4汽车行驶安全性-4汽车行驶安全性

1、第第 四四 章章汽汽 车车 运运 用用 工工 程程2第一节第一节 汽车安全性分类汽车安全性分类一、交通事故一、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、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。失火、爆炸等现象造成人员伤亡和车、物损坏的事件。 路路道路几何线型路面、道路设施道路几何线型路面、道路设施及道路条件变化对交通事故的影响；及道路条件变化对交通事故的影响； 环境环境对人和道路的影响以及对汽对人和道路的影响以及对汽车性能的影响。车性能的影响。 人人驾驶过程中接受外界信息的反驾驶过

2、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；应特性，驾驶员生理、心理和操作特性； 车车汽车结构、性能及技术状况；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。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，以达到减少交通事规律性及其最佳配合，以达到减少交通事故的目的。故的目的。雨、雪、风、雾疲倦、反应能力道路附着转向特性汽汽 车车 运运 用用 工工

3、程程3 主动安全性主动安全性 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、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）。、噪声、湿度和通风、操纵轻便性等）。 被动安全性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。发生事故后，汽车本身减轻人员受伤和货物受损的性能。 内部被动安全性内部被动安全性:减轻车内乘员受伤和货物受损减轻车内乘

4、员受伤和货物受损 外部被动安全性外部被动安全性:减轻对事故所涉及的其他人员和车辆的损害减轻对事故所涉及的其他人员和车辆的损害。第一节第一节 汽车安全性分类汽车安全性分类二、汽车安全性分类二、汽车安全性分类 事故后安全性事故后安全性 汽车发生了事故后能减轻事故后果的性能。 生态安全性生态安全性汽汽 车车 运运 用用 工工 程程4定义：定义：汽车在行驶时能在短距离停车且维持行驶方向汽车在行驶时能在短距离停车且维持行驶方向稳定性稳定性和在下长坡时能维持一定车速的能力。另外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。汽车制也包括在一定坡道上能够长时间停放的能力。汽车

5、制动性是汽车的重要使用性能之一。它属于汽车主动安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。全性的范畴。行车制动行车制动 脚刹车脚刹车 脚制动。脚制动。驻车制动驻车制动 手刹车手刹车 手制动手制动。第二节第二节 汽车制动性汽车制动性汽汽 车车 运运 用用 工工 程程5 地面制动力地面制动力 是制动时的是制动时的外力，取决于外力，取决于1. 1.制动器内制动摩擦片与制动制动器内制动摩擦片与制动鼓（制动盘）间的摩擦力。鼓（制动盘）间的摩擦力。2.2. 轮胎与地面间的附着力。轮胎与地面间的附着力。第二节第二节 汽车制动性汽车制动性一、地面制动力一、地面制动力车轮在制动时的受力情况，见右

6、图。 rTFXbxbF汽汽 车车 运运 用用 工工 程程6第二节第二节 汽车制动性汽车制动性二、制动器制动力二、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。 rTF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制动力仅与制动器制动器结构参数结构参数有关，有关，它与它与踏板力踏板力成正比。成正比。 汽汽 车车 运运 用用 工工 程程7第二节第二节 汽车制动性汽车制动性三、地面制动力、制动器制动力与附着力的关系三、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最大制动力 地面制动力地面制动力 地面最大制动力地面最大制动力 这表明制动踏板力（

7、或这表明制动踏板力（或气压）上升到一定值，制动气压）上升到一定值，制动力达到地面附着力时，车轮力达到地面附着力时，车轮不转不转即发生即发生抱死抱死。 也就是说：也就是说： 制动力是由制动器产生；制动力是由制动器产生； 制动力是受地面附着制动力是受地面附着力限止的。力限止的。汽汽 车车 运运 用用 工工 程程8第二节第二节 汽车制动性汽车制动性2. 车轮与地面的附着与滑移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。在制动过程中制动轨迹分三阶段。 第一阶段：第一阶段：单纯滚动单纯滚动，印痕的形，印痕的形状基本与轮胎胎面花纹相一致。状基本与轮胎胎面花纹相一致。式中：式中：Va 车轮中心速度

8、；车轮中心速度； ro没有制动力时车轮半径；没有制动力时车轮半径； w车轮的速度。车轮的速度。 第二阶段：第二阶段：边滚边滑可辨别轮边滚边滑可辨别轮胎花纹的印痕，但胎花纹的印痕，但花纹逐渐模糊花纹逐渐模糊。 第三阶段：第三阶段：拖滑拖滑车轮抱死拖滑，车轮抱死拖滑，粗黑印痕，看不出花纹粗黑印痕，看不出花纹。 w=0 滑移率滑移率 纯滚动纯滚动 Va=row S=0 纯拖滑纯拖滑 w=0 S=100%wroaV汽汽 车车 运运 用用 工工 程程9第二节第二节 汽车制动性汽车制动性制动滑移率：制动滑移率： 驱动滑移率：驱动滑移率： VrVSrVrS汽汽 车车 运运 用用 工工 程程10第二节第二节

9、汽车制动性汽车制动性若令 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： spsps13/1ps汽汽 车车 运运 用用 工工 程程11各种路面各种路面平均平均附着系数附着系数路路面面 p p S S 柏柏油油或或砼砼（干干） 0.8 0.9 0.75 柏柏油油（湿湿） 0.5 0.7 0.45 0.60 砼砼（湿湿） 0.8 0.7 砾砾石石 0.6 0.55 土土路路（干干） 0.68 0.65 土土路路（湿湿） 0.55 0.4 0.5 雪雪（压压实实） 0.2 0

10、.15 冰冰 0.1 0.07 第二节第二节 汽车制动性汽车制动性汽汽 车车 运运 用用 工工 程程12第二节第二节 汽车制动性汽车制动性道路的类型、路况道路的类型、路况汽车运动速度汽车运动速度轮胎结构、花纹、材料轮胎结构、花纹、材料汽汽 车车 运运 用用 工工 程程13轮胎磨损轮胎磨损会影响其附着能力。会影响其附着能力。路面的路面的宏观结构宏观结构应有一定的不应有一定的不平度而有自平度而有自排水排水能力；路面的能力；路面的微观结构微观结构应是应是粗糙粗糙且有一定的且有一定的棱角棱角，以，以穿透水膜，穿透水膜，让路面与让路面与胎面直接接触。胎面直接接触。增大轮胎与地面的增大轮胎与地面的接触面积

11、接触面积可可提高附着能力：低气压、宽断提高附着能力：低气压、宽断面和子午线轮胎附着系数大。面和子午线轮胎附着系数大。第二节第二节 汽车制动性汽车制动性滑水现象滑水现象减小了轮胎与地面的附着能力，影响制动、减小了轮胎与地面的附着能力，影响制动、转向能力。转向能力。汽汽 车车 运运 用用 工工 程程14第二节第二节 汽车制动性汽车制动性四、制动距离与制动减速度四、制动距离与制动减速度1. 制动距离制动距离a)a) 定义定义：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。b)b) 影响因素影响因素：制动踏板力、附着系数、汽车载荷、发动机是否结合c) c) 试验要求试验

12、要求：制动踏板力、附着系数、汽车状态做规定。d)d) 设计要求设计要求：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。 汽汽 车车 运运 用用 工工 程程15第二节第二节 汽车制动性汽车制动性2. 制动减速度a) 定义：定义：是地面制动力的反映是地面制动力的反映b) 影响因素影响因素：制动器制动力（车轮滚动时）、附着力（车轮抱死拖滑时）。c) 不同路面上的减速度、平均减速度不同路面上的减速度、平均减速度dtduGFbXbgabbmax dttattatt21121汽汽 车车 运运 用用 工工 程程16第二节第二节 汽车制动性汽车制动性3. 制动距离分析驾驶员反应时间制动器作用

13、时间持续作用时间放松制动器时间汽车制动过程汽汽 车车 运运 用用 工工 程程17第二节第二节 汽车制动性汽车制动性0 . 12 . 0s9 . 02 . 0s0 . 13 . 0432222211111放松制动器时间持续制动时间制动力增长时间时间）制动系反应时间（滞后制动器作用时间：驾驶员移脚时间策时间驾驶员感知、判断、决驾驶员反应时间：汽汽 车车 运运 用用 工工 程程18第二节第二节 汽车制动性汽车制动性制动距离制动距离 指t2和t3走过S2和S3.制动距离的计算制动距离的计算 在 内： Vo制动初速度。 在 内：2t22tVSo2t 222otmaxj61tVS 在t2时间内的S2：在持

14、续制动时间t3内： 以j max 匀减速运动，初速为Ve，Vg=0 故 2222222max61tjtVtVSSSoo max2)max21(max2/2223jtjVjVSoe 8max2max222223tjtVjVSoo 汽汽 车车 运运 用用 工工 程程19第二节第二节 汽车制动性汽车制动性影响制动距离的因素影响制动距离的因素 1、 2、 3、Vo22 tt maxjgmax20022002222maxmax200223292.25)2(6 . 310242)2(xuusuuxxuussssaaa 取取代代，则则用用可可忽忽略略，并并将将（制制动动距距离离）则则汽汽 车车 运运 用用

15、工工 程程20第二节第二节 汽车制动性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对制动距离影响ssss4 . 029 . 03 . 01 . 02222动系而采用加速阀的多路制，列车简单气压制动系的汽车制动系真空助力制动系和气压液压制动系 汽汽 车车 运运 用用 工工 程程214. 制动效能的恒定性第二节第二节 汽车制动性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0.30.4 2、制动器结构盘式制

16、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。汽汽 车车 运运 用用 工工 程程22第二节第二节 汽车制动性汽车制动性五、制动稳定性五、制动稳定性制动过程中，有时会出现制动跑偏，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。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。直线行驶或按预定弯道行驶的能力。汽汽 车车 运运 用用 工工 程程23第二节第二节 汽车制动性汽

17、车制动性1.跑偏跑偏 原因 制造、调整误差造成的左、制造、调整误差造成的左、右制动器制动力不等右制动器制动力不等 设计造成的悬架导向杆系设计造成的悬架导向杆系与转向系拉杆运动干涉与转向系拉杆运动干涉A）未制动时）未制动时B）制动时前轴转动）制动时前轴转动汽汽 车车 运运 用用 工工 程程24第二节第二节 汽车制动性汽车制动性2. 后轴侧滑或前轴失去转向后轴侧滑或前轴失去转向A A曲线曲线: :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 B曲线曲线:前轮抱死，汽车大致按方向行驶。 C C：全部车轮抱死：全部车轮抱死 无无法承受侧向力，但法承受侧向力，但不会旋转

18、。不会旋转。汽汽 车车 运运 用用 工工 程程25第二节第二节 汽车制动性汽车制动性 从保证汽车方向稳定性的角度出发，从保证汽车方向稳定性的角度出发，首先首先不能不能出现只有后轴车轮抱死或后轴车轮比前出现只有后轴车轮抱死或后轴车轮比前轴轴车轮先抱车轮先抱死的情况，以防止危险的后轴侧滑；死的情况，以防止危险的后轴侧滑；其次其次，尽量少，尽量少出现只有前出现只有前轴轴车轮抱死或前、后车轮都抱死的情况，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。以维持汽车的转向能力。 理想的情况理想的情况就是防止任何车轮抱死，前、后车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

19、方向轮都处于滚动状态，这样就可以确保制动时的方向稳定性。稳定性。汽汽 车车 运运 用用 工工 程程26第二节第二节 汽车制动性汽车制动性六、制动力比例关系六、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：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。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。后轮先抱死拖沿，然后

20、前轮抱死拖滑。 3) 前、后轮同时抱死拖滑。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。定性和附着的利用率。汽汽 车车 运运 用用 工工 程程27第二节第二节 汽车制动性汽车制动性1. 地面对前后轮的法向反力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。zgdtdudtdughaLGFdtdughbLGFgzgz21制动强度制动强度z：1zF2zF1xbF2xbFmgghwFjFL1L2L汽汽 车车 运运 用用 工工

21、程程28第二节第二节 汽车制动性汽车制动性 若在不同路面上制动，若在不同路面上制动，前、后轮都抱死，此时前、后轮都抱死，此时gzgzhaLGFhbLGF21GFFXb则 或 gdtdu 按上式，可以分析四轮均按上式，可以分析四轮均抱死时，地面对前、后轮法向抱死时，地面对前、后轮法向反作用力的变化，如右图反作用力的变化，如右图 。汽汽 车车 运运 用用 工工 程程29第二节第二节 汽车制动性汽车制动性2. 理想的前后制动器制动力分配曲线理想的前后制动器制动力分配曲线前后轮同时抱死：前后轮同时抱死： 附着条件充分利用附着条件充分利用 方向稳定性好方向稳定性好 故称为理想制动力分配曲线。故称为理想制

22、动力分配曲线。 在任何路面在任何路面 上，同时抱死的条件为上，同时抱死的条件为 或或 再消去再消去 得得221121 zzFFFFGFF)2(4211122FhGbFGLhbhGFggg 2121hgahgbFFGFF汽汽 车车 运运 用用 工工 程程30)(12FfF第二节第二节 汽车制动性汽车制动性1F2F曲线I曲线器制动力分配曲线即理想的前后制动，则可画出、对于已知、I :),F(fFLLmh122g汽汽 车车 运运 用用 工工 程程31第二节第二节 汽车制动性汽车制动性 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、

23、后轮都抱死后的地面制动力FXb1、FXb2的关系曲线。ghbaGFFF,122汽汽 车车 运运 用用 工工 程程32第二节第二节 汽车制动性汽车制动性七、装载变化对制动性能的影响七、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，即使动，即使Ga不变，质心变化都会对制动效果产生影响。不变，质心变化都会对制动效果产生影响。 1.当当Ga， I曲线上移曲线上移 ， 稳定区扩大。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

24、动距离与载重量有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，关。实践证明，Ga3t汽车，增加汽车，增加1t，S增加增加0.51m。汽汽 车车 运运 用用 工工 程程33第二节第二节 汽车制动性汽车制动性汽汽 车车 运运 用用 工工 程程34第二节第二节 汽车制动性汽车制动性八、双管路制动系统八、双管路制动系统各种布置方案的分析：各种布置方案的分析：1 1、“前后前后”布置布置 a a 一轴失效，制动减速度下降一轴失效，制动减速度下降 b b 若前轴失效，则汽车失去方向稳定性（后抱）若前轴失效，则汽车失去方向稳定性（后抱） c c 前轴失效时，拉手刹不起作用（手刹管后轮）前轴失效

25、时，拉手刹不起作用（手刹管后轮）2 2、“交叉交叉”布置布置 a a 一套失效时，制动减速度减一套失效时，制动减速度减少一半少一半 b b 方向稳定性不丧失方向稳定性不丧失 c c 可能因制动力左右不均而跑可能因制动力左右不均而跑偏偏汽汽 车车 运运 用用 工工 程程353 3、前二后一、前二后一 a a 无论那套回路失效，前轮制动力和将减半无论那套回路失效，前轮制动力和将减半 b b 如果前回路如果前回路(2)(2)失效，制动稳定性不好失效，制动稳定性不好4 4、前二后分别制动、前二后分别制动 a a 一套回路失效一套回路失效, ,则制动力减半，而不丧失稳定性则制动力减半，而不丧失稳定性 b

26、 b 无法用调整前轮回转半径避免制动跑偏无法用调整前轮回转半径避免制动跑偏第二节第二节 汽车制动性汽车制动性汽汽 车车 运运 用用 工工 程程36第二节第二节 汽车制动性汽车制动性九、车轮抱死过程九、车轮抱死过程1. 抱死过程抱死过程假设：假设： 1）V=C 2）Fz=C 3）附着率）附着率滑移率曲线按稳定曲线处理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）制动器摩擦力矩与时间呈线性关系汽汽 车车 运运 用用 工工 程程37第二节第二节 汽车制动性汽车制动性则抱死过程则抱死过程 在在OSc a：OSo 增加缓慢增加缓慢 b：o 缓慢降到缓慢降到c c：o 很快下降到很快下降到

27、c并稳定并稳定 在在Sc1 a：Sc 很快到很快到1 b：c 很快到很快到0 c：c 曲线急降曲线急降可分析出：可分析出： c 正是正是p ，应使防抱死装，应使防抱死装置工作置工作 tz 内应防止车轮滑移内应防止车轮滑移汽汽 车车 运运 用用 工工 程程38第二节第二节 汽车制动性汽车制动性2. 防抱死装置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，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，提高方向稳定性从而在紧急制动时，提高方向稳定性。防抱死装

28、置一般有三部分：防抱死装置一般有三部分：传感器、控制器、压力调节器传感器、控制器、压力调节器。 在正常制动时在正常制动时防抱死装置不起作用防抱死装置不起作用 在紧急制动时在紧急制动时防抱起死装置起作用防抱起死装置起作用 传感器传感器：车轮运动参数。：车轮运动参数。 控制器控制器：分析传感器参数，在将抱死时发出脉冲信号使压：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。力调节器起作用。 压力调节器压力调节器：调节分泵压力，减少分泵压力防止抱死，当：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。车轮转速增加时又恢复制动。汽汽 车车 运运 用用 工工 程程39dtdvd

29、tdv3.910037.256.7162.75100湿7.73508.29.2541.8100干SS减小SVo混凝路无ABS有ABS试条第二节第二节 汽车制动性汽车制动性防抱死装置以防抱死装置以运动参数运动参数来减压或重新制动。来减压或重新制动。对于防抱系统对于防抱系统来说，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：的参数有：车轮角减车轮角减( (加加) )速度和滑动率、车轮角加速度与速度和滑动率、车轮角加速度与半径的乘积、汽车的参考

30、车速和汽车的减速度半径的乘积、汽车的参考车速和汽车的减速度等。等。例：BonZ轿车 ABS以为参量的试验结果 直线：汽汽 车车 运运 用用 工工 程程40第二节第二节 汽车制动性汽车制动性十、缓速制动十、缓速制动 1 1排气制动排气制动 汽汽 车车 运运 用用 工工 程程41第二节第二节 汽车制动性汽车制动性2 2缓速器缓速器 汽汽 车车 运运 用用 工工 程程42 制动性能试验有制动性能试验有路试路试和和台试台试。 路试：参数为路试：参数为S、制动时间、制动时间、 。 条件：路面条件：路面0.7，无风无风3m/s，T为为 537，航，航向角向角 8（不越（不越3.5m车道），冷试验制动器温度

31、车道），冷试验制动器温度100。 热衰退制动器温度：热衰退制动器温度： 轿车轿车250270、中卡、中卡140150、重卡、重卡170200。第二节第二节 汽车制动性汽车制动性十一、汽车制动性能试验十一、汽车制动性能试验tddv汽汽 车车 运运 用用 工工 程程43 下长坡试验：下长坡试验： i：6% Va：60km/h S：6km 剩余制动效能与冷制动比剩余制动效能与冷制动比 75% 防抱死防抱死ABS： 台试：安全检测台试：安全检测第二节第二节 汽车制动性汽车制动性 试验时：冷试验时：冷 汽车先加速到略高汽车先加速到略高Vo，降到，降到Vo再试再试 热热 加热阶段，加速加热阶段，加速0.8

32、Vmax，以，以3 减速减速到初速，制动周期到初速，制动周期4560s，1520次。次。 试验阶段不低于冷制动试验阶段不低于冷制动80%。2/ sm评价稳定性弯道试验湿路面试验 汽汽 车车 运运 用用 工工 程程44第三节第三节 汽车操纵稳定性汽车操纵稳定性汽车操纵性：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。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：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。指汽车抵抗力图改变其位置或行驶方向的外界影

33、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）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：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，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。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。用。影响操纵稳定性有三方面：影响操纵稳定性有三方面： 1、结构参数结构参数：轴距、轮距、重心、轮胎、悬架，定位角及：轴距、轮距、重心、轮胎、悬架，定位角及转向系

34、参数。转向系参数。 2、使用因素使用因素：驾驶员的反应，技术水平，能准确的采取措：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。施，可使汽车处于稳定状态。 3、外界干扰外界干扰：地面不平，横、纵坡，轮胎的附着等。：地面不平，横、纵坡，轮胎的附着等。汽汽 车车 运运 用用 工工 程程45第三节第三节 汽车操纵稳定性汽车操纵稳定性一、汽车操纵稳定性的评价参数一、汽车操纵稳定性的评价参数 1.使用较多的物理量使用较多的物理量 稳态响应及瞬态响应稳态响应及瞬态响应 评价参数：稳态横摆角速度增益，评价参数：稳态横摆角速度增益， 反应时间，横摆角反应时间，横摆角速度波动的无阻尼固有频率速

35、度波动的无阻尼固有频率 横摆角速度的响应特性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：最小转向半径转向半径：最小转向半径 转向轻便性：转向力转向轻便性：转向力 直线行驶性：侧向偏移直线行驶性：侧向偏移 典型行驶工况典型行驶工况：方向盘转角、转向力、侧向加速度、横摆：方向盘转角、转向力、侧向加速度、横摆角速度、侧偏角、车速角速度、侧偏角、车速 极限行驶能力极限行驶能力：极限侧向加速度、极限车速：极限侧向加速度、极限车速汽汽 车车 运运 用用 工工 程程46第三节第

36、三节 汽车操纵稳定性汽车操纵稳定性2.几个方面评价几个方面评价 时域响应时域响应：汽车方向盘输入或干扰输入下的侧向运动响应。：汽车方向盘输入或干扰输入下的侧向运动响应。 频率响应频率响应：汽车方向盘正弦输入，频率：汽车方向盘正弦输入，频率0，汽车横摆角，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。速度与方向盘转角的振幅比及相位差的变化图形。 转向半径转向半径：机动灵活性：机动灵活性 转向轻便性转向轻便性：方向轻便程度：方向轻便程度 直线行驶性直线行驶性：侧向风和地面不平干扰下的时域响应，有时：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。已有包括微曲率弯道行驶。 典型

37、工况性典型工况性：通过某种典型横拟通道的性能。：通过某种典型横拟通道的性能。 极限行驶极限行驶：汽车安全行驶的极限性能。：汽车安全行驶的极限性能。 方向阶跃输入下的时域响应方向阶跃输入下的时域响应： 汽车的时域响应汽车的时域响应瞬态响应随时间变化稳态响应不随时间变化过多转向中性转向不足转向汽汽 车车 运运 用用 工工 程程47第三节第三节 汽车操纵稳定性汽车操纵稳定性二、弹性车轮的侧向偏离及其对转向特性的影响二、弹性车轮的侧向偏离及其对转向特性的影响1 1）车辆坐标系）车辆坐标系 1.轮胎的侧向偏离轮胎的侧向偏离汽汽 车车 运运 用用 工工 程程48第三节第三节 汽车操纵稳定性汽车操纵稳定性2

38、 2）轮胎坐标系）轮胎坐标系 汽汽 车车 运运 用用 工工 程程49第三节第三节 汽车操纵稳定性汽车操纵稳定性3 3）侧向附着率）侧向附着率22max,xhZYFFyZYFF侧向附着率侧向附着率22xhY匀速行驶匀速行驶 ：很大：很大制动过程制动过程：很小，0汽汽 车车 运运 用用 工工 程程50第三节第三节 汽车操纵稳定性汽车操纵稳定性4 4）侧偏现象）侧偏现象车轮行驶方向偏离车轮行驶方向偏离车轮平面的方向车轮平面的方向 车轮静止不动车轮静止不动 车轮受车轮受G Fy作用作用 若若Fy不足以使车轮沿地面滑不足以使车轮沿地面滑动，只产生侧向变形。动，只产生侧向变形。 车轮滚动时车轮滚动时 车轮

39、受车轮受G Fy作用作用 呈一定角度，即偏离角。呈一定角度，即偏离角。汽汽 车车 运运 用用 工工 程程51第三节第三节 汽车操纵稳定性汽车操纵稳定性侧向滑移侧向滑移 滑移区逐渐增加，而附着区逐步减小滑移区逐渐增加，而附着区逐步减小 汽汽 车车 运运 用用 工工 程程52第三节第三节 汽车操纵稳定性汽车操纵稳定性5 5）侧偏特性的影响因素）侧偏特性的影响因素汽汽 车车 运运 用用 工工 程程53第三节第三节 汽车操纵稳定性汽车操纵稳定性汽汽 车车 运运 用用 工工 程程54 2. 车辆转向时的受力分析车辆转向时的受力分析第三节第三节 汽车操纵稳定性汽车操纵稳定性汽汽 车车 运运 用用 工工 程

40、程55 3. 侧偏对汽车转向的影响侧偏对汽车转向的影响第三节第三节 汽车操纵稳定性汽车操纵稳定性1) 中性转向中性转向 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。性转向或正常转向。RLAABBLR , 汽汽 车车 运运 用用 工工 程程56第三节第三节 汽车操纵稳定性汽车操纵稳定性2) 过度转向过度转向RLLABABR , 汽车的转向半径小于刚性车汽车的转向半径小于刚性车轮的转向半径，这种转向特性称轮的转向半径，这种转向特性称之为过度转向。之为过度转向。 在侧向力在侧向力F y作用下，以作用下，以O瞬瞬心作曲线运动惯性力心作曲

41、线运动惯性力Fc的侧向分的侧向分力力Fcy与与Fy相同，使车轮更加偏离，相同，使车轮更加偏离，R更小，失去操纵性。更小，失去操纵性。3) 不足转向不足转向RLAABBLR ,汽汽 车车 运运 用用 工工 程程57 4. 回正力矩回正力矩第三节第三节 汽车操纵稳定性汽车操纵稳定性轮胎侧偏时会产生作用于轮胎绕轮胎侧偏时会产生作用于轮胎绕OZ轴的力矩，圆周行驶时，轴的力矩，圆周行驶时，MZ是转向车轮回复到直线行驶时主是转向车轮回复到直线行驶时主要恢复力矩要恢复力矩回正力矩。回正力矩。 MZ=FY e汽汽 车车 运运 用用 工工 程程58第三节第三节 汽车操纵稳定性汽车操纵稳定性三、转向轮的振动及其稳

42、定效应三、转向轮的振动及其稳定效应 1. 转向轮振动转向轮振动 汽车在行驶中，特别是高速行驶中，往往会产生转向轮振动。汽车在行驶中，特别是高速行驶中，往往会产生转向轮振动。道路使用因素结构因素 . 2 . 1 路面路面 由于由于 悬架悬架 +车轮的弹性车轮的弹性上下跳动上下跳动 转向机构的的弹性转向机构的的弹性左右摆动左右摆动 左右摆动与上下跳动的关系左右摆动与上下跳动的关系回转仪效应回转仪效应 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，与此同时在水轴心），使车轮在垂直平面上摆动某一角度，与此同时在水

43、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。主销摆动。 措施：正确设计悬架的导向装置措施：正确设计悬架的导向装置。汽汽 车车 运运 用用 工工 程程59第三节第三节 汽车操纵稳定性汽车操纵稳定性 车轮质量不平衡车轮质量不平衡 Fcx左、右摆动，左右位置呈左、右摆动，左右位置呈180最不好。最不好。 Fcy上、上跳动上、上跳动 措施：车轮平衡。措施：车轮平衡。 前悬架与转向传动机构的运动学干涉前悬架与转向传动机构的运动学干涉 措施措施: 结构优化，车轮轴与转向节球销圆心靠近。结构优化，车轮轴与转向节球销圆心靠近。汽汽 车车 运

44、运 用用 工工 程程602. 转向轮的稳定效应转向轮的稳定效应第三节第三节 汽车操纵稳定性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。中间位置（转向轮有偏转角）的能力。 稳定效应小稳定效应小驾驶时要经常修正方向。驾驶时要经常修正方向。 稳定效应大稳定效应大转向沉重。转向沉重。 组成：主销内倾角、后倾角，前轮外顷角及轮胎侧组成：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。向偏离产生的回正力矩组成。汽汽 车车 运运 用用 工工 程程61轮胎侧偏轮胎侧偏第三节第三节 汽车操纵稳定性

45、汽车操纵稳定性汽汽 车车 运运 用用 工工 程程62第三节第三节 汽车操纵稳定性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。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。梯形，合力偏距减小。侧向力继续增加，滑移区侧向力

46、继续增加，滑移区不断加大，分布由梯形趋于矩不断加大，分布由梯形趋于矩形，偏距趋于零。形，偏距趋于零。 由此可见，回正力矩在达由此可见，回正力矩在达到最大值后，又开始减小。到最大值后，又开始减小。 随法向载荷增加，回正力随法向载荷增加，回正力矩也随之增大。矩也随之增大。 汽汽 车车 运运 用用 工工 程程63第四节第四节 汽车被动安全性汽车被动安全性一、汽车安全性评价方法一、汽车安全性评价方法 1. 汽车碰撞事故的分析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

47、部分事故(即所谓“典型事故”），便于集中力量进行研究。 2. 碰撞部位分布碰撞部位分布汽汽 车车 运运 用用 工工 程程64第四节第四节 汽车被动安全性汽车被动安全性汽汽 车车 运运 用用 工工 程程65第四节第四节 汽车被动安全性汽车被动安全性 3. 撞车事故人员受伤过程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汽汽 车车 运运 用用 工工 程程663. 被动安全性的评价指标被动安全性的评价指标 第四节第四节 汽车被动安全性汽车被动安全性事故中的受伤人数。事故中的受伤人数。昼夜）；昼夜）；或事故后存活不超过七或事故后存活不超过七场死亡场死亡事故中的死亡人数（

48、当事故中的死亡人数（当SHSSHSN N NNF 3） 危险系数危险系数K。，为加权系数，建议取为加权系数，建议取，未受伤人数；未受伤人数；死伤人数；死伤人数；重伤人数；重伤人数；过四周）；过四周）；轻伤人数（康复期不超轻伤人数（康复期不超13600150321321321K.K.K KKK N N N N NNNNNKNKNKK oSZqoSZqSZq1） 事故严重性因素事故严重性因素F2）死亡人数）死亡人数 常用每百万居民，每百常用每百万居民，每百万公里行程，或每百万部车万公里行程，或每百万部车的事故死亡人数来衡量道路的事故死亡人数来衡量道路交通事故的程度。交通事故的程度。汽汽 车车 运运

49、 用用 工工 程程67第四节第四节 汽车被动安全性汽车被动安全性 据统计值可知，某轿车各个座位的危险系数，如下图据统计值可知，某轿车各个座位的危险系数，如下图汽汽 车车 运运 用用 工工 程程68第四节第四节 汽车被动安全性汽车被动安全性二、内部被动安全性二、内部被动安全性1. 安全车身安全车身 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

50、降低人体减速度。 。汽汽 车车 运运 用用 工工 程程69第四节第四节 汽车被动安全性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汽汽 车车 运运 用用 工工 程程70第四节第四节 汽车被动安全性汽车被动安全性 为了降低为了降低迎面碰撞迎面碰撞时的减速度，可将轿车前部做成褶时的减速度，可将轿车前部做成褶皱区，在碰撞时，可提供皱区，在碰撞时，可提供500600mm的变形行程，以通过的变形行程，以通过褶皱区吸收撞车时的动能。褶皱区吸收撞车时的动能。轿车各部分不同的刚度（乘坐区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）刚度大，保证乘员的幸存空间）后部撞车后部撞车的车速较低

51、，轿车后部的褶皱区的变形过程的车速较低，轿车后部的褶皱区的变形过程约为约为300500mm。侧面撞车侧面撞车时，碰撞部位允许的变形行程很小，应保证时，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。锁机构承受碰撞的能力是一个关键。汽汽 车车 运运 用用 工工 程程71第四节第四节 汽车被动安全性汽车被动安全性汽汽 车车 运运 用用 工工 程程72第四节第四节 汽车被动安全性汽车被动安全性汽汽 车车 运运 用用 工工 程程73第四节第四节 汽车被动安全性汽车被动安全性2. 限制乘

52、员位移限制乘员位移(1) 限制乘员位移的装置中，限制乘员位移的装置中，最简单有效的是安全带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。汽汽 车车 运运 用用 工工 程程74第四节第四节 汽车被动安全性汽车被动安全性汽汽 车车 运运 用用 工工 程程75第四节第四节 汽车被动安全性汽车被动安全性 (2) 安全气囊安全气囊 安全气囊可以不必限制乘客的正常活动安全气囊可以不必限制乘客的正常活动。安全气囊的作用情况，安全气囊的作用情况，传感器传感器1在撞车发生时可感知车身变形在撞车发生时可感知车身变形和减速度，通过和减

53、速度，通过引爆装置引爆装置2使使气体发生器气体发生器3产生了高压氮气和氩产生了高压氮气和氩气进入气进入安全气囊安全气囊4。气囊可在十分之一秒内充气完毕，保护乘客。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秒，气囊的气体通过专门的孔放出，乘客可以自由活动。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使用安全气囊的缺点是在放是在放气时形成气时形成160dB-180dB的声压的声压，另外，成本高。，另外，成本高。汽汽 车车 运运 用用 工工 程程76第四节第四节 汽车被动安全性汽车被动安全性汽汽 车

54、车 运运 用用 工工 程程77第四节第四节 汽车被动安全性汽车被动安全性3. 消除部件致伤因素消除部件致伤因素 在乘坐区设计时必须保证乘员幸存空间内没有致伤部件。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。下图画出了在撞车前、后零件变形界限。界限界限1-1将引起轻伤，将引起轻伤，界限界限2-2导致重伤，而导致重伤，而界限界限3-3将是致命的。将是致命的。生存空间 仪表板下部应安装仪表板下部应安装膝膝部缓冲垫部缓冲垫，风挡玻璃应采，风挡玻璃应采用用钢化或夹层玻璃钢化或夹层玻璃；转向；转向盘可采用盘可采用弹性有波纹弹性有波纹的结的结构，且盘缘可以变形，转构，且盘缘可以变形，转向柱能弯曲或伸缩。向柱能弯曲或伸缩。汽汽 车车 运运 用用 工工 程程78 从图中看出，首先行人腿从图中看出，首先行人腿部碰撞到保险杠上，然后骨部碰撞到保险杠上，然后骨盆与发动机罩前段接触，最盆与发动机罩前段接触，最后头部撞到发动机罩或风挡后头部撞到发动机罩或风挡玻璃上。此时行人被加速到玻璃上。此时行人被加速到车速，即车速，即“ 一次碰撞一次碰撞”。 第四节第四节 汽车被动安全性汽车被动安全性三