汽车性能、结构与安全.ppt
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1、第五章 汽车性能、结构与安全,袁 媛,安全:回归社会公众利益本位的品牌诉求,当中国的客车市场新产品迷炫人眼、新造型层出不穷之时,客车产品同质化也日益严重、客运企业营运利润不断下降。于是,急功近利甚嚣尘上,客车事故接连发生7月11日,公安部召开新闻发布会,公安部交通管理局副局长王金彪在会上指出:今年上半年,全国共发生道路交通事故190270起,造成41933人死亡、221838人受伤,直接财产损失7.1亿元。其中,营运车辆交通肇事55939起,造成16102人死亡,分别占总数的29.4%和3.4。在一次死亡10人特大交通事故中,营运车辆肇事20起,占76.9%。在这些交通事故中,除人为因素外,客
2、车本身的安全性也是重要的原因之一。8月3日,由中国汽车工程学会主持的中国客车安全调查结果在北京公布。在被调查统计的12大项中,就有五项调查结果属于客车本身的安全因素,主要是(百分比为选择比例)制动性能(33.36%)、缺少乘客安全带(31.80%)、驾驶员视野受阻(29.71%)、发动机自燃(23.01%)、爆胎(20.52%)。,第一节 汽车使用性能与交通安全,买车考虑因素:动力、安全、操控、舒适、外观、价格、油耗、排量、进口/国产.选什么?为什么?一、汽车动力性能指标汽车动力是汽车最基本的性能1。汽车动力性指标1)最高车速满载、良好水平路面能达到的最高行驶速度条件:水平路面,无风、良好天气
3、,一般小车:3000rpm 120Km(5档)5500rpm 220Km(5档)2)加速时间衡量汽车加速能力原地起步加速时间 0100Km/h所用时间,620秒超车加速时间3040km/h至某一高速,3)最大爬坡度 满载、良好路面能上坡的最大坡度轿车无爬坡指标货车imax30,16.70越野车imax60,310,2。汽车行驶受力分析,3.汽车驱动力,发动机扭矩经多级传输,驱动轮扭矩:,发动机特性曲线发动机输出力矩、功率、油耗 与转速 关系测试条件:发动机供油门一定,发动机扭矩随转速关系,传动系统的机械效率驱动轮输出功率与发动机输出功率之比,4.汽车行驶阻力,1)滚动阻力车轮滚动,轮胎在路面上
4、产生切向力和轴向力,力的相互作用使轮胎和路面变形。,轮胎变形 与轮胎结构、压力、载重等有关,影响滚动阻力因素 轮胎结构、气压、载荷、车速、驱动转矩2)空气阻力汽车行驶与空气形成相对运动,空气作用在汽车外表面上的法向分力称压力阻力摩擦阻力:具有粘度的空气作用在汽车外表面上的切向分力称摩擦阻力,形状阻力 58干扰阻力 14内循环阻力 12诱导阻力 7摩擦阻力 9,3)上坡阻力,4)加速阻力Fj 汽车加速需克服其质量加速运动的惯性力即为加速阻力,5.汽车行驶的驱动和附着条件,汽车行驶驱动力必须满足条件,动力因素 汽车动力性能与什么有关?,驱动力质量,7.汽车加速性能,第二节 汽车安全行驶性能,一、汽
5、车制动安全性1。汽车制动基本原理制动过程制动器制动力Fu,地面制动力,制动器作用在车轮上力,地面作用在车轮上力,2.路面附着系数,地面制动力、制动器制动力、附着力关系地面制动力线性变化地面最大制动力与 地面附着系数有关,车轮滚动状态,附着系数随滑动率变化,附着系数随滑差变化O A 段A B 段B 段以后影响附着系数的因素道路材料、轮胎材料、结构、气压等环境影响,水作用,路面污染,3.制动过程,汽车制动过程(4个阶段),4.前后制动力分配,探讨汽车前后轴制动力大小和制动时间先后不同对制动性能的影响,5.制动性能评价指标,汽车制动性能评价指标 制动效能、制动效能恒定性、方向稳定性、操纵轻便和反应灵
6、敏性制动效能指汽车迅速降低行驶速度,直至停车能力汽车制动效能评价指标 制动距离、制动减速度、制动力、制动时间,(1)制动减速度,制动器减速度要合理应用?,(2)制动距离 直接直观反映汽车制动性能,(3)制动力和制动协调时间制动效能与制动器制动力,制动器协调时间有关检测、评价较方便制动力间接反应制动效能,2)制动方向稳定性(1)制动跑偏:制动力不等、前轮定位失准、机械运动干涉(2)制动侧滑:附着系数、车轮抱死、载荷不均,前后轮不同抱死侧滑情况,后轮先抱死,前轮无制动:V25km/h轻微侧滑,V=50km/h侧滑严重,曲线a后轮无制动,前轮有足够制动力:侧滑小,曲线b前后都有制动力:后轮先于前轮抱
7、死时间短于0.5秒,侧滑小;大于0.5秒,严重侧滑,前轮先抱死侧滑分析,后轴不抱死,无侧滑,速度Vb,前轮抱死,无足够侧向力,产生侧滑,速度V侧,质心C惯性力Fj垂直方向分力与前轴侧滑力V侧相反,阻止侧滑进一步加大,后轮先抱死侧滑分析,Fj与后轮侧滑方向相同,加剧了侧滑,不能保证制动稳定性,3)制动效能恒定性 制动器抗热衰退和水湿恢复能力热衰退:汽车频繁制动,制动器温度300400度,制动器温度上升,摩擦力矩下降热衰退与制动器材料、结构有关水衰退汽车涉水,水进入制动器,摩擦表面浸水使制动器短时失效,制动效能降低,4)ABS防抱死系统,ABS发展:70年代 分立、模拟电路、可靠性差80年代 汽车
8、上开始使用95年50车辆用ABS04年 国产轿车大部分有了ABS,ABS工作原理,组成:传感器、控制器与制动压力调节器制动过程:半抱死半滚动优点:缩短制动距离(冰雪、湿滑路面除外)提高制动稳定性(不侧滑、不甩尾)保持制动时方向可控改善轮胎磨损状态,ABS防抱死系统,实现ABS控制关键技术:附着系数检测,判别车轮稳定工作区、非稳定工作区参数检测:轮速、角加速度、车辆速度参考车速和移滑率计算路面附着状态识别ABS的组成:普通制动系统车轮速度传感器ABS电控单元制动压力调节装置制动控制电路,二、汽车操纵稳定性,含义操纵性:汽车能按驾驶员要求,维持、改变原行驶方向能力稳定性:驾驶过程受到各种外部干扰,
9、能尽快恢复原行驶状态而不失去控制的能力,1.汽车保持操纵稳定性的重要性,操纵稳定性不好的表现:发飘、反应迟钝、丧失路感、失控,2.影响汽车操纵稳定性的主要因素,1)轮胎侧偏影响:产生一个不由驾驶员控制的附加转向力,影响汽车操纵特性2)车辆悬架弹性系统影响3)车辆倾斜效应4)空气动力影响:测向力、升力、轮胎侧偏刚度,3.汽车稳态转向特性,1)轮胎的侧偏特性:刚性车轮:测向力没有超过车轮与地面的附着极限,没有侧向滑移。超过车轮与地面的附着极限,存在侧向滑移。,弹性车轮:不转静止状态有侧向力情况:没有达到地面附着极限,行驶方向为AA侧偏角与侧偏力有关,2)刚性车轮转向几何关系,结论:刚性车轮,只要侧
10、偏力小于测向附着力,车轮不会移滑,转向稳定,3)弹性车转向几何关系,图略,4)汽车稳态转向特性,试验方法:保持汽车方向盘转角不变,汽车以不同速度作圆周运动,测定车速和横摆角速度,判断汽车转向稳定性中性转向、不足转向和过度转向,4.汽车行驶稳定性的极限,(1)汽车抗侧滑性车轮移滑:汽车侧向力 路面附着力,重力与离心力在路面方向上分力同相,符合取“-”。反之取“+”。,(2)汽车抗横向倾覆当一面车轮法向反作用力为零,车辆将发生倾覆,5.汽车操纵稳定性试验和评价,1)常用的操纵性稳定试验和评价试验方法:角阶跃、角脉冲、正弦角输入回正试验、蛇行、移线、8字型行驶稳态圆周试验、风扰动反应、横摆动角速度评
11、价方法:客观评价:仪器检测主观评价:人工体验和感受 客观评价法是通过测试仪器测出表征性能的物理量如横摆角速度、侧向加速度、侧倾角及转向力等来评价操纵稳定性的方法。主观评价法就是让试验评价者根据试验时自己的感觉来进行评价。汽车操纵稳定性仿真试验,2)人机紧急状态操纵稳定性试验,人、机统一考虑,自成一个闭环系统躲避试验:模拟突遇障碍物,要求车辆快速并入另一车道。蛇行穿杆试验,A级车是1997年9月份在欧洲率先推出的紧凑式微型车。由于重心过高以及无ESP等问题容易发生翻车事故,被全部招回进行轮胎及部件设置的修改A级车的总布置具有十分新颖的特点,有人称是轿车设计的一次革命。它的车身短小,车长只有3.5
12、8米,而乘员厢长度达1.835米,相于奔驰C级车的乘员厢总长及空间(参阅两车乘员舱尺寸对照表)。尤其突出的是它的安全性能高,在碰撞试验中,车内乘员安全保护与奔驰E级车相当。这些优点都是A级车创造性总体布置的结果。,6。提高操纵稳定性主要措施,1)动力转向普通转向不能满足安全、舒适、灵活要求,采用动力转向解决。2)自适应感应控制:自动纠偏3)报警与自动控制:防超速、追尾4)四轮转向:转向更灵活、自如5)制动转向控制:提高制动中转向准确性6)驱动力自动调节:提高转向和直线行驶稳定性,第三节 汽车安全装置与结构,汽车结构优劣对行车安全意义重大本节内容:视野,灯光,仪表与显示,驾驶环境,汽车安全防护装
13、置一、驾驶视野1.视野种类和要求前方(直接)视野后方(间接)视野存在视野盲区,尽量避免和弥补,2.汽车最佳驾驶视野1)前上方视野区域前上方视野区域大 小要合适,制动距离与前上方最小视角a,表58,2)汽车前下方视野区域下方视野合理取舍,过大或过小都不利3)汽车间接视野通过后视镜间接看到汽车侧后方区域,但存在盲区。后视镜位置:人的视野有限,需转动头部扩大视区,安装后视镜位置有明确规定采用变曲率大视野后视镜减少盲区,3)汽车视野检测眼椭圆法、投影目测法、计算机测量和模拟、经纬仪法,二、汽车灯光,1.前照灯组成:灯泡组件、反光罩和透光玻璃。采用双丝灯泡:远光灯丝位于反光罩的焦点上,近光灯丝位于焦点上
14、方。在近光灯丝下方加有金属遮罩,下部分的光线被遮罩挡住,以防止光线向上反射及直接照射对方驾驶员而引起眩目。反光罩的形状是一旋转抛物面,将灯泡远光灯丝发出的光线聚合成平行光束,并使光度增大几百倍。透光玻璃是许多透镜和棱镜的组合体,其上有皱纹和棱格。光线通过时,透镜和棱镜的折射作用使一部分光束折射并分散到汽车的两侧和车前路面上,以照亮驾驶员的视线范围。,前照灯配光标准,I区,表示路面的光照度的区,产生眩目方面较为危险的区,主要的测试点有约50 m 距离处的迎面汽车驾驶员眼睛的位置B50L、约50 m距离及75 m距离处的车道右边线光照度两点50R 及75R,路面的附近(距离汽车前面1025 m)的
15、区,汽车灯具新技术主动式弯道照明灯,三、车辆信号和仪表,1。车辆仪表检测数据:车速、发动机转速、水温、油压、电压、燃油量等显示和警示信号:制动、转向、远光等要求:准确、突出主要有用信息、设计满足使用要求2。信号显示信号显示在安全中的重要性,四、驾驶员工作环境,1.减少噪音措施车内噪声来源:发动机、传动系统、排气、轮胎、风扇噪音1)降噪方法:降低噪声源噪声低噪音结构设计、发动机噪声改善、改善结构振动特性,降低辐射噪声、降低排气噪音、降低轮胎噪音隔声方法将声源与周围环境隔离,使其辐射不能直接传输到周围区域,达到降低噪声目的。,吸声方法在空间布置吸声材料,降低声能反射,降低噪音阻尼方法汽车壳体金属薄
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