第四章汽车的基本性能

1、第四章第四章 汽车的基本性能汽车的基本性能 一、汽车的动力性汽车的动力性 1.汽车的动力性指标 最高车速 Vmax 在良好的水平路面上（沥青、混凝土），汽车能达到的最高行使速度。 客车 90100 km/h 轿车 150200 km/h 汽车的加速时间 原地起步加速时间：由静止起步、换档加速至最高档时达到某予定车速所需时间。 如：从0100 km/h 轿车为 1025 s 从070 km/h 大客车为 3040 s 从065 km/h 大货车为 5060 s超车加速时间：从某一中等速度全力加速至某一高速度所需的时间（以最高或次高档操作）。 如：客车 从2070 km/h 5060 s 汽车的最

2、大爬坡度 max 汽车满载，以最低档在良好路面上能爬上的最大坡度 % 。 如： max 南京IVECO45-10货车 23.3 43.0 % ZK6700WD 24.0 44.5 %一、汽车的动力性一、汽车的动力性其它指标： 比功率 Pemax/m 比扭矩 Temax/m Pemax发动机最大功率 Temax发动机最大扭矩 m汽车总质量2驱动力阻力平衡图 为表征汽车的动力性，建立汽车的驱动力阻力平衡图平衡图。 根据前进的汽车行驶条件，代入各项，得汽车的行驶方程： TeTeg go otrdtrd = Ga = Gaf + Gaf + Ga+ D+ DA AVrVr21.15 + o21.15

3、+ oGaGajgjg G G 给定汽车的有关参数和发动机的外特性曲线，便可在同一座标系上做出驱动力阻力平衡图。 一、汽车的动力性一、汽车的动力性 发动机的外特性是指发动机油门全开，发动机的扭矩、功率等参数随转速变化的关系。一、汽车的动力性一、汽车的动力性 当汽车匀速行使时 Fj = 0，在平路上Fi = 0,图中档的Ft 线与阻力线 Ff + Fw的交点可对应找出最高车速（平路直线行使）。 一、汽车的动力性一、汽车的动力性由行使方程式出发：当匀速行驶时 Fj=oGa/gj = 0 则则 = 1/Ga (Te= 1/Ga (Tet/rdGat/rdGaf-Df-DA AVrVr/21.15)

4、/21.15) 当平路行驶时 Fi=Ga=0 则则 = =/Ga/o(Te/Ga/o(Teo og gt/rd-Gat/rd-Gaf-Df-DA AVrVr/21.15) /21.15) 由上述驱动力阻力特性图可相应作出汽车的爬坡度、加速度曲线。 一、汽车的动力性一、汽车的动力性3.汽车的动力因数、动力特性图 上述平衡图对具体车而言一个车一个样，不便相对比较，则设法排除汽车本身的总重力（质量），变成无量纲的参数进行比较、评价，则具有普遍性。 动力因数： D = (Ft-Fw)/Ga Ft = Ff+Fi+Fw+Fj Ft-Fw = Ff+Fi+Fj = Gaf+Ga+oGa/g D = (Ft

5、-Fw)/GaD = (Ft-Fw)/Ga = f+ = f+o+o/g/g 它是一个无量纲单位，其物理意义为：汽车单位总重力所具有的驱动力储备。 由此式及驱动力-行驶阻力平衡图可做出动力特性图。一、汽车的动力性一、汽车的动力性动力性的分析： 最高车速Vmax 在良好水平路面行驶，则 =0；=0 所以 D=，图上f曲线与最高档 D曲线交点对应出 Vmax。 爬坡度i爬坡时，=0，则D= +，=D-。 即曲线 D与间垂直距离即为各档的爬坡度值。 加速度能力j加速时 =0，则 =/0(D-)即曲线与之间的垂直距离的/0倍，即为各档的加速度值。上述为描述汽车动力性的基本理论和方法。二、汽车的燃料经济

6、性二、汽车的燃料经济性 1. 评价指标我国和欧洲使用等速百公里油耗 Qs(l/hkm)。 该值由产品定型实验实测得出。理论计算可以大致推出： Qs = Ge100/Va Ge 发动机每小时耗油量（l/h）. Va 平均车速（km/h）.美国使用单位燃料消耗量行驶里程 MPG。 Miles per Gallon (miles/USgal)。2. 燃料经济性等速百公里油耗Qs是汽车结构参数及使用因素的函数。 在某一档位，一定道路上，Qs 与Va 的关系曲线 Qs=f(Va)称为该车的燃料经济特性。二、汽车的燃料经济性二、汽车的燃料经济性曲线最低点对应的速度为最经济车速Vi, Vi 越接近常用车速越

7、好。 曲线越平坦越好。 二、汽车的燃料经济性二、汽车的燃料经济性3. 变工况油耗 百公里油耗不是汽车的典型情况，实际运行情况常常包括：加速、减速、滑行、停车、起步等，各国制定了典型的循环行使实验工况。 我国制定有：货车六工况；客车四工况；轿车十五工况等。 按规定循环行驶几个循环，测出油耗量，换算成百公里油耗值。 三、汽车的制动性能三、汽车的制动性能从安全角度出发，汽车应具备良好的制动性能。从安全角度出发，汽车应具备良好的制动性能。1.评价指标评价指标：制动效能制动效能：在良好路面上以一定初速度行驶，从开始制动到停车的：在良好路面上以一定初速度行驶，从开始制动到停车的 制动距离（或制动减速度）。

8、制动距离（或制动减速度）。制动效能的恒定性制动效能的恒定性：制动器的抗热衰退性能，即连续制动，制动器：制动器的抗热衰退性能，即连续制动，制动器 温度升高后，其制动效应的保持程度。温度升高后，其制动效应的保持程度。方向稳定性方向稳定性：汽车按给定轨迹行驶，制动时不发生跑偏、侧滑以及：汽车按给定轨迹行驶，制动时不发生跑偏、侧滑以及 失去转向能力的性能。失去转向能力的性能。（1 1）制动前（切断动力滑行）制动前（切断动力滑行） 车轮的以角速度车轮的以角速度ww向前滚动向前滚动 车轮随汽车前进速度车轮随汽车前进速度 Va. Va. Va=w Va=wd d 车轮的垂直负荷车轮的垂直负荷W W 地面的垂

9、直反力地面的垂直反力Z Z三、汽车的制动性能三、汽车的制动性能（2 2）开始制动开始制动 车轮受到制动力矩车轮受到制动力矩MM( (与旋转方向相反与旋转方向相反) )。 由于汽车的惯性力，车桥对车轮产生推力由于汽车的惯性力，车桥对车轮产生推力T T，使车轮向前平动，使车轮向前平动，其速度为其速度为VwVw。制动过程中。制动过程中VaVa 和和VwVw是不等的是不等的, , 因而造成了车轮的滑移。因而造成了车轮的滑移。车轮的车轮的滑移率滑移率： =(Vw-Va)/Vw =(Vw=(Vw-Va)/Vw =(Vw- -d dw)/Vww)/Vw100100 车轮在滑移时，在其接地点车轮在滑移时，在其

10、接地点A A处，路面给车轮一个力处，路面给车轮一个力B B，即为，即为制动力。制动力。 B = MB = M/ /d d 路面能给车轮提供的制动力路面能给车轮提供的制动力B B 受附着力的限制，即受附着力的限制，即 B B =。 当当 S = 15S = 152020时，时，值值最大最大。 当当 S = 100S = 100时，车轮抱死时，车轮抱死。 三、汽车的制动性能三、汽车的制动性能3. 3. 汽车的制动效能汽车的制动效能 制动减速度制动减速度 汽车受制动力汽车受制动力B B，做减速运动，制动减速度，做减速运动，制动减速度B B。 B =B =B Ba/a/ a a整车重力。整车重力。 定

11、义制动强度定义制动强度B B： B = B = B/B/ = = B/B/a a 无量纲无量纲 (4-3)(4-3) 则制动减速度：则制动减速度： B=B=B B= =B B/ /a (4-4) a (4-4) 紧急制动，车轮未抱死时，制动力最大值：紧急制动，车轮未抱死时，制动力最大值： BmaxBmax = = a a 代入代入 4-3 4-3 BmaxBmax = = 代入代入 4-4 4-4 BmaxBmax = = 一般要求：轿车一般要求：轿车 BmaxBmax = 0.9 = 0.91.01.0 货车货车 BmaxBmax = 0.6 = 0.6 三、汽车的制动性能三、汽车的制动性能

12、 制动距离制动距离 我国交通管理部门规定，车速为我国交通管理部门规定，车速为 30km/h 30km/h 时：时： 轿车轿车 6 m 6 m 轻型货车轻型货车 7 m 7 m 中型货车中型货车 8 m8 m 重型货车重型货车 12 m12 m 制动效能的恒定性制动效能的恒定性 制动器抗热衰退性，国际标准草案制动器抗热衰退性，国际标准草案 ISO/DIS6597 ISO/DIS6597 规定：规定： . . 以一定的车速连续制动以一定的车速连续制动1515次。次。 . . 每次制动强度每次制动强度 B = 0.3B = 0.3（减速度（减速度 3m/3m/）。）。 . .最后一次制动效能不低于冷

13、制动效能的最后一次制动效能不低于冷制动效能的60%60%。三、汽车的制动性能三、汽车的制动性能4. 4. 制动时汽车方向的稳定性制动时汽车方向的稳定性 制动时出现下列现象称为失去稳定性制动时出现下列现象称为失去稳定性： 跑偏跑偏：制动时汽车自行向左、右偏驶；：制动时汽车自行向左、右偏驶； 侧滑侧滑：制动时汽车一轴或两轴发生横向移动。：制动时汽车一轴或两轴发生横向移动。 前轮失去导向能力：弯道转向时制动，汽车不按原轨迹行使，沿切前轮失去导向能力：弯道转向时制动，汽车不按原轨迹行使，沿切线驶出；直行时打方向盘制动，汽车不转弯仍直行。线驶出；直行时打方向盘制动，汽车不转弯仍直行。 汽车在制动时失去稳

14、定性，将导致安全事故。汽车在制动时失去稳定性，将导致安全事故。 保证汽车制动方向稳定性的措施保证汽车制动方向稳定性的措施： 合理分配前、后轴制动器的制动力合理分配前、后轴制动器的制动力； 不能出现后轮抱死，或先于前轮抱死的情况不能出现后轮抱死，或先于前轮抱死的情况防止侧滑防止侧滑。 尽量不出现前轮抱死或前后轮都抱死的情况尽量不出现前轮抱死或前后轮都抱死的情况维持转向能力维持转向能力。 最理想的情况是：在制动过程中，防止任何车轮抱死，即最理想的情况是：在制动过程中，防止任何车轮抱死，即各轮都处各轮都处于滚动状态于滚动状态。 近年发展起来的制动防抱死系统近年发展起来的制动防抱死系统ABSABS系统

15、。系统。 “Anti-lock Brake System”Anti-lock Brake System”四、汽车的操纵稳定性和行使平顺性四、汽车的操纵稳定性和行使平顺性 跟其他商品相比，汽车既有其共性，又有其特性。跟其他商品相比，汽车既有其共性，又有其特性。 共性：对产品的质量、性能、寿命提出要求。共性：对产品的质量、性能、寿命提出要求。 特性：汽车作为载人交通工具，要将特性：汽车作为载人交通工具，要将人人车合为一体来评价车合为一体来评价质量、质量、性能、寿命。性能、寿命。 汽车产品的直观性质：汽车产品的直观性质： 动力、经济性动力、经济性产品的高效、节能品质；产品的高效、节能品质； 排放、噪

16、声排放、噪声产品与环境的关系；产品与环境的关系； 耐久性耐久性产品的使用寿命。产品的使用寿命。 汽车产品的内含性质：随着社会发展，技术进步，人们对产品提汽车产品的内含性质：随着社会发展，技术进步，人们对产品提出更好且不那麽直观的要求。出更好且不那麽直观的要求。 操纵方便、灵活、安全操纵方便、灵活、安全； 乘座舒适乘座舒适。 这两个性质不象其它性质可以直观评价，必须将其固有性质和这两个性质不象其它性质可以直观评价，必须将其固有性质和人联系在一起进行研究和评价，这就是本节要讨论的内容。人联系在一起进行研究和评价，这就是本节要讨论的内容。四、汽车的操纵稳定性和行使平顺性四、汽车的操纵稳定性和行使平顺

17、性1.1.汽车的操纵稳定性汽车的操纵稳定性 (1)(1)操稳性概念操稳性概念： 汽车的操稳性尚无完整、明确定义，人们公认的概念：汽车的操稳性尚无完整、明确定义，人们公认的概念：正确遵循驾驶员操作命令，按给顶方向行驶正确遵循驾驶员操作命令，按给顶方向行驶操作性操作性。行使中能抵抗外界干扰，保持稳定行驶行使中能抵抗外界干扰，保持稳定行驶稳定性稳定性。 (2)(2)汽车行驶时的空间运动汽车行驶时的空间运动 在在 O-XYZ O-XYZ 坐标系中。坐标系中。 直线运动：直线运动：沿沿X X纵向运动；纵向运动；沿沿Y-Y-横向运动；横向运动；沿沿Z-Z-垂直运动垂直运动。转动：转动：绕绕X-X-侧倾运动

18、；侧倾运动；绕绕Y-Y-俯仰运动；俯仰运动；绕绕Z-Z-横摆运动横摆运动。则汽车将在这六个自由度上产生则汽车将在这六个自由度上产生: :线位移；角位移；线位移；角位移；线速度；角速度；线速度；角速度；加速度加速度。四、汽车的操纵稳定性和行使平顺性四、汽车的操纵稳定性和行使平顺性(3)(3)汽车行驶的动态过程汽车行驶的动态过程 汽车行驶中，前述运动参数不断变化，其原因来自两方面：汽车行驶中，前述运动参数不断变化，其原因来自两方面： a.a.行驶中来自外界的干扰行驶中来自外界的干扰迎面风阻、侧面风、路面不平度。迎面风阻、侧面风、路面不平度。 b.b.驾驶员施加的操纵动作驾驶员施加的操纵动作。 对动

19、态过程：对动态过程： a.a.稳态响应稳态响应如打方向盘固定位置不变。如打方向盘固定位置不变。 b.b.瞬态响应瞬态响应打方向盘，迅速复位。打方向盘，迅速复位。 c.c.频率特性频率特性与频率有关物理量的变化。与频率有关物理量的变化。 动态过程的研究很深入，主要采用试验方法，动态过程的研究很深入，主要采用试验方法，GB6323-94 GB6323-94 包括六项实验：包括六项实验： a.a.稳态回转试验稳态回转试验 b.b.转向回正试验转向回正试验 c.c.转向轻便性试验转向轻便性试验 d.d.方向盘转角阶跃输入方向盘转角阶跃输入，瞬态响应试验。，瞬态响应试验。 e.e.方向盘转角脉冲输入方向

20、盘转角脉冲输入，瞬态响应试验。，瞬态响应试验。 f.f.蛇行试验蛇行试验。四、汽车的操纵稳定性和行使平顺性四、汽车的操纵稳定性和行使平顺性(4)(4)汽车的稳态回转响应汽车的稳态回转响应（典型）（典型） 汽车以一定速度沿圆周转向行驶；汽车以一定速度沿圆周转向行驶； a.a.假定假定车轮无侧向变型。汽车的车轮无侧向变型。汽车的转向半径转向半径R R完全取决于前轮的偏转角，完全取决于前轮的偏转角，而与车速无关而与车速无关。四、汽车的操纵稳定性和行使平顺性四、汽车的操纵稳定性和行使平顺性 b. b.实际工况是汽车在转弯实际工况是汽车在转弯时，轮胎在外力作用下，时，轮胎在外力作用下，将发生将发生侧向弹

21、性变形侧向弹性变形，使，使其前进方向不再沿自身的其前进方向不再沿自身的旋转平面，而与旋转平面旋转平面，而与旋转平面成一夹角成一夹角称为称为侧偏角侧偏角。 其中前轴侧偏角其中前轴侧偏角 1 1 ，后轴侧偏角后轴侧偏角 2 2 ，前轮偏，前轮偏转角转角 此时的转弯半径：此时的转弯半径： R = L/tg-(1-2)R = L/tg-(1-2) 从式中可以看出从式中可以看出 R R 是是、11、2 2 的函数。的函数。 打方向盘后打方向盘后是常数，是常数，11、22与轮胎侧向力与轮胎侧向力离心力离心力车速有车速有关。关。 R = f(VR = f(V) )四、汽车的操纵稳定性和行使平顺性四、汽车的操

22、纵稳定性和行使平顺性 前轮偏转角前轮偏转角 一定时：一定时： a. a. 当当112 2 时，时，-(1-2)-(1-2)，R R与车速无关与车速无关称为称为中性中性转向转向。 b. b. 当当112 2 时，时，-(1-2)-(1-2)，R R随车速升高而增大随车速升高而增大称称为为不足转向不足转向。 c. c. 当当112 2 时，时，-(1-2)-(1-2)，R R随车速升高而减小随车速升高而减小称称为为过多转向过多转向。 一般认为：一般认为：具有适度的不足转向度，汽车有良好的操纵稳定性具有适度的不足转向度，汽车有良好的操纵稳定性。 四、汽车的操纵稳定性和行使平顺性四、汽车的操纵稳定性和

23、行使平顺性2. 2. 汽车的行驶平顺性汽车的行驶平顺性（1 1）行驶平顺性的含意行驶平顺性的含意 a.a.汽车在行驶中，保持乘员所处的振动环境具有一定的舒适度：行驶汽车在行驶中，保持乘员所处的振动环境具有一定的舒适度：行驶中能保持正常的活动（吃、喝、读、写、说）；到达目的地后能保持中能保持正常的活动（吃、喝、读、写、说）；到达目的地后能保持良好的健康及心理状态。良好的健康及心理状态。 b.b.行使中能保持运载货物的完好外形及性能。行使中能保持运载货物的完好外形及性能。（2 2）人体对振动的反应人体对振动的反应 人体对振动的反应是十分复杂的过程，除客观反应（振动频率、振人体对振动的反应是十分复杂

24、的过程，除客观反应（振动频率、振动强度）外，还有主观反应（心理状态、生理状态）。目前对采用动强度）外，还有主观反应（心理状态、生理状态）。目前对采用“心理物理量心理物理量”的评价进行了研究，但还没有公认的评价指标。所以的评价进行了研究，但还没有公认的评价指标。所以采用主观感觉为依据。采用主观感觉为依据。 经大量统计、研究，发现有共同规律：经大量统计、研究，发现有共同规律： a.a.人体对振动最敏感的频率范围：人体对振动最敏感的频率范围： 垂直振动：垂直振动： 4 48 Hz8 Hz。 水平振动：水平振动： 1 12 Hz2 Hz。 即在这些频率上，人体的胸即在这些频率上，人体的胸腹系统（心脏、

25、胃）会出现腹系统（心脏、胃）会出现共振共振，使人感到不适。使人感到不适。四、汽车的操纵稳定性和行使平顺性四、汽车的操纵稳定性和行使平顺性 b. b.对于同样的暴露时间（连续承受振动时间）对于同样的暴露时间（连续承受振动时间） 频率为频率为 2.8 Hz 2.8 Hz 以下的振动：水平振动的容许强度（加速度值）低以下的振动：水平振动的容许强度（加速度值）低于垂直振动于垂直振动。 频率在频率在 2.8 Hz 2.8 Hz 以上的振动：水平振动的容许强度高于垂直振动以上的振动：水平振动的容许强度高于垂直振动。 综合大量研究，综合大量研究，ISOISO提出国际标准：提出国际标准：ISO2631-197

26、8(E)ISO2631-1978(E)人体承受全人体承受全身振动的评价指南身振动的评价指南。(3) (3) “指南指南”指出了指出了1 180 Hz 80 Hz 振频范围内，人体对振动反应的三种感振频范围内，人体对振动反应的三种感觉界限觉界限： 暴露极限暴露极限：人体可以承受振动量的上限，在此限内人体将保持健康：人体可以承受振动量的上限，在此限内人体将保持健康和安全。和安全。 疲劳降低工效限疲劳降低工效限：驾驶员承受的振动在此限内，能保持正常操作。：驾驶员承受的振动在此限内，能保持正常操作。 舒适降低界限舒适降低界限：在此限内，人在车上感觉良好，能维持正常活动，：在此限内，人在车上感觉良好，能

27、维持正常活动，吃、读、写等。吃、读、写等。 四、汽车的操纵稳定性和行使平顺性四、汽车的操纵稳定性和行使平顺性(4)(4)评价指标评价指标：a. a. 加速度加权均方根值加速度加权均方根值 将将1 180 Hz 80 Hz 范围内的振动范围内的振动1/31/3倍频带上，不同频率成份的振动，折倍频带上，不同频率成份的振动，折算后等效于人体最敏感的频率上（垂直算后等效于人体最敏感的频率上（垂直4-8 Hz4-8 Hz，水平，水平1-2 Hz 1-2 Hz ）。）。 w = (Wiw = (Wiii) ) (m/s(m/s) ) Wi Wi频率加权因子。频率加权因子。 ii第第i i个个1/31/3倍

28、频带上加速度均方根值。倍频带上加速度均方根值。b. b. 等效均值等效均值 eqeq ( ( 以对数形式表示的以对数形式表示的ww ) )。 eqeq = 20 = 20g gw/10w/10 （dBdB）c. c. 降低舒适界限降低舒适界限 CD CD ；疲劳降低工效限疲劳降低工效限 FDFD。 ww = 5.6/3.15 0.167/ = 5.6/3.15 0.167/CD (h)CD (h) FD = 3.15FD = 3.15CD (h)CD (h) 从彼此间的函数关系可看出，三个指标完全等价。从彼此间的函数关系可看出，三个指标完全等价。四、汽车的操纵稳定性和行使平顺性四、汽车的操纵稳定性和行使平顺性(5)(5)改善行驶平顺性途径改善行驶平顺性途径 a.a. 改善路面质量。改善路面质量。 b. b. 合理设计汽车悬架和座椅合理设计汽车悬架和座椅。五、五、 汽车的通过性汽车的通过性 定义定义：汽车在一定的载荷下，能以足够高的平均经济车速，顺利通过：汽