第四章汽車的基本性能

1、第四章第四章 汽車的基本性能汽車的基本性能 一、汽車的動力性汽車的動力性 1.汽車的動力性指標 最高車速 Vmax 在良好的水平路面上（瀝青、混凝土），汽車能達到的最高行使速度。 客車 90100 km/h 轎車 150200 km/h 汽車的加速時間 原地起步加速時間：由靜止起步、換檔加速至最高檔時達到某予定車速所需時間。 如：從0100 km/h 轎車為 1025 s 從070 km/h 大客車為 3040 s 從065 km/h 大貨車為 5060 s超車加速時間：從某一中等速度全力加速至某一高速度所需的時間（以最高或次高檔操作）。 如：客車 從2070 km/h 5060 s 汽車的最

2、大爬坡度 max 汽車滿載，以最低檔在良好路面上能爬上的最大坡度 % 。 如： max 南京IVECO45-10貨車 23.3 43.0 % ZK6700WD 24.0 44.5 %一、汽車的動力性一、汽車的動力性其它指標： 比功率 Pemax/m 比扭矩 Temax/m Pemax發(fā)動機最大功率 Temax發(fā)動機最大扭矩 m汽車總質量2驅動力阻力平衡圖 為表征汽車的動力性，建立汽車的驅動力阻力平衡圖平衡圖。 根據前進的汽車行駛條件，代入各項，得汽車的行駛方程： TeTeggotrd otrd = Gaf + Ga = Gaf + Ga+ DAVr+ DAVr21.15 + oGajg 21.

3、15 + oGajg G G 給定汽車的有關參數和發(fā)動機的外特性曲線，便可在同一座標系上做出驅動力阻力平衡圖。 一、汽車的動力性一、汽車的動力性 發(fā)動機的外特性是指發(fā)動機油門全開，發(fā)動機的扭矩、功率等參數隨轉速變化的關系。一、汽車的動力性一、汽車的動力性 當汽車勻速行使時 Fj = 0，在平路上Fi = 0,圖中檔的Ft 線與阻力線 Ff + Fw的交點可對應找出最高車速（平路直線行使）。 一、汽車的動力性一、汽車的動力性由行使方程式出發(fā)：當勻速行駛時 Fj=oGa/gj = 0 則則 = 1/Ga (Te= 1/Ga (Tet/rdGaf-t/rdGaf-DAVrDAVr/21.15) /2

4、1.15) 當平路行駛時 Fi=Ga=0 則則 = =/Ga/o(Te/Ga/o(Teoogt/rd-Gaf-gt/rd-Gaf-DAVrDAVr/21.15) /21.15) 由上述驅動力阻力特性圖可相應作出汽車的爬坡度、加速度曲線。 一、汽車的動力性一、汽車的動力性3.汽車的動力因數、動力特性圖 上述平衡圖對具體車而言一個車一個樣，不便相對比較，則設法排除汽車本身的總重力（質量），變成無量綱的參數進行比較、評價，則具有普遍性。 動力因數： D = (Ft-Fw)/Ga Ft = Ff+Fi+Fw+Fj Ft-Fw = Ff+Fi+Fj = Gaf+Ga+oGa/g D = (Ft-Fw)/

5、Ga D = (Ft-Fw)/Ga = f+ = f+o+o/g/g 它是一個無量綱單位，其物理意義為：汽車單位總重力所具有的驅動力儲備。 由此式及驅動力-行駛阻力平衡圖可做出動力特性圖。一、汽車的動力性一、汽車的動力性動力性的分析： 最高車速Vmax 在良好水平路面行駛，則 =0；=0 所以 D=，圖上f曲線與最高檔 D曲線交點對應出 Vmax。 爬坡度i爬坡時，=0，則D= +，=D-。 即曲線 D與間垂直距離即為各檔的爬坡度值。 加速度能力j加速時 =0，則 =/0(D-)即曲線與之間的垂直距離的/0倍，即為各檔的加速度值。上述為描述汽車動力性的基本理論和方法。二、汽車的燃料經濟性二、汽

6、車的燃料經濟性 1. 評價指標我國和歐洲使用等速百公里油耗 Qs(l/hkm)。 該值由產品定型實驗實測得出。理論計算可以大致推出： Qs = Ge100/Va Ge 發(fā)動機每小時耗油量（l/h）. Va 平均車速（km/h）.美國使用單位燃料消耗量行駛里程 MPG。 Miles per Gallon (miles/USgal)。2. 燃料經濟性等速百公里油耗Qs是汽車結構參數及使用因素的函數。 在某一檔位，一定道路上，Qs 與Va 的關系曲線 Qs=f(Va)稱為該車的燃料經濟特性。二、汽車的燃料經濟性二、汽車的燃料經濟性曲線最低點對應的速度為最經濟車速Vi, Vi 越接近常用車速越好。 曲

7、線越平坦越好。 二、汽車的燃料經濟性二、汽車的燃料經濟性3. 變工況油耗 百公里油耗不是汽車的典型情況，實際運行情況常常包括：加速、減速、滑行、停車、起步等，各國制定了典型的循環(huán)行使實驗工況。 我國制定有：貨車六工況；客車四工況；轎車十五工況等。 按規(guī)定循環(huán)行駛幾個循環(huán)，測出油耗量，換算成百公里油耗值。 三、汽車的制動性能三、汽車的制動性能從安全角度出發(fā)，汽車應具備良好的制動性能。從安全角度出發(fā)，汽車應具備良好的制動性能。1.評價指標評價指標：制動效能制動效能：在良好路面上以一定初速度行駛，從開始制動到停車的：在良好路面上以一定初速度行駛，從開始制動到停車的 制動距離（或制動減速度）。制動距離

8、（或制動減速度）。制動效能的恒定性制動效能的恒定性：制動器的抗熱衰退性能，即連續(xù)制動，制動器：制動器的抗熱衰退性能，即連續(xù)制動，制動器 溫度升高后，其制動效應的保持程度。溫度升高后，其制動效應的保持程度。方向穩(wěn)定性方向穩(wěn)定性：汽車按給定軌跡行駛，制動時不發(fā)生跑偏、側滑以及：汽車按給定軌跡行駛，制動時不發(fā)生跑偏、側滑以及 失去轉向能力的性能。失去轉向能力的性能。（1 1）制動前（切斷動力滑行）制動前（切斷動力滑行） 車輪的以角速度車輪的以角速度ww向前滾動向前滾動 車輪隨汽車前進速度車輪隨汽車前進速度 Va. Va. Va=w Va=wd d 車輪的垂直負荷車輪的垂直負荷W W 地面的垂直反力地

9、面的垂直反力Z Z三、汽車的制動性能三、汽車的制動性能（2 2）開始制動開始制動 車輪受到制動力矩車輪受到制動力矩M(M(與旋轉方向相反與旋轉方向相反) )。 由于汽車的慣性力，車橋對車輪產生推力由于汽車的慣性力，車橋對車輪產生推力T T，使車輪向前平動，使車輪向前平動，其速度為其速度為VwVw。制動過程中。制動過程中Va Va 和和VwVw是不等的是不等的, , 因而造成了車輪的滑移。因而造成了車輪的滑移。車輪的車輪的滑移率滑移率： =(Vw-Va)/Vw =(Vw-=(Vw-Va)/Vw =(Vw-dw)/Vwdw)/Vw100100 車輪在滑移時，在其接地點車輪在滑移時，在其接地點A A

10、處，路面給車輪一個力處，路面給車輪一個力B B，即為，即為制動力。制動力。 B = M/B = M/d d 路面能給車輪提供的制動力路面能給車輪提供的制動力B B 受附著力的限制，即受附著力的限制，即 B B =。 當當 S = 15S = 152020時，時，值值最大最大。 當當 S = 100S = 100時，車輪抱死時，車輪抱死。 三、汽車的制動性能三、汽車的制動性能3. 3. 汽車的制動效能汽車的制動效能 制動減速度制動減速度 汽車受制動力汽車受制動力B B，做減速運動，制動減速度，做減速運動，制動減速度B B。 B =B =BBa/a/ aa整車重力。整車重力。 定義制動強度定義制動

11、強度B B： B = B = B/B/ = = B/B/a a 無量綱無量綱 (4-3)(4-3) 則制動減速度：則制動減速度： B=B=BB= =BB/ /a (4-4) a (4-4) 緊急制動，車輪未抱死時，制動力最大值：緊急制動，車輪未抱死時，制動力最大值： Bmax = Bmax = a a 代入代入 4-3 4-3 Bmax = Bmax = 代入代入 4-4 4-4 Bmax = Bmax = 一般要求：轎車一般要求：轎車 Bmax = 0.91.0Bmax = 0.91.0 貨車貨車 Bmax = 0.6Bmax = 0.6 三、汽車的制動性能三、汽車的制動性能 制動距離制動距

12、離 我國交通管理部門規(guī)定，車速為我國交通管理部門規(guī)定，車速為 30km/h 30km/h 時：時： 轎車轎車 6 m 6 m 輕型貨車輕型貨車 7 m 7 m 中型貨車中型貨車 8 m 8 m 重型貨車重型貨車 12 m 12 m 制動效能的恒定性制動效能的恒定性 制動器抗熱衰退性，國際標準草案制動器抗熱衰退性，國際標準草案 ISO/DIS6597 ISO/DIS6597 規(guī)定：規(guī)定： . . 以一定的車速連續(xù)制動以一定的車速連續(xù)制動1515次。次。 . . 每次制動強度每次制動強度 B = 0.3B = 0.3（減速度（減速度 3m/3m/）。）。 . .最后一次制動效能不低于冷制動效能的最

13、后一次制動效能不低于冷制動效能的60%60%。三、汽車的制動性能三、汽車的制動性能4. 4. 制動時汽車方向的穩(wěn)定性制動時汽車方向的穩(wěn)定性 制動時出現下列現象稱為失去穩(wěn)定性制動時出現下列現象稱為失去穩(wěn)定性： 跑偏跑偏：制動時汽車自行向左、右偏駛；：制動時汽車自行向左、右偏駛； 側滑側滑：制動時汽車一軸或兩軸發(fā)生橫向移動。：制動時汽車一軸或兩軸發(fā)生橫向移動。 前輪失去導向能力：彎道轉向時制動，汽車不按原軌跡行使，沿切前輪失去導向能力：彎道轉向時制動，汽車不按原軌跡行使，沿切線駛出；直行時打方向盤制動，汽車不轉彎仍直行。線駛出；直行時打方向盤制動，汽車不轉彎仍直行。 汽車在制動時失去穩(wěn)定性，將導致

14、安全事故。汽車在制動時失去穩(wěn)定性，將導致安全事故。 保證汽車制動方向穩(wěn)定性的措施保證汽車制動方向穩(wěn)定性的措施： 合理分配前、后軸制動器的制動力合理分配前、后軸制動器的制動力； 不能出現后輪抱死，或先于前輪抱死的情況不能出現后輪抱死，或先于前輪抱死的情況防止側滑防止側滑。 盡量不出現前輪抱死或前后輪都抱死的情況盡量不出現前輪抱死或前后輪都抱死的情況維持轉向能力維持轉向能力。 最理想的情況是：在制動過程中，防止任何車輪抱死，即最理想的情況是：在制動過程中，防止任何車輪抱死，即各輪都處各輪都處于滾動狀態(tài)于滾動狀態(tài)。 近年發(fā)展起來的制動防抱死系統(tǒng)近年發(fā)展起來的制動防抱死系統(tǒng)ABSABS系統(tǒng)。系統(tǒng)。 “

15、Anti-lock Brake System”Anti-lock Brake System”四、汽車的操縱穩(wěn)定性和行使平順性四、汽車的操縱穩(wěn)定性和行使平順性 跟其他商品相比，汽車既有其共性，又有其特性。跟其他商品相比，汽車既有其共性，又有其特性。 共性：對產品的質量、性能、壽命提出要求。共性：對產品的質量、性能、壽命提出要求。 特性：汽車作為載人交通工具，要將特性：汽車作為載人交通工具，要將人人車合為一體來評價車合為一體來評價質量、質量、性能、壽命。性能、壽命。 汽車產品的直觀性質：汽車產品的直觀性質： 動力、經濟性動力、經濟性產品的高效、節(jié)能品質；產品的高效、節(jié)能品質； 排放、噪聲排放、噪聲

16、產品與環(huán)境的關系；產品與環(huán)境的關系； 耐久性耐久性產品的使用壽命。產品的使用壽命。 汽車產品的內含性質：隨著社會發(fā)展，技術進步，人們對產品提汽車產品的內含性質：隨著社會發(fā)展，技術進步，人們對產品提出更好且不那麼直觀的要求。出更好且不那麼直觀的要求。 操縱方便、靈活、安全操縱方便、靈活、安全； 乘座舒適乘座舒適。 這兩個性質不象其它性質可以直觀評價，必須將其固有性質和這兩個性質不象其它性質可以直觀評價，必須將其固有性質和人聯系在一起進行研究和評價，這就是本節(jié)要討論的內容。人聯系在一起進行研究和評價，這就是本節(jié)要討論的內容。四、汽車的操縱穩(wěn)定性和行使平順性四、汽車的操縱穩(wěn)定性和行使平順性1.1.汽

17、車的操縱穩(wěn)定性汽車的操縱穩(wěn)定性 (1)(1)操穩(wěn)性概念操穩(wěn)性概念： 汽車的操穩(wěn)性尚無完整、明確定義，人們公認的概念：汽車的操穩(wěn)性尚無完整、明確定義，人們公認的概念：正確遵循駕駛員操作命令，按給頂方向行駛正確遵循駕駛員操作命令，按給頂方向行駛操作性操作性。行使中能抵抗外界干擾，保持穩(wěn)定行駛行使中能抵抗外界干擾，保持穩(wěn)定行駛穩(wěn)定性穩(wěn)定性。 (2)(2)汽車行駛時的空間運動汽車行駛時的空間運動 在在 O-XYZ O-XYZ 坐標系中。坐標系中。 直線運動：直線運動：沿沿XX縱向運動；縱向運動；沿沿Y-Y-橫向運動；橫向運動；沿沿Z-Z-垂直運動垂直運動。轉動：轉動：繞繞X-X-側傾運動；側傾運動；繞

18、繞Y-Y-俯仰運動；俯仰運動；繞繞Z-Z-橫擺運動橫擺運動。則汽車將在這六個自由度上產生則汽車將在這六個自由度上產生: :線位移；角位移；線位移；角位移；線速度；角速度；線速度；角速度；加速度加速度。四、汽車的操縱穩(wěn)定性和行使平順性四、汽車的操縱穩(wěn)定性和行使平順性(3)(3)汽車行駛的動態(tài)過程汽車行駛的動態(tài)過程 汽車行駛中，前述運動參數不斷變化，其原因來自兩方面：汽車行駛中，前述運動參數不斷變化，其原因來自兩方面： a.a.行駛中來自外界的干擾行駛中來自外界的干擾迎面風阻、側面風、路面不平度。迎面風阻、側面風、路面不平度。 b.b.駕駛員施加的操縱動作駕駛員施加的操縱動作。 對動態(tài)過程：對動態(tài)

19、過程： a.a.穩(wěn)態(tài)響應穩(wěn)態(tài)響應如打方向盤固定位置不變。如打方向盤固定位置不變。 b.b.瞬態(tài)響應瞬態(tài)響應打方向盤，迅速復位。打方向盤，迅速復位。 c.c.頻率特性頻率特性與頻率有關物理量的變化。與頻率有關物理量的變化。 動態(tài)過程的研究很深入，主要采用試驗方法，動態(tài)過程的研究很深入，主要采用試驗方法，GB6323-94 GB6323-94 包括六項實驗：包括六項實驗： a.a.穩(wěn)態(tài)回轉試驗穩(wěn)態(tài)回轉試驗 b.b.轉向回正試驗轉向回正試驗 c.c.轉向輕便性試驗轉向輕便性試驗 d.d.方向盤轉角階躍輸入方向盤轉角階躍輸入，瞬態(tài)響應試驗。，瞬態(tài)響應試驗。 e.e.方向盤轉角脈沖輸入方向盤轉角脈沖輸入

20、，瞬態(tài)響應試驗。，瞬態(tài)響應試驗。 f.f.蛇行試驗蛇行試驗。四、汽車的操縱穩(wěn)定性和行使平順性四、汽車的操縱穩(wěn)定性和行使平順性(4)(4)汽車的穩(wěn)態(tài)回轉響應汽車的穩(wěn)態(tài)回轉響應（典型）（典型） 汽車以一定速度沿圓周轉向行駛；汽車以一定速度沿圓周轉向行駛； a.a.假定假定車輪無側向變型。汽車的車輪無側向變型。汽車的轉向半徑轉向半徑R R完全取決于前輪的偏轉角，完全取決于前輪的偏轉角，而與車速無關而與車速無關。四、汽車的操縱穩(wěn)定性和行使平順性四、汽車的操縱穩(wěn)定性和行使平順性 b. b.實際工況是汽車在轉彎實際工況是汽車在轉彎時，輪胎在外力作用下，時，輪胎在外力作用下，將發(fā)生將發(fā)生側向彈性變形側向彈性

21、變形，使，使其前進方向不再沿自身的其前進方向不再沿自身的旋轉平面，而與旋轉平面旋轉平面，而與旋轉平面成一夾角成一夾角稱為稱為側偏角側偏角。 其中前軸側偏角其中前軸側偏角 1 1 ，后軸側偏角后軸側偏角 2 2 ，前輪偏，前輪偏轉角轉角 此時的轉彎半徑：此時的轉彎半徑： R = L/tg-(1-2)R = L/tg-(1-2) 從式中可以看出從式中可以看出 R R 是是、11、2 2 的函數。的函數。 打方向盤后打方向盤后是常數，是常數，11、22與輪胎側向力與輪胎側向力離心力離心力車速車速有關。有關。 R = f(V) R = f(V)四、汽車的操縱穩(wěn)定性和行使平順性四、汽車的操縱穩(wěn)定性和行使

22、平順性 前輪偏轉角前輪偏轉角 一定時：一定時： a. a. 當當112 2 時，時，-(1-2)-(1-2)，R R與車速無關與車速無關稱為稱為中性中性轉向轉向。 b. b. 當當112 2 時，時，-(1-2)-(1-2)，R R隨車速升高而增大隨車速升高而增大稱稱為為不足轉向不足轉向。 c. c. 當當112 2 時，時，-(1-2)-(1-2)，R R隨車速升高而減小隨車速升高而減小稱稱為為過多轉向過多轉向。 一般認為：一般認為：具有適度的不足轉向度，汽車有良好的操縱穩(wěn)定性具有適度的不足轉向度，汽車有良好的操縱穩(wěn)定性。 四、汽車的操縱穩(wěn)定性和行使平順性四、汽車的操縱穩(wěn)定性和行使平順性2.

23、 2. 汽車的行駛平順性汽車的行駛平順性（1 1）行駛平順性的含意行駛平順性的含意 a.a.汽車在行駛中，保持乘員所處的振動環(huán)境具有一定的舒適度：行駛汽車在行駛中，保持乘員所處的振動環(huán)境具有一定的舒適度：行駛中能保持正常的活動（吃、喝、讀、寫、說）；到達目的地后能保持中能保持正常的活動（吃、喝、讀、寫、說）；到達目的地后能保持良好的健康及心理狀態(tài)。良好的健康及心理狀態(tài)。 b.b.行使中能保持運載貨物的完好外形及性能。行使中能保持運載貨物的完好外形及性能。（2 2）人體對振動的反應人體對振動的反應 人體對振動的反應是十分復雜的過程，除客觀反應（振動頻率、振人體對振動的反應是十分復雜的過程，除客觀

24、反應（振動頻率、振動強度）外，還有主觀反應（心理狀態(tài)、生理狀態(tài)）。目前對采用動強度）外，還有主觀反應（心理狀態(tài)、生理狀態(tài)）。目前對采用“心理物理量心理物理量”的評價進行了研究，但還沒有公認的評價指標。所以的評價進行了研究，但還沒有公認的評價指標。所以采用主觀感覺為依據。采用主觀感覺為依據。 經大量統(tǒng)計、研究，發(fā)現有共同規(guī)律：經大量統(tǒng)計、研究，發(fā)現有共同規(guī)律： a.a.人體對振動最敏感的頻率范圍：人體對振動最敏感的頻率范圍： 垂直振動：垂直振動： 48 Hz48 Hz。 水平振動：水平振動： 12 Hz12 Hz。 即在這些頻率上，人體的胸即在這些頻率上，人體的胸腹系統(tǒng)（心臟、胃）會出現腹系統(tǒng)（

25、心臟、胃）會出現共振共振，使人感到不適。使人感到不適。四、汽車的操縱穩(wěn)定性和行使平順性四、汽車的操縱穩(wěn)定性和行使平順性 b. b.對于同樣的暴露時間（連續(xù)承受振動時間）對于同樣的暴露時間（連續(xù)承受振動時間） 頻率為頻率為 2.8 Hz 2.8 Hz 以下的振動：水平振動的容許強度（加速度值）低以下的振動：水平振動的容許強度（加速度值）低于垂直振動于垂直振動。 頻率在頻率在 2.8 Hz 2.8 Hz 以上的振動：水平振動的容許強度高于垂直振動以上的振動：水平振動的容許強度高于垂直振動。 綜合大量研究，綜合大量研究，ISOISO提出國際標準：提出國際標準：ISO2631-1978(E)ISO26

26、31-1978(E)人體承受全人體承受全身振動的評價指南身振動的評價指南。(3) (3) “指南指南”指出了指出了180 Hz 180 Hz 振頻范圍內，人體對振動反應的三種感振頻范圍內，人體對振動反應的三種感覺界限覺界限： 暴露極限暴露極限：人體可以承受振動量的上限，在此限內人體將保持健康：人體可以承受振動量的上限，在此限內人體將保持健康和安全。和安全。 疲勞降低工效限疲勞降低工效限：駕駛員承受的振動在此限內，能保持正常操作。：駕駛員承受的振動在此限內，能保持正常操作。 舒適降低界限舒適降低界限：在此限內，人在車上感覺良好，能維持正?；顒?，：在此限內，人在車上感覺良好，能維持正?；顒樱?、讀

27、、寫等。吃、讀、寫等。 四、汽車的操縱穩(wěn)定性和行使平順性四、汽車的操縱穩(wěn)定性和行使平順性(4)(4)評價指標評價指標：a. a. 加速度加權均方根值加速度加權均方根值 將將180 Hz 180 Hz 范圍內的振動范圍內的振動1/31/3倍頻帶上，不同頻率成份的振動，折倍頻帶上，不同頻率成份的振動，折算后等效于人體最敏感的頻率上（垂直算后等效于人體最敏感的頻率上（垂直4-8 Hz4-8 Hz，水平，水平1-2 Hz 1-2 Hz ）。）。 w = (Wii)w = (Wii) (m/s(m/s) ) Wi Wi頻率加權因子。頻率加權因子。 ii第第i i個個1/31/3倍頻帶上加速度均方根值。倍

28、頻帶上加速度均方根值。b. b. 等效均值等效均值 eq ( eq ( 以對數形式表示的以對數形式表示的w )w )。 eq = 20eq = 20gw/10gw/10 （dBdB）c. c. 降低舒適界限降低舒適界限 CD CD ；疲勞降低工效限疲勞降低工效限 FDFD。 w = 5.6/3.15 0.167/w = 5.6/3.15 0.167/CD (h)CD (h) FD = 3.15FD = 3.15CD (h)CD (h) 從彼此間的函數關系可看出，三個指標完全等價。從彼此間的函數關系可看出，三個指標完全等價。四、汽車的操縱穩(wěn)定性和行使平順性四、汽車的操縱穩(wěn)定性和行使平順性(5)(5)改善行駛平順性途徑改善行駛平順性途徑 a.a. 改善路面質量。改善路面質量。 b. b. 合理設計汽車懸架和座椅合理設計汽車懸架和座椅。五、五、 汽車的通過性汽車的通過性 定義定義：汽車在一定的載荷下，能以足夠高的平