第四章汽车的基本性能

第四章汽车的基本性能

一、汽车的动力性 1.汽车的动力性指标 ① 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 90—100 km/h 轿车 150—200 km/h ② 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0—100 km/h 轿车为 10—25 s 从0—70 km/h 大客车为 30—40 s 从0—65 km/h 大货车为 50—60 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20—70 km/h 50—60 s ③ 汽车的最大爬坡度ｉmax 汽车满载，以最低档在良好路面上能爬上的最大坡度 % 。如： α ｉmax 南京IVECO45-10货车 23.3° 43.0 % ZK6700WD 24.0° 44.5 %

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： Te·ｉg·ｉo·ηt∕rd = Ga·f + Ga·ｉ+ СD·A·Vr２∕21.15 + δo·Ga·j∕g ≤ G·ф 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 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 当汽车匀速行使时 Fj = 0，在平路上Fi = 0,图中Ⅳ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 由行使方程式出发：当匀速行驶时 Fj=δo·Ga/g·j = 0 则ｉ= 1/Ga (Te·ｉｏ·ｉｇ·ηt/rd–Ga·f-СD·A·Vr２/21.15) 当平路行驶时 Fi=Ga·ｉ=0 则ｊ=ｇ/Ga/δo(Te·ｉo·ｉg·ηt/rd-Ga·f-СD·A·Vr２/21.15) 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 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 = Ga·f+Ga·ｉ+δo·Ga·ｊ/g D = (Ft-Fw)/Ga = f+ｉ+δo·ｊ/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 • 动力性的分析： • 最高车速Vmax • 在良好水平路面行驶，则ｉ=0；ｊ=0 • 所以 D=ｆ，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，ｊ=0，则D= ｆ+ｉ，ｉ=D-ｆ。 • 即曲线 D与ｆ间垂直距离即为各档的爬坡度ｉ值。 • 加速度能力j • 加速时ｉ=0，则ｊ=ｇ/δ0(D-ｆ) • 即曲线Ｄ与ｆ之间的垂直距离的ｇ/δ0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 = Ge×100/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 • 曲线最低点对应的速度为最经济车速Vi, Vi 越接近常用车速越好。 • 曲线越平坦越好。

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 从安全角度出发，汽车应具备良好的制动性能。 1.评价指标：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制动距离（或制动减速度）。制动效能的恒定性：制动器的抗热衰退性能，即连续制动，制动器温度升高后，其制动效应的保持程度。方向稳定性：汽车按给定轨迹行驶，制动时不发生跑偏、侧滑以及失去转向能力的性能。（1）制动前（切断动力滑行）车轮的以角速度ωw向前滚动车轮随汽车前进速度 Va. Va=ωw×ｒd 车轮的垂直负荷W 地面的垂直反力Z

三、汽车的制动性能 （2）开始制动车轮受到制动力矩Mμ(与旋转方向相反)。由于汽车的惯性力，车桥对车轮产生推力T，使车轮向前平动，其速度为Vw。制动过程中Va 和Vw是不等的, 因而造成了车轮的滑移。车轮的滑移率：Ｓ=(Vw-Va)/Vw =(Vw-ｒd·ωw)/Vw×100％车轮在滑移时，在其接地点A处，路面给车轮一个力ＦB，即为制动力。ＦB = Mμ/ｒd 路面能给车轮提供的制动力ＦB 受附着力的限制，即ＦB ≤Ｆφ=Ｚ·Φ。当 S = 15％—20％时，Φ值最大。当 S = 100％时，车轮抱死。

三、汽车的制动性能 3. 汽车的制动效能 ① 制动减速度汽车受制动力ＦB，做减速运动，制动减速度ｊB。ＦB =ｊB·Ｇa/ｇＧa—整车重力。定义制动强度ＱB：ＱB = ｊB/ｇ = ＦB/Ｇa ——无量纲 (4-3) 则制动减速度：ｊB=ＱB·ｇ=ＦB·ｇ/Ｇa (4-4) 紧急制动，车轮未抱死时，制动力最大值：ＦBmax = Φ·Ｇa 代入 4-3 ＱBmax = Φ 代入 4-4 ｊBmax = Φ·ｇ一般要求：轿车ｊBmax = 0.9—1.0ｇ货车ｊBmax = 0.6ｇ

三、汽车的制动性能 ② 制动距离Ｓ我国交通管理部门规定，车速为 30km/h 时：轿车Ｓ ≤ 6 m 轻型货车Ｓ ≤ 7 m 中型货车Ｓ ≤ 8 m 重型货车Ｓ ≤ 12 m ③ 制动效能的恒定性制动器抗热衰退性，国际标准草案 ISO/DIS6597 规定： ⅰ. 以一定的车速连续制动15次。 ⅱ. 每次制动强度ＱB = 0.3（减速度 3m/ｓ２）。 ⅲ .最后一次制动效能不低于冷制动效能的60%。

三、汽车的制动性能 4. 制动时汽车方向的稳定性 ① 制动时出现下列现象称为失去稳定性：跑偏：制动时汽车自行向左、右偏驶；侧滑：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定性，将导致安全事故。 ② 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；不能出现后轮抱死，或先于前轮抱死的情况——防止侧滑。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。最理想的情况是：在制动过程中，防止任何车轮抱死，即各轮都处于滚动状态。近年发展起来的制动防抱死系统—ABS系统。 “Anti-lock Brake System”

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。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，要将人—车合为一体来评价质量、性能、寿命。汽车产品的直观性质：动力、经济性——产品的高效、节能品质；排放、噪声——产品与环境的关系；耐久性——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，人们对产品提出更好且不那麽直观的要求。操纵方便、灵活、安全；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 1.汽车的操纵稳定性 (1)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：正确遵循驾驶员操作命令，按给顶方向行驶——操作性。行使中能抵抗外界干扰，保持稳定行驶——稳定性。 (2)汽车行驶时的空间运动在 O-XYZ 坐标系中。直线运动：沿X—纵向运动；沿Y--横向运动；沿Z--垂直运动。转动：绕X--侧倾运动；绕Y--俯仰运动；绕Z--横摆运动。则汽车将在这六个自由度上产生: 线位移；角位移；线速度；角速度；加速度。

四、汽车的操纵稳定性和行使平顺性 (3)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： a.行驶中来自外界的干扰——迎面风阻、侧面风、路面不平度。 b.驾驶员施加的操纵动作。对动态过程： a.稳态响应——如打方向盘固定位置不变。 b.瞬态响应——打方向盘，迅速复位。 c.频率特性——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，GB6323-94 包括六项实验： a.稳态回转试验 b.转向回正试验 c.转向轻便性试验 d.方向盘转角阶跃输入，瞬态响应试验。 e.方向盘转角脉冲输入，瞬态响应试验。 f.蛇行试验。

四、汽车的操纵稳定性和行使平顺性 (4)汽车的稳态回转响应（典型）汽车以一定速度沿圆周转向行驶； a.假定车轮无侧向变型。汽车的转向半径R完全取决于前轮的偏转角，而与车速无关。

四、汽车的操纵稳定性和行使平顺性 b.实际工况是汽车在转弯时，轮胎在外力作用下，将发生侧向弹性变形，使其前进方向不再沿自身的旋转平面，而与旋转平面成一夹角α—称为侧偏角。其中前轴侧偏角 α1 ，后轴侧偏角 α2 ，前轮偏转角δ 此时的转弯半径： R = L/tg[δ-(α1-α2)] 从式中可以看出 R 是δ、α1、α2 的函数。打方向盘后δ是常数，α1、α2与轮胎侧向力——离心力——车速有关。 ∴ R = f(V)

四、汽车的操纵稳定性和行使平顺性 前轮偏转角 δ 一定时： a. 当α1＝α2 时，δ-(α1-α2)＝δ，R与车速无关——称为中性转向。 b. 当α1＞α2 时，δ-(α1-α2)＜δ，R随车速升高而增大——称为不足转向。 c. 当α1＜α2 时，δ-(α1-α2)＞δ，R随车速升高而减小——称为过多转向。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。

四、汽车的操纵稳定性和行使平顺性 2. 汽车的行驶平顺性（1）行驶平顺性的含意 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。 b.行使中能保持运载货物的完好外形及性能。（2）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”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。经大量统计、研究，发现有共同规律： a.人体对振动最敏感的频率范围：垂直振动： 4—8 Hz。水平振动： 1—2 Hz。即在这些频率上，人体的胸——腹系统（心脏、胃）会出现共振，使人感到不适。

四、汽车的操纵稳定性和行使平顺性 • b.对于同样的暴露时间（连续承受振动时间） • 频率为 2.8 Hz 以下的振动：水平振动的容许强度（加速度值）低于垂直振动。 • 频率在 2.8 Hz 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，ISO提出国际标准：ISO2631-1978(E)《人体承受全身振动的评价指南》。 • (3) “指南”指出了1—80 Hz 振频范围内，人体对振动反应的三种感觉界限： • 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和安全。 • 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。 • 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，吃、读、写等。

四、汽车的操纵稳定性和行使平顺性 (4)评价指标： a. 加速度加权均方根值将1—80 Hz 范围内的振动1/3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4-8 Hz，水平1-2 Hz ）。 σw = Σ(Wi·σi)２ (m/s２) Wi—频率加权因子。 σi—第i个1/3倍频带上加速度均方根值。 b. 等效均值Ｌeq ( 以对数形式表示的σw )。Ｌeq = 20ｌg·σw/10ˉ６（dB） c. 降低舒适界限ＴCD ；疲劳降低工效限ＴFD。 σw = 5.6/3.15 0.167/ＴCD (h) ＴFD = 3.15ＴCD (h) 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 (5)改善行驶平顺性途径 a.改善路面质量。 b. 合理设计汽车悬架和座椅。

五、汽车的通过性 • 定义：汽车在一定的载荷下，能以足够高的平均经济车速，顺利通过各种路面的能力。 • 通过性的失效形式 • 驱动力失效---地面滑使汽车得不到足够的附着力。 • 间隙不足失效---车辆底部触及障碍。 • 稳定性失效---车辆发生纵向、横向翻倾。 1.通过性指标 • （1）力学通过指标---通过性系数 • Ｓφ = （Ｆφ-ΣＦ）/Ｇa • 从式中可以看出，其物理意义是附着力富裕程度。 • ∴Ｓφ越大，汽车的通过性越好。

五、汽车的通过性 • （2）几何通过指标 • 轴距Ｌ、轮距Ｂ。该二参数越大，汽车越稳定，不容易在纵、横坡上发生翻倾---通过性好。 • 纵向通过半径ρ1、横向通过半径ρ2。该二参数越小，汽车底部不容易触及路面上的小丘、凸起物---通过性好。 • ｈmin越大，通过障碍能力越强---通过性越好。 • d.ｒ1、ｒ2越大，汽车在接近、离开斜坡、台阶或堤岸时，不致触头或抵尾---通过性越好 • e.车轮直径Ｄo越大，汽车越过台阶或障物的能立强---通过性好。

五、汽车的通过性 （3）其它指标 a. 转弯直径：方向盘打到极限位置，汽车的轨迹为最小转弯直径 (半径Ｒmin）。其值越小，通过性越好（机动性好）。 b. 涉水深度：普通车0.6 m ；越野车 1.2 m 。主要取决于汽车进排气口高度；电器设备防水性等。

第四章 汽车的基本性能