汽车应用基础--汽车安全性1

上次课内容综述1、汽车燃油汽油：辛烷、异辛烷柴油：十六烷经济性评价：单位行程燃油耗量（L/100km）2、汽车燃油经济性计算理论方程3、汽车燃油经济特性曲线：Qc＝f（Va）4、《JB3840—2004》——六工况耗油指标测试5、提高经济性措施●政策方面●车辆结构●使用技巧共32页第1页§3.3汽车行驶安全性影响汽车行驶安全性的因素●人：交通参与者性格、体能、经验、状态●车：汽车结构、行驶稳定、技术状况●路：线形、路面状况、交通设施、交通管理●环境：对人、车、路的影响因素。如：风、雨、雪、雾等。在此安全体系中汽车安全性是最大的潜在危机。共32页第2页汽车安全性能●主动安全性车辆本身防止或减少交通事故的性能。●被动安全性交通事故发生后，车辆本身防止或减轻人员伤亡和财产损失的性能。●事故后安全性交通事故后汽车能减轻事故后果。如消除后果所需的时间、避免新事故连锁。●生态安全性排放、噪声、电磁干扰。共32页第3页§3.3.1汽车的制动性汽车制动性是主动安全性的最重要性能。体现了汽车行驶中按需要强制减速直至停止的能力。一、汽车制动功能汽车制动是汽车行驶中最常用的操作之一，汽车制动性能优劣是评价汽车安全性的重要指标。环境的复杂性：上坡、弯道、让车、停车、意外驾驶员将采取制动减速措施，并迅速判断完成相应操作。共32页第4页制动性对汽车使用的影响良好的制动性能使高速行驶的车辆迅速、安全减速直至停止，可最大限度减少碰撞、侧滑等交通事故，提高正常行驶平均行驶速度，获取较高运输效率。交通法规明确规定驾驶下列故障车使严重的违法行为：●制动故障●照明故障共32页第5页1、影响制动性的直接因素行进中的汽车能否及时停车取决于两个因素：●车辆内部产生的制动力矩●车轮与地面的附着力具有一定质量、高速行驶的汽车，若需强制减速或及时停止，需要克服巨大的惯性力。安全停车距离：车辆按一定的速度在良好路面行驶条件下，紧急停车所需的最短距离。共32页第6页2、制动过程相关概念●制动力与行驶方向相反，能使汽车迅速减速直至停止的外力的总和。外力——地面摩擦力、空气阻力实际上汽车制动时，空气外力显得太小，因此产生制动效果的外力主要来源地面对车轮胎的切向反力。制动力由车辆制动系统产生的反向力矩形成，属于内力。共32页第7页●地面制动力地面对车辆轮胎的切向反力，是产生制动效果的主要影响因素之一。与车辆行驶的驱动条件相同，地面制动力是被动力，取决于当时的附着系数μ。相同条件下，μ值越大，所需制动的安全距离越短。由于车辆各轮胎表面、地面状况不同，制动时四轮阻力是不均匀的，因此紧急制动时常伴随着随机的侧向力。共32页第8页●制动器制动力矩使驱动车轮停转的反向力矩。反向力矩由车辆制动系统产生，是主动力，也是车辆制动的先决条件。但作为内力必须通过地面的附着关系转化成外力。●制动过程制动外力取决于摩擦力，而在极为短暂的制动过程中，摩擦力的变化随相对滑移的变化而变化。因此制动过程是一个及其复杂的动力传递过程。附着系数变化正压力变化相对滑移程度变化共32页第9页●相对滑移与四轮均衡四轮（或更多）之间存在差异瞬间、偶发的侧向力车辆装载中心位置引发的力矩在制动力的作用下，车轮与地面可达到纯滑动，即在反向力矩将车轮抱死后汽车仍因巨大的惯性前进。相对滑移：（轮速－车速）/车速实测数据表明，车轮与地面相对滑移在10～12％时，附着系数达到最大值。制动跑偏侧滑共32页第10页●制动方程FB＝Fμ（Mμ/r）≤Fη即车辆制动力取决制动力矩、车轮半径，有效值小于或等于地面制动力。受力平衡方程：Gaj＋Fη＝0j为制动过程中的减速加速度（变量），Ga为车辆总质量（恒量）。共32页第11页制动时相对运动过程车轮正压力加速度阻力行驶方向汽车制动时增大制动踏板的作用力，制动装置产生的Mμ增大，车轮与地面的相对运动：近似纯滚动边滚边滑车轴抱死滑移整车静止共32页第12页制动力矩制动外力由力偶产生的旋转作用导致车辆侧滑的趋势。这是行车紧急制动时的大忌，包括质心较低的轿车，出现侧滑也容易产生甩尾，甚至侧向翻到。无驾驶经验的司机，驾驶大型载重车在速度80km/h以上紧急制动时，由于中心高，装载不均衡，几乎都要侧翻。制动过程左右车轮制动力相等，无跑偏，维持直线运行。制动过程左右车轮制动力不相等，将承受附加力矩无法维持直线运行车辆质心位置共32页第13页总制动力合成示意图二、紧急制动安全性分析由于紧急制动都是发生在意外情况，完成时间非常短暂，驾驶员仅能下意识操作。影响安全的主要因素：●四轮之间摩擦力的差异●装载时车辆重心偏移形心●纯滑动造成地面制动力的不稳定共32页第14页车轴抱死状态汽车制动最终必将达到四轮抱死的结果，此时增加了摩擦的不稳定性；而且抱死的时刻存在时间差异。理论上分析表明，车轴抱死对理想的车辆、理想的路面来说，不存在危险性。但实际上由于受力状态不可能均衡导致侧滑。车轴抱死＝侧滑！！！共32页第15页正常操作的缺陷驾驶员右脚下意识踩下制动踏板，减速的惯性使脚上压力大增，导致制动程度加剧，最终制动装置将车轴抱死。汽车轨迹：跑偏、侧滑车速过高、制动力过大严重还会使车辆侧翻，干扰周边行人、车辆，发生交通事故。制动系统改进：●自动防车轴抱死装置（ABS）●四轮平衡系统共32页第16页高速公路紧急制动导致侧翻紧急制动时因车轴抱死，导致巨大的侧向转矩，重心高、质量大的货运车极易侧翻共32页第17页三、ABS简介（Anti-lockBrakingSystem）ABS是一种汽车制动时，自动防止驱动、从动车轴立刻被抱死的自动化装置。前述表明，当汽车轮胎相对地面的滑动率在10%～12%时，轮胎和地面的摩擦力（附着力）最大而且稳定。设想在紧急制动期间，如果司机能控制轮胎的滑动率始终处于10%～12%范围之内，汽车将能获得最佳制动效能。共32页第18页1、ABS工作原理紧急制动防车轴抱死在紧急制动时ABS系统能根据车轮相对车轴的转速以一定频率控制制动器压力。使车轴即将抱死使立刻放松，始终保持一定的转动。车速降至5～8km/h以下系统自动停止工作。机械式ABS——6～20次/秒电子式ABS——60～120次/秒共32页第19页时间短惯性大人为难以控制2、ABS基本组成不同档次的ABS系统性能、效果、结构、成本相差很大，制动力执行有机械、气动、液压等类型，但常规ABS都可分为四个主要部分：※车轮转速传感器※制动压力调节装置※电子控制装置※ABS警示灯紧急处理共32页第20页●ABS结构及原理图上图：安装ABS传感器的汽车轮毂实物制动器摩擦部位下图：ABS四轮系统安装示意图车速传感器安装齿轮共32页第21页●不同档次的ABS运用于各类国产车型重庆长安大客重庆长安微型车扬州亚星大客云南东风中型货车襄樊皮卡长春一汽大客共32页第22页3、ABS的发展趋势有效的ABS系统应用以来，大幅度降低了紧急制动的风险性，目前汽车制造商都在投入巨资进行高层次的研究和开发。第五代ABS的功能扩展电子牵引系统(ETS)驱动防滑调整装置(ASR)电子稳定程序(ESP)辅助制动器随着材料科学、计算机技术科学的迅速发展，ABS的功能进一步过大，成本大幅度降低。共32页第23页四、制动性的评价指标1、名词、概念●制动效能制动操作时汽车迅速降低速度直至停车的能力。●热衰退制动器因高强度工作导致局部温度上升而造成的制动效能下降。●恒定性汽车制动器制动效能在长时间、大强度工作条件下保持稳定性的能力。共32页第24页2、评定制动性能参数●最大制动减速度j（m/s2）汽车制动过程的平均负加速度。汽车制动总时间：驾驶员反映时间制动系统除隙时间制动时间制动释放时间对汽车制动减速度的评价通常只计中间两项，与制动总距离不同。共32页第25页极限减速度极限瞬间加速度：200m/s2汽车制动过程能产生的减速度越大，制动距离越小，其制动性能就越好。但制动过程是非匀速的，影响减速度大小的因素很多，受力形式及其复杂。所以最大加速度参数的测定是有条件的，应用中常仅当作参照。共32页第26页●制动距离s（m）制动踏板踏下开始到汽车完全停车所需要的最小距离。在一定条件下（初速度、路面质量等）汽车从紧急制动直至停止所需要的最小距离。制动距离是评定汽车制动性能的一项主要指标，经修正后可在道路、交通工程等设计中作为安全停车距离。制动减速度、制动距离显然与地面附着力直接相关，受环境影响较大，运用时应注意修正。共32页第27页●制动效能恒定性ρ(%)汽车制动器在300℃以上体现的制动效能与同样制动条件，冷状态（100℃以下）制动效能的比值。ISO/DIS6599相关规定：在一定的车速（60km/h）条件下，以3m/s2的负加速度连续制动15次，最后制动效能不低于在冷状态下制动效能的60％。（一般车辆冷状态制动效能标准值约5.8m/s2）共32页第28页计算实例例：汽车总质量Ga＝10吨，地面附着系数μ＝0.75。设制动力总能超过附着力，且制动过程是均匀的，试计算最大减速度。解：根据题意，jMAX＝FBmax/GaFBmax＝μgGa则：jMAX＝μg得jMAX＝9.8×0.75（m/s2）＝7.35（m/s2）可见理论上制动减速度与汽车初速度、总质量无关，与地面附着系数成正比。（一般1.5～2m/s2为好）共32页第29页思考题1、根据制动方程：FB＝Fμ（Mμ/r）≤Fη及受力平衡方程：Gaj＋Fη＝0解释车辆制动应具备的两方面条件。2、ABS指的是什么？起什么作用？3、影响汽车通过性的主要因素有哪些？什么是汽车驱动力的间隙失效？WHY共32页第32页