第三章-汽车使用性能评价

第三章

汽车使用性能评价目的要求：掌握汽车使用性能指标构成、概念及其评价方法。

重点:一、汽车的动力性二、汽车制动性能三、汽车列车的合理载量第三章

汽车使用性能评价

第一节

汽车使用性能指标汽车使用性能：在一定的使用条件下，汽车以最高效率工作的能力。它包括了容量、使用方便性、速度性能、安全性等。使

用

性

能量

标

和

评

价

参

数使

用

性

能量

标

和

评

价

参

数

容

量额定装载质量(t)单位装载质量(t·m-3)货厢单位有效容积(m3·t-1)货厢单位面积(m2·t-1)座位数和可站立人数速度性能动力性平均技术速度(km·h-1)越野性

机动性汽车最低离地高度接近角离去角纵向通过半径前后轴荷分配轮胎花纹及尺寸轮胎对地面单位压力前后轮辙重合度低速档的动力性驱动轴数最小转弯半径使

用

方

便

性操作方便性每百公里平均操作作业次数

操作力(N)驾驶员座椅可调程度照明、灯光、视野、信号齐全程度出车迅速性汽车起动暖车时间

乘客上下车和货物装卸方便性车门和踏板尺寸及位置、货厢地板高度货厢拦板可倾翻数、有无随车装卸机具可靠性和耐久性大修间隔里程(km)主要总成的更换里程(km)可靠度、千公里故障率故障停车时间(h)安全性稳定性纵向倾翻条件横向倾翻条件制动性制动效能制动效能恒定性、制动时方向稳定性维修性维护和修理工时每千公里维修费、对维修设备的要求乘座舒适性平顺性振动频率振动加速度及变化率、振幅防公害性噪声级CO、HC、NOx排放量、电波干扰设备完备车身类型、空气调节指数车内噪声指标(dB)、座椅结构燃料经济性最低燃料耗量(L·100-1·t-1·km-1)平均最低燃料耗量(L·100-1·km-1)表3-1汽车使用性能指标第三章

汽车使用性能评价

第一节

汽车使用性能指标一、容载量

汽车容载量的概念：汽车能够装载货物的数量或乘座旅客的人数

评价汽车容载量的指标：比装载质量、装载质量利用系数

计算式：比装载质量、装载质量利用系数从不同侧面反映了了汽车结构对各种货物需要的适应能力，前者可与货物的单位容积质量相比，后者直接表征汽车结构对货物的适应性。它们决定了某车型装载何种货物能够装满车厢，或充分地利用汽车的全部装载能力。汽车栏板的标准设计高度一般约在600mm以下。汽车装载质量越大，越不适合装载密度低的货物。

二、汽车的质量利用汽车的质量利用：描述了汽车整备质量与装载质量的关系。通常利用整备质量利用系数评价汽车质量利用的优劣。

整备质量利用系数影响因素：汽车的部件、总成、结构的完善程度以及轻型材料的使用率有关它表明汽车的主要材料的使用水平，进而反映了该车型的设计、制造水平，并间接影响了汽车的使用经济性。三、使用方便性

用于表征汽车运行过程中，驾驶员和乘客的舒适性和疲劳程度，以及对保证运行货物完好无损和装卸货物的适用性和方便性。1．操纵轻便性操纵轻便性主要评价量标：操纵力、操作次数驾驶员座椅参数与调整参数驾驶员的视野参数，如座椅高度、长度、宽度、角度及其调整范围2．乘客上下车方便性重要性：影响城市公共汽车站点的停车时间，从而影响汽车的线路运行时间。影响因素：乘客上下车的方便性，主要取决于车门的布置（轿车）和踏板的结构参数轿车：主要取决于车门支柱的布置。特别是两门轿车保证后座出入方便的影响尤其明显。车门支柱倾斜适当，可改善乘客出入的方便性；客车：主要取决于踏板高度、深度、级数、能见度及车门的宽度。踏板高度和深度应与日常生活中所习惯的楼梯台阶相同。3．装卸货物方便性装卸货物方便性：车辆对装卸货的适应性，用车辆装卸所耗费的时间和劳动力评价表征装卸货物方便性的结构因素：货厢和车身地板的装卸高度；从一面、两面、三面或上面装卸货物的可能性；厢式车车门的构造、布置和尺寸；有无随车装卸货的装置及其效率。4．紧凑性紧凑性的主要评价指标：汽车长度利用系数：汽车长度利用系数是车厢（身）的有效容积内长与汽车外形长度之比汽车外形面积利用系数：汽车的外形面积利用系数为车厢（身）内腔面积与汽车轮廓占地面积的比值紧凑性是评价汽车外形尺寸合理利用的指标。它影响汽车的操纵轻便性、机动性、在受约束条件下的通过性以及停车面积等。5．乘坐舒适性

汽车乘坐舒适性在很大程度上取决于座位的结构。座椅的结构应符合人体工程学的要求，为乘客提供最佳的方便性和最舒适的乘座姿势。座椅的结构参数:

座位的宽度和深度、靠背高度和倾角，以及座椅上乘员的上下自由空间。座椅应具有良好的柔和性：通常用它的振动特性（振幅、频率）和消振速度评价座椅的柔和性。当座椅上乘员的自振频率与车身振动频率的比值为16～20时，座椅的舒适性最好。第二节

汽车使用性能评价一、汽车的动力性

1．汽车的最高车速Vamax，km·h-1；

2．汽车的加速时间t，s；

3．汽车的最大爬坡度imax，%。

（一）汽车驱动力

Ft=Mt

/r

Mt=Meigi0ηT,N·m

1.传动系的机械效率ηT

（传动效率）传动系功率损失:机械损失和液力损失机械损失：齿轮传动副、轴承、油封等处的摩擦损失，机械损失与啮合齿轮的对数、传递的扭矩等因素有关；液力损失：消耗于润滑油的搅动、润滑油与旋转零件之间的表面摩擦等功率损失，液力损失与润滑油的品种、温度、箱体内的油面高度以及齿轮等旋转零件的转速有关。2．车轮的半径（1）自由半径re：车轮处于无载时的几何半径称为自由半径。（2）静力半径rs：在车重的作用下，轮胎发生径向变形时，车轮中心至路面与轮胎接触面间的距离称为静力半径。

（3）动力半径rd

：若除径向载荷外，车轮上还作用有扭矩，此时车轮中心至轮胎与道路接触面切向反作用力之间的距离称为动力半径。（4）滚动半径rk

动力半径的平均值称为滚动半径。引入滚动半径代替动力半径进行力学分析，可以简化分析。以车轮转动圈数与实际车轮滚动距离之间的关系来换算，则可求得车轮的滚动半径rk

式中n—车轮转动的圈数；S—在转动n圈时车轮滚过的距离，m。经验式为

式中F—经验系数，子午线轮胎取3.05，斜交轮胎取2.99；

d—车轮自由直径，m。3.汽车的驱动力图Ft—Va关系曲线称为汽车的牵引特性图，全面表征汽车的驱动力。

图3-2一货车的牵引特性图（二）行驶阻力

1．滚动阻力X2rk＝Mt-aZX2＝Mt/rk-

aZ/rk=Ft-aW/rk若令f=a/rk

，则X2＝Ft-

fW=Ft-Ff汽车驱动轮和从动轮上的滚动阻力总和为Ff=f·G

图3-2一货车的牵引特性图图3-2一货车的牵引特性图图3-6驱动轮在硬路面上的受力图2．空气阻力定义：汽车行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力称为空气阻力。构成：两个部分（1）压力阻力（91%）：作用在汽车外形表面上法向压力的合力在行驶方向的分力。（2）摩擦阻力（9%）：由于空气的粘性在车身表面产生的切向力的合力在行驶方向的分力。

压力阻力又分为4部分：形状阻力（又称压差阻力，占58%）、干扰阻力（14%）、内循环阻力（12%）和诱导阻力（7%）。

汽车外形设计的理论依据--空气动力学理论：

Fw=0.5ρvr2CDF

，N式中CD―空气阻力系数（无量纲）；

F―迎风面积，即汽车行驶方向的投影面积，m2；

ρ―空气密度，一般ρ=1.2258N·s2·m-4；

vr―相对速度，m·s-1，在无风时即汽车行驶速度。

0.5ρvr2为动压力。若忽略空气的运动，Va以km·h-1计，则上式为

Fw=kFVa2/13，N

式中的k为空气阻力换算系数。3．坡度阻力

根据坡度阻力Fi的定义，则

Fi=Gsinα≈Gtgα=i·G，N式中α―坡度角，º；

i―坡度，%。我国交通部标准规定，Ⅳ级公路的坡度i≤9%，所以用i取代sinα的误差不超过0.5%。图3-8汽车上坡受力4．加速阻力

汽车加速时的加速阻力为

式中δ―旋转质量换算系数，（δ>1）；

M―汽车质量，kg；

j―汽车的加速度，m·s-2。

δ主要与飞轮的转动惯量、车轮的转动惯量以及传动系的传动比有关。推导得式中Iw―车轮的转动惯量，kg·m2；

If―飞轮的转动惯量，kg·m2。二、汽车动力性分析根据上述逐项分析，可以得到汽车的行驶方程式为

Ft=Ff+Fw+Fi+Fj1．牵引特性图2．牵引力-行驶阻力平衡图

在汽车牵引特性图基础上，把汽车行驶中总要遇到的滚动阻力和空气阻力也算出并画上，就成了汽车驱动力—行驶阻力平衡图

（１）求最高车速

Ft4=Ff+Fw，汽车处于相对稳定的平衡状态。图中最高车速为88km·h-1。

（２）求最大爬坡度Fy为汽车在良好路面上克服Ff+Fw后的余力故

Fy=Ft-(Ff+Fw)

Ff+Fw

=fG+kFVa2/13汽车最大爬坡度imax为头档时的最大爬坡度，其数值可按下式近似求出

imax

≈[Ftmax-(Ff+Fw)]/G图3-9驱动力—行驶阻力平衡图图3-9驱动力—行驶阻力平衡图（３）其他情况从图中还可以看出，当车速低于最高车速时，驱动力大于行驶阻力。这样，汽车就可以利用剩余的驱动力加速、爬坡或牵引挂车。当用来牵引挂车时就称为挂钩牵引力。当需要在60km·h-1等速行驶时，驾驶员可以关小节流阀开度，此时发动机只用部分负荷特性工作。2．动力特性图

由前苏联科学院院士楚达柯夫提出评价汽车动力性的综合性指标—动力因数。如果把驱动力与空气阻力之差称为剩余驱动力，那么，单位车重的剩余驱动力则称为动力因数D。式中的Ψ称为道路阻力系数。动力因数与车速的关系曲线图称为动力特性图图3-10汽车的动力特性图图3-10汽车的动力特性图（1）确定最高车速

Ψ=f，不可能加速，故

D=f

在图上作f线，它与直接档D曲线的交点处的车速，便是汽车的最高车速。（2）确定爬坡能力假设汽车上坡时不作冲坡，以等速运行，则

D=Ψ=f+ii=D-f

imax=Dmax–f

（3）确定加速能力

假设加速时i=0，故

D=f+δj/gj=g(D–f)/δ

D曲线与f曲线间距离的g/δ倍就是汽车各档的加速度。当求直接档的加速度时，可取δ≈1，g≈10m·s-2。因此，加速度值就是D曲线与f曲线间距离之10倍。图3-10汽车的动力特性图（3）确定加速能力

假设加速时i=0，故

D=f+δj/gj=g(D–f)/δ

D曲线与f曲线间距离的g/δ倍就是汽车各档的加速度。当求直接档的加速度时，可取δ≈1，g≈10m·s-2。因此，加速度值就是D曲线与f曲线间距离之10倍。二、汽车燃料经济性

汽车燃料经济性的重要意义:战略意义

交通运输消耗石油产品的比重高西欧工业发达国家:34％～45％；美国:52％；中国:16。

1993年我国已经成为个石油产品的纯进口国，预计到2010年将达到2.1亿吨

石油安全战略：提高石油战略储备，到2005年中国将储备1500万吨，约维持1个月中国石油储备基地总共规划了三期，其储量安排大致是：第一期1000万至1200万吨；第二期2800万吨；第三期2800万吨（日本169天；美国7月）。战术意义汽车运输的燃料费占汽车运输成本的20％以上燃油附加费用征收办法施行后，燃料成本大幅度增加,达到37.5％～44.5％，甚至高达60％以上。（一）汽车燃料经济性的评价指标

评价指标：单位行程的燃料消耗量，即L·100-1·km-1，或单位运输工作量的燃料消耗量，即L·100-1·t-1·km-1或L·100-1·P-1·km-1作为评价指标。燃料经济特性：单位行程的燃料消耗量与车速的关系曲线汽车的经济性因数：汽车燃料经济性也可用汽车消耗单位量燃料所经过的行程如美国采用每加仑燃料能行驶的英里数，即MPG或mile／USgal。其数值越大，汽车的燃料经济性越好。

平均燃料运行消耗特性：单位行程的燃料消耗量与有效载荷Ge（单位为t）之间的关系曲线（二）汽车燃料经济性试验方法

1．影响汽车燃料经济性的使用因素

包括：（1）道路条件如道路等级、类型及路况；（2）交通情况如交通流密度及构成，行人、车辆构成；（3）驾驶习惯如车速、加速与减速强度，加速踏板的使用情况；（4）气候条件如气温、风、雨、雾、雪等。2．测定汽车燃料经济性的试验方法

试验方法可分4种：

（1）不加以控制的道路试验

如果对影响汽车燃料经济性的使用因素都不加以控制的试验，则称为“不控制的道路试验”。如我国过去汽车运输企业采用“使用油耗试验”优点：这试验结果非常接近实际情况的试验；

缺点：试验持续时间很长，试验费用巨大，试验结果只能在本区域使用。（2）控制的道路试验

在道路试验中测量油耗，若维持影响汽车燃料经济性的使用因素中一个或几个因素不变，则称作“控制的道路试验”。优点：试验省时、节省费用，通过这种道路试验，可以分析各种道路条件因素对燃料经济性的定量影响。缺点：试验条件要求较高，国外是在汽车试验场的专用试验道路上进行类似的油耗试验，使得道路条件的划分能满足试验要求。模型在具体一个企业中使用的精度较不加以控制的道路试验低。

（3）道路循环试验（包括等油耗、加速、制动油耗等）

汽车完全按规定的车速—时间规范进行的道路试验方法被称为“道路循环试验”。实验规范中规定换档时刻、制动时间，以及行车速度、加速度。制动减速度等数值、等速行驶油耗试验和怠速油耗试验是这类试验中2种最简单的循环试验方法。优点：建立起具有普遍规律的评价模型。缺点：路上控制难度高。（4）在汽车底盘测功器（即转鼓试验台）上的循环试验

利用汽车测功器在室内进行油耗循环试验。

优点：可不受外界气候条件的限制；可对不同气温条件的汽车工况进行模拟试验；室内便于控制行驶状况，故能采用符合实际的复杂循环；可以同时进行燃料经济性与排气污染试验；能采用多种测量油耗的方法，如质量法、体积法与碳平衡法。缺点：不易准确地确定道路的滚动阻力与汽车的空气阻力；室内冷却风扇产生的冷却气流与道路上行驶时的实际情况有差异；难以给出准确的惯性阻力。（三）汽车燃料消耗量的计算1．影响因素影响因素按来源分为：①车辆因素，包括结构、工艺水平、车况；②道路因素，如尚有道路、载荷、运距；③环境条件，如气温、风、雨、雾、交通情况等；④驾驶技术水平。根据影响因素的特点，这些因素可分为：①随机因素；②自然因素；③人为因素。2．定额法计算公式燃料消耗定额：汽车在不同运行条件下运行时所消耗的燃料限额，可用于限制和考核汽车运行燃料经济性。（1）载货汽车运行燃料消耗量计算式

Q=∑(qa+qbWi+qc△G)SiKriKhiKti/100(3.22)

式中i—运行条件，i=1,2,…,n；

qa—汽车空驶基本燃料消耗量，L·100-1·km-1；

qb—货物（旅客）周转量的基本附加燃料消耗量，

L·100-1·t-1·km-1

或L·1000-1·p-1·km-1；

qc—整备质量变化的基本附加燃料消耗量，L·100-1·t-1·km-1；

Si—该运行条件下汽车行驶里程，km；

Wi—该运行条件下汽车的载质量，t；△G—汽车整备质量增量，t；

Kri—该运行条件下道路修正系数；

Khi—该运行条件下海拔高度修正系数；

Kti—该运行条件下气温修正系数。2．计算公式（2）大型载客汽车运行燃料消耗量计算公式为

Q=∑(qa+qbNi+qc△G)SiKriKhiKti/100(3.23)

（3）轿车运行燃料消耗量计算公式为

Q=∑qSiKriKhiKti/100(3.24)式中q—轿车空车质量综合基本燃料消耗量，L·100-1·km-1；

Ni—该运行条件下乘客人数，P；

△G—汽车整备质量增量，t；

表3-4

气温区间及修正系数Kti月平均气温t(℃)>2828～55～-5-5～-15-15～-25<-25Kt1.021.001.031.061.091.13表3-5道路分级和修正系数Kri道路类别公

路

等

级城

市

道

路

等

级修正系数1类道路2类道路3类道路4类道路5类道路6类道路平原、微陵一、二、三级公路平原、微陵四级公路山岭、重丘一、二、三级公路平原、微陵级外公路山岭、重丘四级公路山岭、重丘级外公路

平原、微陵一、二、三级公路

重丘一、二、三级公路

级外公路1.001.101.251.351.451.70表3-6海拔高度修正系数Khi海拔高度（100m）≤55～1515～2525～35>35Kh1.001.031.071.131.20（四）提高汽车使用燃料经济性的途径和技术目前国内外汽车节油途径，概括起来有两方面措施：使用措施和结构措施。

1．使用措施（1）行驶速度汽车等速油耗在中速时最低，低速时稍高，高速时随车速提高而迅速增长，这是因为…。（2）档位选择档位越低，后备功率越大，发动机的负荷率越低，有效油耗率也就越高。而使用高档位时情形相反，所以一般尽可能用高档行驶。

(3)挂车的使用运输企业中汽车普遍拖带挂车，这是提高生产率和降低成本，包括降低油耗的一项有效措施(4)正确的调整和保养汽车的前轮定位正确，制动器摩擦片与制动鼓有正常间隙，轮胎气压正常，各相对运动零部件滑磨表面光洁，间隙恰当并有充分的润滑油时，底盘的行驶阻力减小，滑行距离便大大增加。(5)正确的驾驶方法①合理选用档位正确地完成换档操作②控制行车温度包括发动机冷却水温度、机油温度、发动机罩内气温、变速器和驱动桥齿轮油温度等。③合理利用滑行合理利用滑行也是节油的有效驾驶技术之一。汽车滑行可分为减速滑行、加速滑行和下坡滑行。2．结构措施

提高压缩比

改进进排气系统

选择合理的配气相位

改进化油器

采用稀混合气

减少强制怠速油耗

闭缸节油技术

汽车轻量化

减少滚动阻力

减少空气阻力

选择最佳传动比三、汽车的制动性能（一）制动性的评价指标

1、制动效能，即制动减速度与制动距离；

2、制动效能的恒定性，如抗热衰退性能；

3、制动时汽车的方向稳定性，即制动时汽车不发生跑偏、侧滑以及失去转向能力的性能。（二）汽车的制动效能

1、制动减速度

jmax=Фg，m·s-2

Ф—S曲线ΦsΦPΦ2．制动时间

t1=t′1+t″1，称为驾驶员的反应时间。这段时间一般为0.3～1.0s。t2=t′2+t″2称为制动器的起作用时间或滞后时间。t2一般为0.2～0.9s。t3称为持续制动时间t4为制动器制动力的消除时间，一般为0.2～1.0s3．制动距离

制动距离：汽车速度为Va0时（空档），从驾驶员踩着制动踏板开始到汽车停止所驶过的距离。而汽车驶过的距离为制动距离：（三）汽车制动效能的恒定性

制动器的抗热衰退性能一般用一系列连续制动时，制动效能的保持程度来衡量。制动器的热衰退和制动器摩擦副材料以及制动器结构有关。铸铁的成分、金相组织、硬度以及石棉摩擦材料的成分、工艺过程以及结构对摩擦副的摩擦性能都有影响。摩擦片材料：石棉、粉末冶金提高石棉摩擦材料的抗热衰退性能办法有以下几种：

（1）采用耐热的粘合剂。如环氧树脂等改性的酚醛树脂。有时还用无机粘合剂。（2）减少有机成分的含量，增加金属添加剂的成分。

（3）使摩擦片具有一定的气孔。（4）多数树脂模制摩擦片，经初期衰退后便不再衰退，因此可在使用前先进行表面处理，使其产生表面热稳定层来缓和衰退。（