第2章道路车辆动力学基础

第二章道路车辆动力学基础第一节车辆动力性第二节车辆制动性评价指标第三节汽车横向稳定性分析第一节汽车动力性一、汽车行驶方程式二、驱动力1驱动力与发动机转矩的关系

2发动机外特性曲线

3发动机转速与车速的关系4驱动力图汽车驱动力汽车速度三、汽车的行驶阻力1滚动阻力2空气阻力3坡度阻力4加速阻力四、车辆行驶的驱动条件与附着条件1车辆行驶驱动条件驱动条件是车辆行驶的必要条件，还不是充分条件。2车辆行驶驱动条件附着条件或内容是：驱动力不能超过驱动轴的附着力和滚动阻力之和。

则汽车的驱动和附着条件为:五、车辆动力性指标1爬坡能力

2加速能力3最大车速加速度等于零时，速度达到最大值。第二节车辆制动性评价指标一、制动减速度国标GB7258规定的汽车减速度和制动稳定性检验标准车辆类型制动初速度满载检验充分出发的平均减速度空载检验充分出发的平均减速度制动稳定性要求车辆任何部位不得超出的试车道宽度座位数≤9客车50≥5.9≥6.22.5总质量＜4.5t汽车50≥5.4≥5.82.51其他汽车、汽车列车及无轨电车50≥5.0≥5.43.0二、制动时间减速度达到最大停车或碰撞制动器开始作用脚移到制动踏板脚从加速踏板移开危险物被察觉t1tat2

t3tb第一阶段时间称为驾驶人反应时间。它包括从驾驶人发现危险物，开始意识到需要紧急制动，然后控制右脚把它移动到制动踏板上为止所需的时间。这一段反应时间与驾驶员的年龄、技术水平、健康状况等许多因素有关。一般驾驶员的反应时间为0.3~1.0s，反应慢的可达1.7s，酒后开车可达2.0s以上。通常取的平均值为1.0s。

汽车类型制动系协调时间,sm<4.5t≤0.33s4.5t≤m≤12t≤0.45sm>12t≤0.56s国家标准GB7258规定对汽车制动系协调时间检查标准：第二阶段制动系统协调时间为:第三阶段时间称为持续制动时间，它是从达到最大减速度开始，保持减速度不变，直到停车所经历的时间。根据匀变速运动，可求得持续制动时间为：车辆的总制动时间：三、制动距离阶段车辆驶过的距离为：速度与加速度图整个(＋)制动期间所对应的面积ABCDE：总制动距离为：阶段的制动距离为：四、地面制动力车辆状况空载满载制动力总和占整车重量的百分比(%)≥60≥50主要承载轴的制动力占该轴轴荷的百分比(%)≥60≥50注：1.前轴左右轮制动力不均衡应小于空载前轴负荷的5%。2.后轴左右轮制动力不均衡应小于空载后轴负荷的8%。五、汽车跑偏量制动过程中车辆维持直线行驶，或按预定弯道行驶的能力称为方向稳定性。车辆制动方向稳定性包括跑偏和侧滑两种情况。跑偏的原因主要是左、右轮特别是左、右转向轮制动力不相等引起的，通过维修和调整可以减轻，以致消除跑偏现象。但侧滑却不同，侧滑是指车轮连车轴的侧向滑移，这常常由于紧急制动车轮被抱死后，侧向附着系数趋于零，使路面丧失了抵抗侧滑的能力造成的。只要各车轮制动力与惯性力稍不平衡，车辆就出现甩尾、回转，完全失去了方向操纵稳定性。第三节汽车横向稳定性分析当平均转向角θ较小时1.低速时车辆转向半径一、车辆转向特性2．车轮的侧偏角车辆转弯时,其质心作用有向心加速度（离心力），与之对应，地面对车轮作用有方向相反的向心力(侧向力)。它只能由路面提供，也就是路面对轮胎接地点作用有侧向力，也称为转向力。由轮轴传过来的离心力

作用在轮心处。由于这一对力的存在使车轮滚动的轨迹不在自身平面

线上，而是在偏离

角的

线上，因为轮胎具有一定的弹性，在轮胎与地面接触点附近侧向弯曲，使

点不是落在

点，而是落在

点。紧接着

点不落在

点，而落在

点，……，结果使滚动的轨迹相对车轮平面向外偏了一个

角(称为偏离角或侧偏角)。侧向力越大，侧偏角也就越大。另外，侧偏角还与轮胎构造、轮胎花纹、胎内充气压力、路面法向反力等因素有关车轮侧偏角3．考虑侧偏角时的转向半径车辆转向时，由于向外的离心力使车轮出现侧偏角，特别是当车速较高时，侧偏角较大。前轮在向内转过平均转向角的基础上，再向外转过平均侧偏角1，才得到前轴中点A的速度方向。后轮向外转过平均侧偏角2，得到后轮中点B的速度方向。过A点和B点分别作速度vA和vB方向的垂线，它们的交点O就是该瞬时车辆的转动中心，距离OD就是转向半径R。3．考虑侧偏角时的转向半径二、车辆横向稳定性1．转弯时车辆的侧向稳定性1）侧翻的临界速度2）侧滑临界速度3）路面外侧超高时临界速度（1）根据侧翻临界条件（2）根据侧滑的临界条件三、横向与纵向联合的附着条件1．路面与轮胎间附着力的各种可能状况路面与轮胎之间的附着力(摩擦力)可以沿接触面作用在任何方向，总是与相对滑动的方向相反。1）轮胎沿直线自由滚动，轮胎与路面间没有相对滑动趋势，附着力等于零。2）车辆转弯，轮胎自由滚动，轮胎与路面之间纵向没有相对滑动趋势，但在横向，轮胎有向外滑动趋势，因此受到路面给它向内的转向力，其最大值为四、横向与纵向联合的附着条件1．路面与轮胎间附着力的各种可能状况车辆直线驱动车辆直线制动车辆转弯驱动

5）车辆转弯同时驱动时，驱动轮上既受到向内转向的侧向力，又受到一个向前的驱动力，如右图所示。把两个力按矢量合成，其合力不能超过路面所能提供的附着力，即3）车辆直线驱动，驱动轮胎有向后滑动的趋势，因此受到路面给它的向前的驱动力，如左图所示。它的最大值：4）车辆直线制动，制动轮有向前滑动趋势，因此受到路面给它的向后的制动力，如中图所示，它的最大值为：6）车辆转弯同时制动时，在制动轮胎上既受到向内转向的侧向力，又受到一个与运动方向相反的向后制动力。把两个力按矢量合成的合力不能超过路面所能提供的附着力，即：当车辆转弯同时驱动或制动时，路面作用在轮胎上附着力（摩擦力）的方向，既不是横向，也不是纵向，而是两者合成的方向。随着横向转向力和纵向的驱动力或制动力的变化，由它们合成的附着力的方向也跟着变化。把可能的矢量尖端连起来是一个圆，通常称为摩擦图，也可称为附着圆。在驱动条件下，车轮滑转率s为：在制动条件下，车轮的滑动率s为：不同的侧偏角，轮胎的侧向附着力和横向附着力也不同。通常侧偏角增加，使得横向附着力增加。尽管如此，把附着力近似地看作沿各个方向大小相等而引入附着圆的概念，适用于分析车辆在各种行驶条件下的受力状态。

纵向与横向附着系数

2．制动对转向的影响若前轮抱死，后轮没有抱死。虽然后轮仍有相当的横向附着力，不至于发生侧滑，但前轮不能提供横向转向力。即使前轮转过一定角度，车辆仍将向前滑动，以致冲出弯道。也就是说，前轮的转向控制失效。若后轮抱死，前轮没有抱死。虽然前轮转向仍有效，但后轮却得不到足够的横向附着力而向外甩尾，甚至整个车辆旋转180°而造成交通事故。为了防止上述两种情况，现代汽车普遍采用制动防抱死装置（ABS），始终保持车轮又滚又滑。车轮既有较大的纵向制动力，又有相当的横向转向力，从而避免车辆侧滑的发生。根据附着圆的概念，在转向过程中进行制动，路面所能提供的横向附着力将比减小。当车轮全抱死(＝100%)时，将趋近于零，从而导致车轮侧滑。在车辆转向的同时制动时，路