第2章 道路車輛動力學基礎

1、汽車事故工程許洪國許洪國 主編主編人民交通出版社股份有限公司人民交通出版社股份有限公司 Qiche Shigu Gongcheng第三版第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 2/40 第二章 道路車輛動力學基礎第一節(jié) 車輛動力性第二節(jié) 車輛制動性評價指標第三節(jié) 汽車橫向穩(wěn)定性分析第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 3/40 第一節(jié)第一節(jié) 汽車動力性汽車動力性一、汽車行駛方程式FFtjiwftFFFFF第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 4/40 二、驅動力ttMFr0tFFav

2、tF0FZFWtMr1 驅動力與發(fā)動機轉矩的關系 第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 5/40 2 發(fā)動機外特性曲線 maxePmaxtqTpnminnmaxn第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 6/40 3 發(fā)動機轉速與車速的關系111222nin02()(),/6030 ()etkrnvrrnm si i003.60.377,/30()eekkrnrnvkm hi ii i第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 7/40 4 驅動力圖1tFfwFF2tF1tF4tFmaxav

3、()tfwFFFav汽車驅動力汽車驅動力1tF汽車速度汽車速度av第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 8/40 三、汽車的行駛阻力1 滾動阻力2 空氣阻力3 坡度阻力4 加速阻力第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 9/40 四、車輛行駛的驅動條件與附著條件1 車輛行駛驅動條件驅動條件是車輛行駛的必要條件，還不是充分條件。 jiwftFFFFF第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 10/40 2 車輛行駛驅動條件附著條件2Nav2PF2OrB2XF2fMtM22tfFFN222(

4、)tFNfNf N22tfFFF或內容是：驅動力不能超過驅動軸的附著力和滾動阻力之和。 則汽車的驅動和附著條件為: 2ZtiwfFFFFF第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 11/40 五、車輛動力性指標 1 爬坡能力 2 加速能力3 最大車速m ax()tfwFFFiGm ax()tfwFFFjm加速度等于零時，速度達到最大值。 第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 12/40 第二節(jié)第二節(jié) 車輛制動性評價指標車輛制動性評價指標一、制動減速度 maxag國標GB7258規(guī)定的汽車減速度和制動穩(wěn)定性檢驗標準 車輛類型

5、制動初速度滿載檢驗充分出發(fā)的平均減速度空載檢驗充分出發(fā)的平均減速度制動穩(wěn)定性要求車輛任何部位不得超出的試車道寬度座位數9客車505.96.22.5總質量4.5t汽車505.45.82.51其他汽車、汽車列車及無軌電車505.05.43.0第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 13/40 二、制動時間 減速度達到最大停車或碰撞制動器開始作用腳移到制動踏板腳從加速踏板移開危險物被察覺t1tat2 t3 tb第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 14/40 1t第一階段時間 稱為駕駛人反應時間。它包括從駕駛人發(fā)現(xiàn)危險物，開始

6、意識到需要緊急制動，然后控制右腳把它移動到制動踏板上為止所需的時間。這一段反應時間與駕駛員的年齡、技術水平、健康狀況等許多因素有關。一般駕駛員的反應時間為0.31.0s，反應慢的可達1.7s，酒后開車可達2.0s以上。通常取 的平均值為1.0s。 1t第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 15/40 汽車類型制動系協(xié)調時間制動系協(xié)調時間,sm12t0.56s國家標準國家標準GB7258GB7258規(guī)定對汽車制動系協(xié)調時間規(guī)定對汽車制動系協(xié)調時間檢查標準檢查標準 ：第二階段制動系統(tǒng)協(xié)調時間為第二階段制動系統(tǒng)協(xié)調時間為: : battt2第二章 道路車輛動力學

7、基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 16/40 第三階段時間第三階段時間 稱為持續(xù)制動時間，它稱為持續(xù)制動時間，它是從達到最大減速度開始，保持減速度是從達到最大減速度開始，保持減速度不變，直到停車所經歷的時間。根據勻不變，直到停車所經歷的時間。根據勻變速運動，可求得持續(xù)制動時間為：變速運動，可求得持續(xù)制動時間為：3tgVaVVtaaa6.36.30max03車輛的總制動時間：321tttt第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 17/40 三、制動距離 階段車輛駛過的距離為： aatVS0at速度與加速度圖速度與加速度圖 第二章 道路車輛動

8、力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 18/40 整個( )制動期間所對應的面積ABCDE ：)/2()/)(2/()2/)(2/(20max0030gVavVttVSbBCD總制動距離為：階段的制動距離為：2t3t)2/(0baABDEttVS3t)/2()2/()(20max2023gVaVVS)/2()2/(2030gVttVSb第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 19/40 四、地面制動力車輛狀況空載滿載制動力總和占整車重量的百分比(%)6050主要承載軸的制動力占該軸軸荷的百分比(%)6050注：1. 前軸左右輪制動力不均衡

9、應小于空載前軸負荷的5%。 2. 后軸左右輪制動力不均衡應小于空載后軸負荷的8%。第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 20/40 五、汽車跑偏量 制動過程中車輛維持直線行駛，或按預定彎道行駛的能力稱為方向穩(wěn)定性。車輛制動方向穩(wěn)定性包括跑偏和側滑兩種情況。跑偏的原因主要是左、右輪特別是左、右轉向輪制動力不相等引起的，通過維修和調整可以減輕，以致消除跑偏現(xiàn)象。但側滑卻不同，側滑是指車輪連車軸的側向滑移，這常常由于緊急制動車輪被抱死后，側向附著系數趨于零，使路面喪失了抵抗側滑的能力造成的。只要各車輪制動力與慣性力稍不平衡，車輛就出現(xiàn)甩尾、回轉，完全失去了方向操

10、縱穩(wěn)定性。 第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 21/40 第三節(jié) 汽車橫向穩(wěn)定性分析/LR 當平均轉向角較小時 1.低速時車輛轉向半徑 一、車輛轉向特性tan/tanLRRL第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 22/40 2車輪的側偏角 車輛轉彎時,其質心作用有向心加速度（離心力），與之對應，地面對車輪作用有方向相反的向心力(側向力)。它只能由路面提供，也就是路面對輪胎接地點作用有側向力，也稱為轉向力。由輪軸傳過來的離心力 作用在輪心處。由于這一對力的存在使車輪滾動的軌跡不在自身平面 線上，而是在偏離 角的 線上

11、，因為輪胎具有一定的彈性，在輪胎與地面接觸點附近側向彎曲，使 點不是落在 點，而是落在 點。緊接著 點不落在 點，而落在 點，結果使?jié)L動的軌跡相對車輪平面向外偏了一個 角(稱為偏離角或側偏角)。側向力越大，側偏角也就越大。另外，側偏角還與輪胎構造、輪胎花紋、胎內充氣壓力、路面法向反力等因素有關1 11abc d222ab c db1b2bc1c2cgF第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 23/40 車輪側偏角 第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 24/40 3考慮側偏角時的轉向半徑 車輛轉向時，由于向外的離心力使車

12、輪出現(xiàn)側偏角，特別是當車速較高時，側偏角較大。前輪在向內轉過平均轉向角的基礎上，再向外轉過平均側偏角1，才得到前軸中點A的速度方向。后輪向外轉過平均側偏角2 ，得到后輪中點B的速度方向。過A點和B點分別作速度vA和vB方向的垂線，它們的交點O就是該瞬時車輛的轉動中心，距離OD就是轉向半徑R。 第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 25/40 3 3考慮側偏角時的轉向半徑考慮側偏角時的轉向半徑 1212()LLRRLRABRBDRADRBDRAD/)/()/(tan)tan(/tan/)tan(212121tan)tan(LR221 tan)tan(第二章

13、道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 26/40 二、車輛橫向穩(wěn)定性二、車輛橫向穩(wěn)定性 1 1轉彎時車輛的側向穩(wěn)定性轉彎時車輛的側向穩(wěn)定性 1 1）側翻的臨界速度）側翻的臨界速度 ( /2)0( /2)/OggggmG bF hFbG h2(/ )(/)gnhFmaG g vR22hgVGbGg Rh2hbVgRh第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 27/40 2）側滑臨界速度)(oiyFFFioFFGgyFFG2(/ )(/)gnFmaG g VR2(/ )(/)G g VRGVgR第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-

14、2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 28/40 3）路面外側超高時臨界速度 第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 29/40 cossincossin022oggggGbbmGhF hF()()22gggbbFhtgGh tg22g yggybh iFGhbi2(/ )(/)gFG g VR22g yhgybh iVgRhbi（1）根據側翻臨界條件yitan第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 30/40 （2 2）根據側滑的臨界條件）根據側滑的臨界條件 )FF(Foiycossin0cossincossinZiOgi

15、OgygFFFGFFFGFFFGcossin(cossin)ggFGGF 2(/ )(/)gFG g VR1yyiVgRiGFGFgg)tan1/()tan()sincos()sin(cos第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 31/40 三、橫向與縱向聯(lián)合的附著條件 1路面與輪胎間附著力的各種可能狀況 路面與輪胎之間的附著力(摩擦力)可以沿接觸面作用在任何方向，總是與相對滑動的方向相反。 第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 32/40 1）輪胎沿直線自由滾動，輪胎與路面間沒有相對滑動趨勢，附著力等于零。2）車輛轉彎

16、，輪胎自由滾動，輪胎與路面之間縱向沒有相對滑動趨勢，但在橫向，輪胎有向外滑動趨勢，因此受到路面給它向內的轉向力 ，其最大值為Fmax()yzFF四、橫向與縱向聯(lián)合的附著條件 1路面與輪胎間附著力的各種可能狀況第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 33/40 車輛直線驅動 車輛直線制動 車輛轉彎驅動 第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 34/40 5）車輛轉彎同時驅動時，驅動輪上既受到向內轉向的側向力，又受到一個向前的驅動力，如右圖所示。把兩個力按矢量合成，其合力不能超過路面所能提供的附著力，即 22tyZFFFF3）

17、 車輛直線驅動，驅動輪胎有向后滑動的趨勢，因此受到路面給它的向前的驅動力，如左圖所示。它的最大值： 4）車輛直線制動，制動輪有向前滑動趨勢，因此受到路面給它的向后的制動力，如中圖所示，它的最大值為 ：max()tZFFmax()bZFF第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 35/40 6）車輛轉彎同時制動時，在制動輪胎上既受到向內轉向的側向力，又受到一個與運動方向相反的向后制動力。把兩個力按矢量合成的合力不能超過路面所能提供的附著力，即：22byZFFF第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 36/40 100%arVS

18、r100%aaVrSV當車輛轉彎同時驅動或制動時，路面作用在輪胎上附著力（摩擦力）的方向，既不是橫向，也不是縱向，而是兩者合成的方向。隨著橫向轉向力和縱向的驅動力或制動力的變化，由它們合成的附著力的方向也跟著變化。把可能的矢量尖端連起來是一個圓，通常稱為摩擦圖，也可稱為附著圓。在驅動條件下，車輪滑轉率s為：在制動條件下，車輪的滑動率s為：第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 37/40 不同的側偏角，輪胎的側向附著力和橫向附著力也不同。通常側偏角增加，使得橫向附著力增加。盡管如此，把附著力近似地看作沿各個方向大小相等而引入附著圓的概念，適用于分析車輛在各種行駛條件下的受力狀態(tài)。 縱向與橫向附著系數 第二章 道路車輛動力學基礎 2-1 2-2 2-3 首頁 前頁 后頁 末頁 38/40 2 2制動對轉向的影響制動對轉向的影響 若前輪抱死，