汽车驾驶技术课件教材

第一章第一章 汽车驾驶的基本知识汽车驾驶的基本知识11 汽车行驶的作用力和使用性能汽车行驶的作用力和使用性能学习目标：学习目标：1了解汽车行驶条件和主要作用力。2熟知汽车性能的评价指标及分类。3熟知 汽车行驶的车轮驱动力和路面附着力。4了解汽车使用情况对车辆性能的影响。一、汽车行驶时的受力一、汽车行驶时的受力汽车从静止到开始运动（起步），再到正常行驶的过程中，都将受到外界各种阻力的影响。这些阻力主要有滚动阻力、空气阻力、上坡阻力和加速阻力等。要使汽车以一定的速度行驶，则必须从外部对汽车施加一个推力，以克服汽车行驶运动时所遇到的阻力。汽车的动力传递如图111所示。图111 汽车的动力传递1汽车的驱动力汽车发动机产生的扭矩经传动系统传至驱动轮，驱动轮上的扭矩Mt使其对地面产生一个切向作用力（圆周力）Fo，地面同时产生一个作用于驱动车轮上的切向反作用力Ft。这个反作用力即为驱动汽车行驶的外力，称为汽车的驱动力。Ft与Fo大小相等，方向相反，如图112所示。其值为：Ft=式中 Mt作用于驱动轮的扭矩，Nm；r驱动车轮的半径，m。图112 汽车的驱动力 Mt是发动机有效扭矩Me经传动系传到驱动轮上获得的。由于传动系的降速增扭作用，使驱动轮上获得的扭矩Mt比发动机有效扭矩Me增大数倍。汽车的驱动力与发动机的有效扭矩、变速器传动比、主减速器传动比和传动系的机械效率成正比，与驱动车轮的半径成反比。2汽车行驶时的阻力汽车行驶的阻力有滚动阻力Ff、空气阻力Fw、上坡阻力Fi和加速阻力Fj，汽车行驶的总阻力为：FFf+Fw+Fi+Fj如图113所示，上述阻力中，滚动阻力和空气阻力在任何行驶条件下均存在。上坡阻力和加速阻力仅在一定行驶条件下存在，在平直道路上等速行驶时没有上坡阻力和加速阻力。重力驱动力滚动阻力空气阻力图113 汽车行驶的阻力（1）滚动阻力滚动阻力产生的原因有：1）道路变形 汽车车轮在松软道路上行驶时会挤压路面，轮胎与路面间产生摩擦，路面受车轮挤压产生塑性变形而消耗一定的能量。2）轮胎变形 汽车行驶时轮胎会产生变形，在变形、恢复的循环中，也要消耗一部分能量。滚动阻力Ff与汽车总质量G和汽车滚动系数f成正比。（2）空气阻力汽车在空气中行驶，汽车前面会受到空气流的“压力”；汽车车身表面受到空气流的“摩擦力”；汽车后面因空气稀薄而形成涡流产生“吸力”；这些压力、摩擦力、吸力形成了汽车行驶的空气阻力Fw，图114所示。图114汽车行驶的空气阻力（3）上坡阻力如图115所示，汽车沿坡道上行时，汽车重力平行于坡道路面的分力起阻碍汽车上坡行驶的作用力，称为上坡阻力Fi，Fi=Gsin。道路的坡度越大，上坡阻力越大。图115汽车行驶的上坡阻力（4）加速阻力汽车加速行驶时，需要克服因其质量加速而产生的惯性力。这个惯性力的作用方向始终与汽车运动方向相反，称为加速阻力Fj，图116 所示。汽车加速阻力越小，其加速能力越好。一般小型轿车加速能力强，大型货车、公交客车加速能力弱。图116 汽车的加速阻力3汽车行驶条件（1）汽车行驶的驱动条件汽车的驱动力用以克服各种阻力。若汽车的驱动力大于摩擦力、空气阻力和上坡阻力之和，汽车将加速行驶；或若汽车的驱动力小于三个阻力之和，汽车将减速行驶直至停车。汽车在不同路面状况和不同运行工况下的受力情况是不同的，见表111。表111 汽车运行工况与受力分析路面状况运行工况驱动力与行驶阻力关系水平路面减速行驶FtFfF等速行驶FtFfF加速行驶FtFfFFj纵向坡道等速上行FtFfFFi加速上行FtFfFFiFj 增大驱动力只有在驱动轮与路面不发生滑转时才有效。在轮胎和路面一定的条件下，驱动力增大到一定程度时，驱动轮将出现滑转现象。这表明汽车行驶除受驱动条件的制约外，还受轮胎与地面附着条件的限制。地面对轮胎切向反作用力的极限值称为附着力F，它与地面对驱动轮的法向反作用力FZ成正比。当驱动力Ft大于附着力F时，驱动轮产生滑转。为了避免车轮滑转，驱动力要等于或者小于附着力。由此可见，若要汽车在道路上正常行驶，必须同时满足驱动和附着条件。（2）汽车行驶的附着条件 为避免驱动轮产生滑转，即附着条件是：FtFFZ 式中：FZ作用于所有驱动轮的地面法向反作用力。附着系数，与轮胎结构及路面条件有关。不同路面的附着系数如下图所示。二、汽车的使用性能二、汽车的使用性能 汽车使用性能主要包括动力性、经济性、稳定性、制动性、通过性、行驶平顺性及加速性等，通过这些性能指标可以评价汽车性能的好坏。1汽车的动力性汽车的动力性是汽车各种性能中最基本、最重要的性能。汽车的动力性直接影响汽车的平均速度，对汽车的运输效率有决定性的影响。（1）汽车的动力性指标1）汽车最高车速 汽车满载时在平直、良好的水泥或沥青路面上用最高挡行驶可以达到的最高速度，称为汽车的最高车速。2）汽车的加速能力 在各种使用条件下汽车迅速增加行驶速度的能力，称为汽车的加速能力。评价汽车加速性能的指标有三个，即：加速过程中的加速度aj、加速时间和加速行程。aj越大，、越短，加速性越好。常用原地起步加速时间与超车加速时间来表明汽车的加速能力。超车加速时间是指用最高挡或次高挡由某一中等车速开始，加速到最高车速的80时所需的时间（或通过某一段距离所需要的时间）。3）汽车的上坡能力 汽车的上坡能力用最大爬坡度来评定。最大爬坡度是指汽车满载时在良好路面上，用最低挡等速行驶所能克服的最大道路坡度,如图117所示。货车一般在30（16.5）左右，越野车一般在60（30）左右，轿车发动机功率较大，其上坡能力较好。图117 爬坡度（2）汽车动力性的影响因素1）结构因素：主要有发动机参数、主减速器速比、变速器的挡数和速比、汽车外形和轮胎等。2）使用因素：对汽车动力性影响的主要因素有汽车的技术状况、驾驶技术、维护质量、运行条件等。2汽车的通过性汽车的通过性是指汽车在一定装载质量下，以足够高的平均车速通过各种路况（凹凸路等）克服各种障碍物的能力，也称为汽车的越野性。（1）汽车通过性的几何参数汽车通过性的几何参数在一定程度上表示汽车可以通过凹凸不平地段和障碍物的能力。通过性的几何参数主要有：1）最小离地间隙h 是指汽车（除车轮外）的最低点与路面之间的距离，图118所示。它表明汽车无碰撞地越过石块、土堆和树桩之类障碍物的能力。图118 最小离地间隙2）接近角 从汽车前端最低点向前轮外缘引一条切线，切线与地面形成的夹角称为接近角，图119所示。它表明汽车接近障碍物时不发生碰撞的可能性。接近角过小，在汽车接近障碍物时，易造成汽车前部碰触地面，而产生汽车前端被顶起而无法通过的“触头失效”现象。汽车的前悬越短，接近角越大，其通过性越好。3）离去角 从汽车后端最低点向后轮外缘引一条切线，切线与地面形成的夹角称为离去角，图119所示。离去角过小，汽车在离开下坡、土堆等障碍时，汽车后端与地面发生碰擦，而产生汽车后端被托住而无法通过的“拖尾失效”现象。汽车离去角越大，其通过性越好。4）通过角也是表征汽车通过能力的参数，图119所示。图119 接近角、离去角及通过角5）纵向通过半径R 是指与汽车前后轮及两轴之间最低点相切圆的半径，图1110所示。它表明汽车通过小丘、拱桥等路面时的能力。如果离地间隙过小、纵向通过半径R过大，在通过小丘、拱桥及凸起路面时，容易发生车辆中间底部零部件与障碍物物碰触，而产生汽车被顶起无法通过的“顶起失效”现象。纵向通过半径越小，其通过性越好。图1110 纵向通过半径6）最小转弯半径r：汽车向左或向右转弯，当转向盘转到极限位置时，转向中心到汽车外侧车轮轨迹的两个最小距离中，数值较大的一个，称为汽车的最小转向半径，图1111所示。最小转弯半径r小，表明转弯时所占的空间小，汽车转弯灵活性好。图1111 最小转弯半径（2）影响通过性的主要因素1）轮胎 在松软路面上行驶，降低轮胎气压可以使轮胎与地面的接触面积增加，降低轮胎对路面的单位压力，增加附着系数。在坚硬路面上行驶时，适当地提高轮胎气压，可减少轮胎变形，减少滚动阻力。另外，轮胎胎面花纹对附着系数有很大的影响，应根据不同的使用条件来选择不同花纹的轮胎。2）驾驶方法 驾驶方法对汽车的通过性也有很大影响，驾驶人应针对不同情况采取不同的驾驶方法。3）前、后轮轮距 汽车前、后轮的轮距相等，轮胎宽度相同时，后轮可以沿着前轮压实的轮辙行驶，减少行驶阻力，提高通过性。4）轴荷分配 前、后轴的负荷应有适当的比例，前轴负荷应比后轴负荷小些。当前轮的单位压力比后轮小2030时，可减小在松软路上的滚动阻力，提高通过性。5）最低稳定车速 行驶车速降低时地面的抗剪能力较强，可以提高附着系数，使车轮不易打滑。所以，在较差路面行驶时用稳定的低速行驶可改善汽车的通过性。3汽车的稳定性汽车的稳定性是指汽车抵抗倾覆和侧滑而保持稳定行驶的能力。（1）纵向、横向稳定性 汽车的纵向稳定性是指汽车在纵向坡道上行驶时，车辆保持不绕前或后轴发生倾覆的能力，图1112所示。汽车在纵向坡道上行驶，随着坡度的增大，作用在前轴上的地面法向反作用力不断减小，纵向稳定性会降低。因此，降低汽车重心的高度，防止货物移动，可提高汽车的纵向稳定性。汽车下陡坡时，使用紧急制动或高速行驶中突然撞到大的障碍物，易发生车辆向前纵向倾覆。汽车上坡时猛然起步或加速，易发生前轮离开地面，严重时车辆向后纵向倾覆。图1112汽车纵向稳定性 图1113汽车行向稳定性汽车的横向稳定性是指汽车抵抗侧翻和侧滑的能力，图1113所示。在横向坡道上行驶时，汽车重心过高或重心过偏，急转弯时离心力、侧向风力和不平道路的侧向冲击等易引起车辆的侧翻和侧滑。加宽轮距，降低重心，增加胎宽，可以提高汽车的横向稳定性。（2）操纵稳定性影响因素1）重心位置 降低汽车重心的位置可以提高汽车横向和纵向的稳定性。2）汽车的轴距、轮距 加长前后轴的轴距可以提高汽车的纵向稳定性；加宽轮距，可以提高汽车的横向稳定性。3）道路状况 道路平直、附着系数高、弯道半径大、纵坡小，弯道外侧较高的横向坡度，均能提高汽车行驶的操纵稳定性。4）行驶情况 降低汽车在崎岖山区、湿滑路面、急弯道的车速，在转动转向盘时采用早转、少转、缓回等方法来提高操纵稳定性。5）转向系的技术状况 随着汽车使用时间延长，转向系机件的磨损加大，原有的几何尺寸、配合间隙、前轮定位等发生变化使得转向系技术状况变坏，影响汽车的操纵稳定性。6）轮胎的技术状况 行驶中，轮胎（尤其是前轮轮胎）爆裂会使汽车急剧偏转方向；轮胎表面磨损严重，使其对路面的附着能力变差，易产生滑动或侧滑；修补轮胎易造成的前轮不平衡，轮胎气压不足或不均匀，使汽车行驶时发生摆动而影响汽车操纵稳定性。7）汽车的装载 汽车超长、过偏、捆扎不牢等违章装载都影响汽车的操纵稳定性。此外，汽车的制动性和转向特性也影响其操纵稳定性。4汽车的经济性（1）汽车经济性评价指标1）单位行驶里程燃料消耗量（/100km或L/100km），也称百公里油耗。该指标只能用于比较同类型汽车的燃料经济性，也可分析不同部件装在同一汽车上燃料经济性。2）单位运输工作量的燃料消耗量（/100tkm或L/100tkm），也称百吨公里油耗。该指标可以用来比较不同类型、不同装载质量汽车的燃料经济性。（2）影响燃料经济性的主要因素1）行驶速度 由于汽车经济车速接近中速，中速行驶时比较省油，保持汽车中速行驶是提高燃料经济性的有效途径。2）挡位使用 在良好路面上尽量用高速挡行驶，高速挡行驶比较省油，但节气门开度不能过大，否则发动机供油控制系统（电脑）会根据节气门的开度增加供油量，油耗反而上升。3）汽车的技术状况 为了保持汽车良好技术状况，必须认真执行汽车维修规范。正确地维护和调整汽车总成部件，降低汽车的行驶阻力。4）驾驶及使用水平 保持正常发动机冷却液温度和润滑油温度以及传动系各总成的温度；保持汽车以接近各挡位的经济车速行驶，路况允许下采用高速挡行驶；驾驶操作应做到脚快手快，起步、行驶应缓加速，换挡要及时，行驶中采用预见性制动，尽量避免紧急制动。5）运行条件的影响 气温、海拔高度、道路情况等，对燃料经济性的影响很大。大气温度影响发动机进气温度，在高原地区行驶，由于空气稀薄，进气量不足，发动机动力性、燃料经济性下降；道路情况和交通流量等对汽车燃料消耗量影响也很大。5汽车的制动性汽车行驶中，视情况需要能够强制性地降低车速以致停车和下长坡时保持一定行驶速度的能力，称为汽车的制动性。也就是汽车在最短时间（距离）内强制停车的效能。（1）制动性的评价指标1）制动效能 指汽车迅速减速直至停车的能力。制动距离和制动力作为评价制动效能的指标。制动距离是指行驶中汽车从驾驶员踏制动踏板开始到完全停止，汽车所驶过距离。它是确保行车安全最直观、最重要的指标。它与汽车行驶速度、轮胎与路面附着系数、装载质量、制动力等有关。2）制动效能的恒定性 指汽车在高速时制动或下长坡连续制动时，制动器温度显著升高而制动效能的保持程度。既制动器抵抗热衰退的能力，称制动效能的恒定性。它与制动器结构和摩擦副材料有关。3）制动方向的稳定性 指汽车在制动时不发生方向跑偏、侧滑或失去转向的能力。（2）影响汽车制动性的因素1）汽车装载质量 汽车装载质量影响到轴间载荷和轮胎附着力的大小，制动距离会由于装载质量不同而有差异。实践证明，装载质量越大，制动距离会相应增长。2）制动的初速度 制动初速度高，通过制动消耗的运动能量就大，制动距离就长；制动初速度越高，通过制动器转化的热量就越多，导致制动器温度越高，制动摩擦副热衰退越严重，制动力明显减弱，制动距离增长。3）车轮制动器 车轮制动器摩擦副材料对于制动器的摩擦力矩和制动效能的热衰退有很大影响；制动摩擦副表面不清洁、摩擦副间隙过大等，造成制动反应时间延长，制动距离增加。下长坡制动时应采取降温措，减缓制动器性能的热衰退。4）道路情况 不同的路面轮胎附着系数不同，制动时产生的地面制动力也不同。附着系数越大，相同车速下，制动距离就越短，反之就越长。5）多用发动机的牵阻制动 是指松抬加速踏板，但不脱离开发动机，利用发动机的压缩行程产生的压缩阻力，内摩擦力和进排气阻力对驱动轮形成制动作用。汽车下长坡和预见性制动时常采用发动机作为辅助制动器。6）ABS制动装置 制动时车轮处在即将抱死而未抱死的状态（车轮边滚动边滑动），制动力最大，制动效能最佳（ABS自动防抱死制动系统），图1114所示。图1114 ABS制动装置性能比较6汽车行驶的平顺性汽车行驶时，路面不平会引起振动。汽车行驶时对路面不平度的隔振特性称为汽车的平顺性。（1）平顺性的评价1）车身的振动频率 车身的振动频率大约在6085次/min时与人习惯行走的振动频率基本一致。车身的固有频率低于40次/min，人有晕车的感觉；当频率高于150次/min，人有明显的冲击感。2）加速度 人体的生理反应除受车身振动频率影响外，还受加速度的限制。在某些振动频率下，人体能够承受的加速度比较大，而在另一些振动频率下，人体承受的加速度比较小。（2）汽车行驶的平顺性影响因素 1）道路的影响 汽车在不平路面上行驶，车身和前后车桥都承受来自地面的冲击作用。汽车振动的强烈程度取决于道路状况和行驶速度。汽车沿不平度交替变化的路面行驶时可引起强迫振动。当强迫振动频率与汽车固有频率接近或相等时，便会发生共振。2）车身振动频率的影响因素 车身固有振动频率影响因素有悬挂质量和悬架刚度。润滑不良使得钢板弹簧片之间的摩擦阻力增大，造成悬架刚度增加，车身的振动频率增大，汽车的平顺性变坏。悬架承载质量影响车身的振动频率。货车满载比空载时，平顺性好，原因是满载时汽车悬挂上的质量比空车大，振动频率比空车小。悬挂装置中采用减振器，对车身的自振频率影响不大，但能使车身振动位移迅速衰减，缩短振动时间。7汽车的加速性汽车加速性能是指汽车在平直良好路面上用一挡或二挡起步，以最大的加速度、用最恰当地时机换挡，逐步换至最高挡位后达到某一预定距离或速度所需要的时间。加速过程中加速时间和距离越短、加速度越大，汽车加速性能就越好。常用原地起步加速性和超车加速性来评价。原地起步加速性：是指汽车由静止状态起步，以最大的加速度加速，并且以最恰当的时机换挡，逐步由低挡到高挡达到某一预定的距离或速度所需要的时间。通常用0400m所需要时间或用0100Kmh所需要的加速时间来表示。超车加速性：是指汽车用最高挡或次高挡由某一预定的车速（该挡最低稳定车速）全力加速至某一预定高速所需要的时间。这段时间越短，说明超车加速性能越强，可减少超车过程中两车并行时间，有利于汽车安全行驶。