,第四节汽车被动安全性,平均减速度沿车长方向分布,轿车质心平均减速度,第四节汽车被动安全性,为了降低迎面碰撞时的减速度，可将轿车前部做成褶皱区，在碰撞时，可提供500600mm的变形行程，以通过褶皱区吸收撞车时的动能。,轿车各部分不同的刚度（乘坐区刚度大，保证乘员的幸存空间）,后部撞车的车速较低，轿车后部的褶皱区的变形过程约为300500mm。,侧面撞车时，碰撞部位允许的变形行程很小，应保证主撞车不会侵入被撞车的乘客室。因此，车门和铰链、门锁机构承受碰撞的能力是一个关键。,第四节汽车被动安全性,第四节汽车被动安全性,第四节汽车被动安全性,2.限制乘员位移(1)限制乘员位移的装置中，最简单有效的是安全带。轿车驾驶员和前排乘客多采用三点式安全带，后排乘客或载货汽车、大客车乘员也有用腰部安全带的，赛车则用四点式。,第四节汽车被动安全性,第四节汽车被动安全性,(2)安全气囊安全气囊可以不必限制乘客的正常活动。安全气囊的作用情况，传感器1在撞车发生时可感知车身变形和减速度，通过引爆装置2使气体发生器3产生了高压氮气和氩气进入安全气囊4。气囊可在十分之一秒内充气完毕，保护乘客头部和上身。事故发生后经过0.40.5秒，气囊的气体通过专门的孔放出，乘客可以自由活动。,安全气囊的作用情况,使用安全气囊的缺点是在放气时形成160dB-180dB的声压，另外，成本高。,第四节汽车被动安全性,第四节汽车被动安全性,3.消除部件致伤因素在乘坐区设计时必须保证乘员幸存空间内没有致伤部件。下图画出了在撞车前、后零件变形界限。界限1-1将引起轻伤，界限2-2导致重伤，而界限3-3将是致命的。,生存空间,仪表板下部应安装膝部缓冲垫，风挡玻璃应采用钢化或夹层玻璃；转向盘可采用弹性有波纹的结构，且盘缘可以变形，转向柱能弯曲或伸缩。,从图中看出，首先行人腿部碰撞到保险杠上，然后骨盆与发动机罩前段接触，最后头部撞到发动机罩或风挡玻璃上。此时行人被加速到车速，即“一次碰撞”。,第四节汽车被动安全