1、汽汽 车车 事事 故故 工工 程程汽车事故 工工程程第二章第二章 道路车辆动力学基础道路车辆动力学基础第一节第一节 车辆动力性车辆动力性第二节第二节 车辆制动性评价指标车辆制动性评价指标第三节第三节 汽车横向稳定性分析汽车横向稳定性分析汽车事故 工工程程第一节第一节 汽车动力性汽车动力性一、汽车行驶方程式FFtjiwftFFFFF汽车事故 工工程程二、驱动力ttMFr0tFFavtF0FZFWtMr1 驱动力与发动机转矩的关系 汽车事故 工工程程2 发动机外特性曲线 maxePmaxtqTpnminnmaxn汽车事故 工工程程3 发动机转速与车速的关系111222nin02()(),/6030
2、 ()etkrnvrrnm si i003.60.377,/30()eekkrnrnvkm hi ii i汽车事故 工工程程4 驱动力图1tFfwFF2tF1tF4tFmaxav()tfwFFFav汽车驱动力汽车驱动力1tF汽车速度汽车速度av汽车事故 工工程程三、汽车的行驶阻力1 滚动阻力2 空气阻力3 坡度阻力4 加速阻力汽车事故 工工程程四、车辆行驶的驱动条件与附着条件1 车辆行驶驱动条件驱动条件是车辆行驶的必要条件，还不是充分条件。 jiwftFFFFF汽车事故 工工程程2 车辆行驶驱动条件附着条件2Nav2PF2OrB2XF2fMtM22tfFFN222()tFNfNf N22tfF
3、FF或内容是：驱动力不能超过驱动轴的附着力和滚动阻力之和。 则汽车的驱动和附着条件为: 2ZtiwfFFFFF汽车事故 工工程程五、车辆动力性指标 1 爬坡能力 2 加速能力3 最大车速m ax()tfwFFFiGm ax()tfwFFFjm加速度等于零时，速度达到最大值。 汽车事故 工工程程第二节第二节 车辆制动性评价指标车辆制动性评价指标一、制动减速度 maxag国标GB7258-87规定的汽车减速度和制动稳定性检验标准 车辆类型车辆类型制动制动初速初速度度满载检验充分满载检验充分出发的平均减出发的平均减速度速度空载检验充空载检验充分出发的平分出发的平均减速度均减速度制动稳定性要求车制动稳
4、定性要求车辆任何部位不得超辆任何部位不得超出的试车道宽度出的试车道宽度座位数座位数99客车客车505.96.22.5总质量总质量4.5t4.5t汽车汽车505.45.82.51其他汽车、汽车列其他汽车、汽车列车及无轨电车车及无轨电车505.05.43.0第三讲第三讲主讲教师：谭立东学时主讲教师：谭立东学时16汽车事故 工工程程二、制动时间 减速度达到最大停车或碰撞制动器开始作用脚移到制动踏板脚从加速踏板移开危险物被察觉t1tat2 t3 tb汽车事故 工工程程1t第一阶段时间第一阶段时间称为驾驶员反应时间。它包称为驾驶员反应时间。它包括从驾驶员发现危险物，开始意识到需要括从驾驶员发现危险物，开
5、始意识到需要紧急制动，然后控制右脚把它移动到制动紧急制动，然后控制右脚把它移动到制动踏板上为止所需的时间。这一段反应时间踏板上为止所需的时间。这一段反应时间与驾驶员的年龄、技术水平、健康状况等与驾驶员的年龄、技术水平、健康状况等许多因素有关。一般驾驶员的反应时间为许多因素有关。一般驾驶员的反应时间为0.31.0s0.31.0s，反应慢的可达，反应慢的可达1.7s1.7s，酒后开车，酒后开车可达可达2.0s2.0s以上。通常取以上。通常取 的平均值为的平均值为1.01.0s s。 汽车事故 工工程程汽车类型汽车类型制动系协调时间制动系协调时间,sm12t0.56s国家标准国家标准GB7258GB
6、725820032003规定对汽车制动系协规定对汽车制动系协调时间检查标准调时间检查标准 ：第二阶段制动系统协调时间为第二阶段制动系统协调时间为: : battt2汽车事故 工工程程第三阶段时间第三阶段时间 称为持续制动时间，它称为持续制动时间，它是从达到最大减速度开始，保持减速度是从达到最大减速度开始，保持减速度不变，直到停车所经历的时间。根据匀不变，直到停车所经历的时间。根据匀变速运动，可求得持续制动时间为：变速运动，可求得持续制动时间为：3tgVaVVtaaa6 . 36 . 30max03车辆的总制动时间：车辆的总制动时间：t321tttt汽车事故 工工程程三、制动距离 阶段车辆驶过的
7、距离为：阶段车辆驶过的距离为： aatVS0at速度与加速度图 汽车事故 工工程程整个整个( ( ) )制动期间所对应的面积制动期间所对应的面积ABCDE ABCDE ：)/2()/)(2/()2/)(2/(20max0030gVavVttVSbBCD总制动距离为：总制动距离为：阶段的制动距离为：2t3t)2/(0baABDEttVS3t)/2()2/()(20max2023gVaVVS)/2()2/(2030gVttVSb汽车事故 工工程程四、地面制动力车辆状况车辆状况空载空载满载满载制动力总和占整车重量的百分比制动力总和占整车重量的百分比(%)(%)60605050主要承载轴的制动力占主要
8、承载轴的制动力占该轴轴荷的百分比该轴轴荷的百分比(%)(%)60605050注：注：1. 1. 前轴左右轮制动力不均衡应小于空载前轴负荷的前轴左右轮制动力不均衡应小于空载前轴负荷的5%5%。 2. 2. 后轴左右轮制动力不均衡应小于空载后轴负荷的后轴左右轮制动力不均衡应小于空载后轴负荷的8%8%。汽车事故 工工程程五、汽车跑偏量 制动过程中车辆维持直线行驶，或按预定弯制动过程中车辆维持直线行驶，或按预定弯道行驶的能力称为方向稳定性。影响方向稳定性道行驶的能力称为方向稳定性。影响方向稳定性的包括跑偏和侧滑两种情况。跑偏的原因主要是的包括跑偏和侧滑两种情况。跑偏的原因主要是左、右轮特别是左、右转向
9、轮制动力不相等引起左、右轮特别是左、右转向轮制动力不相等引起的，通过维修和调整可以减轻，以致消除跑偏现的，通过维修和调整可以减轻，以致消除跑偏现象。但侧滑却不同，侧滑是指车轮连车轴的侧向象。但侧滑却不同，侧滑是指车轮连车轴的侧向滑移，这常常是由于紧急制动车轮被抱死后，侧滑移，这常常是由于紧急制动车轮被抱死后，侧向附着系数趋于零，使路面丧失了抵抗侧滑的能向附着系数趋于零，使路面丧失了抵抗侧滑的能力造成的。只要各车轮制动力与惯性力稍不平衡，力造成的。只要各车轮制动力与惯性力稍不平衡，车辆就出现甩尾、回转，完全失去了方向操纵稳车辆就出现甩尾、回转，完全失去了方向操纵稳定性。定性。 汽车事故 工工程程
10、第三节第三节 汽车横向稳定性分析汽车横向稳定性分析/LR /tgL RRL tg当平均转向角当平均转向角较小时较小时 1 1低速时车辆低速时车辆转向半径转向半径 一、车辆转向特性汽车事故 工工程程2 2车轮的侧偏角车轮的侧偏角 车辆转弯有向心加速度，需要有向心力，它只能由路面车辆转弯有向心加速度，需要有向心力，它只能由路面提供，也就是路面对轮胎着地点作用有侧向力提供，也就是路面对轮胎着地点作用有侧向力 ，也称也称为转向力为转向力 在轮心处作用着由轮轴传过来的离心力。由于这一对力在轮心处作用着由轮轴传过来的离心力。由于这一对力的存在使车轮滚动的轨迹不在自身平面的存在使车轮滚动的轨迹不在自身平面
11、线上，而线上，而是在偏离角是在偏离角 的的 线上。因为轮胎有弹性，在着地线上。因为轮胎有弹性，在着地点附近侧向弯曲，使点附近侧向弯曲，使 点不是落在点不是落在 点，而是落在点，而是落在 点。点。紧接着紧接着 点不落在点不落在 点，而落在点，而落在 点，点，结果使滚，结果使滚动的轨迹相对车轮平面向外偏了一个角动的轨迹相对车轮平面向外偏了一个角 ( (称偏离角或侧称偏离角或侧偏角偏角) )。而且侧向力越大，侧偏角也越大。另外，侧偏角。而且侧向力越大，侧偏角也越大。另外，侧偏角还与轮胎构造、胎内气压、路面法向反力等因素有关。还与轮胎构造、胎内气压、路面法向反力等因素有关。 1 11abc d2 22
12、ab c db1b2bc1c2c汽车事故 工工程程车轮的侧偏角车轮的侧偏角 汽车事故 工工程程3 3考虑倒偏角时的转向半径考虑倒偏角时的转向半径 车辆转向时，由于向外的离心力使车轮出现侧偏车辆转向时，由于向外的离心力使车轮出现侧偏角，特别是当车速较高时，侧偏角较大。前轮在向内角，特别是当车速较高时，侧偏角较大。前轮在向内转过平均转向角转过平均转向角的基础上，再向外转过平均侧偏角的基础上，再向外转过平均侧偏角1，才得到前轴中点，才得到前轴中点A A的速度方向。后轮向外转过平的速度方向。后轮向外转过平均侧偏角均侧偏角2 ，得到后轮中点，得到后轮中点B的速度方向。过的速度方向。过A点和点和B点分别作
13、速度点分别作速度vA和和vB方向的垂线，它们的交点方向的垂线，它们的交点O O就是该就是该瞬时车辆的转动中心，距离瞬时车辆的转动中心，距离OD就是转向半径就是转向半径R。 汽车事故 工工程程3 3考虑倒偏角时的转向半径考虑倒偏角时的转向半径 R/LR/AB)R/BD()R/AD(tg)(tgR/BDtgR/AD)(tg212112()LRtgtg122();tgtg1212()LLR汽车事故 工工程程二、车辆横向稳定性二、车辆横向稳定性 1 1转弯时车辆的侧向稳定性转弯时车辆的侧向稳定性 1 1）侧翻的临界速度）侧翻的临界速度 ( /2)0( /2)/OggggmG bF hFbG h2(/
14、)(/)gnhFmaG g vR22hgVGbGg Rh2hbVgRh汽车事故 工工程程2 2）侧滑的临界速度）侧滑的临界速度)(oiyFFFioFFGgyFFG2(/ )(/)gnFmaG g VR2(/ )(/)G g VRGVgR汽车事故 工工程程3 3）路面外侧超高时的临界速度）路面外侧超高时的临界速度 汽车事故 工工程程ytgicossincossin022oggggGbbmGhF hF()()22gggbbFhtgGh tg22g yggybh iFGhbi2(/ )(/)gFG g VR22g yhgybh iVgRhbi（1 1）根据侧翻的临界条件）根据侧翻的临界条件汽车事故
15、工工程程（2 2）根据侧滑的临界条件）根据侧滑的临界条件 )FF(Foiycossin0cossincossinZiOgiOgygFFFGFFFGFFFGcossin(cossin)ggFGGF (cossin)(cossin)() /(1)ggFGFtgtgG2(/ )(/)gFG g VR1yyiVg Ri汽车事故 工工程程三、横向与纵向联合的附着条件三、横向与纵向联合的附着条件 1 1路面与轮胎间附路面与轮胎间附着力的各种可能状着力的各种可能状况况 路面与轮胎之路面与轮胎之间的附着力间的附着力( (摩擦力摩擦力) )可以沿接触面作用可以沿接触面作用在任何方向，总是在任何方向，总是与相对滑
16、动的方向与相对滑动的方向相反。相反。 汽车事故 工工程程1 1）轮胎沿直线自由滚动，）轮胎沿直线自由滚动，轮胎与路面间没有相对滑轮胎与路面间没有相对滑动趋势，附着力等于零。动趋势，附着力等于零。2 2）车辆转弯，轮胎自由）车辆转弯，轮胎自由滚动，轮胎与路面之间纵滚动，轮胎与路面之间纵向没有相对滑动趋势，但向没有相对滑动趋势，但在横向，轮胎有向外滑动在横向，轮胎有向外滑动趋势，因此受到路面给它趋势，因此受到路面给它向内的转向力向内的转向力 ，其最大，其最大值为值为Fmax()yzFF四、横向与纵向联合的附着条件四、横向与纵向联合的附着条件 1 1路面与轮胎间附着力的各种可能状况路面与轮胎间附着力
17、的各种可能状况汽车事故 工工程程车辆直线驱动 车辆直线制动 车辆转弯驱动 汽车事故 工工程程5 5）车辆转弯同时驱动时，驱动轮上既受到向）车辆转弯同时驱动时，驱动轮上既受到向内的转向力，又受到向前的驱动力，如右图所内的转向力，又受到向前的驱动力，如右图所示。把两者按矢量合成，其合力不能超过路面示。把两者按矢量合成，其合力不能超过路面所能提供的附着力，即所能提供的附着力，即 22tyZFFFF3 3） 车辆直线驱动，驱动轮胎有向后滑动的趋车辆直线驱动，驱动轮胎有向后滑动的趋势，因此受到路面给它的向前的驱动力，如左势，因此受到路面给它的向前的驱动力，如左图所示。它的最大值：图所示。它的最大值： 4
18、 4）车辆直线制动，制动轮有向前滑动趋势，）车辆直线制动，制动轮有向前滑动趋势，因此受到路面给它的向后的制动力，如中图所因此受到路面给它的向后的制动力，如中图所示，它的最大值为示，它的最大值为 ：max()tZFFmax()bZFF汽车事故 工工程程6 6）车辆转弯同时制动时，在制动轮胎上既受到）车辆转弯同时制动时，在制动轮胎上既受到向内的转向力，又受到向后的制动力。把两者向内的转向力，又受到向后的制动力。把两者按矢量合成，其合力不能超过路面所能提供的按矢量合成，其合力不能超过路面所能提供的附着力，即：附着力，即： 22byZFFF汽车事故 工工程程100%arVSr100%aaVrSV当车辆
19、转弯同时驱动或制动时，路面作用当车辆转弯同时驱动或制动时，路面作用在轮胎上附着力在轮胎上附着力 的方向，既不是横向，也不的方向，既不是横向，也不是纵向，而是两者合成的方向。是纵向，而是两者合成的方向。 随着横向转向力和纵向的驱动力风或随着横向转向力和纵向的驱动力风或制动力的变化，由它们合成的附着力的方向制动力的变化，由它们合成的附着力的方向也跟着变化。把可能的矢量尖端连起来是一也跟着变化。把可能的矢量尖端连起来是一个圆，通常称为摩擦图，也可称为附着圆。个圆，通常称为摩擦图，也可称为附着圆。在驱动条件下，车轮滑转率s为：在制动条件下，车轮的滑动率s为：汽车事故 工工程程不同侧偏角时轮不同侧偏角时
20、轮胎的侧向附着力胎的侧向附着力和横向附着力也和横向附着力也不同。侧偏角增不同。侧偏角增加，使得横向附加，使得横向附着力增加。把附着力增加。把附着力近似地看作着力近似地看作沿各个方向大小沿各个方向大小相等而引入附着相等而引入附着圆的概念，也适圆的概念，也适用于分析车辆在用于分析车辆在各种行驶条件下各种行驶条件下的受力状态。的受力状态。 纵向与横向附着系数 汽车事故 工工程程2 2制动对转向的影响制动对转向的影响 (1）若前轮抱死，后轮没有抱死，虽然后轮仍有相当的横向附着力，不至于发生侧滑，但前轮不能提供横向转向力，即使前轮转过一定角度，车辆仍将向前滑动，以致冲出弯道，也就是说，前轮的转向控制失效
21、。(2）若后轮抱死，前轮没有抱死，虽然前轮转向仍有效，但后轮却得不到足够的横向附着力而向外甩尾，甚至整个车辆旋转180而造成事故。(3）为了防止上述两种情况，现代汽车采用制动防抱死装置（ABS），使车轮又滚又滑，既有较大的纵向制动力，又有相当的横向转向力，避免侧滑的发生。根据附着圆的概念，在转向过程中进行制动，路面所能提供的横向附着力 将比 减小。当车轮全抱死( 100%)时， 将趋近于零，从而导致车轮侧滑。yFZFsyF汽车事故 工工程程 在车辆转向的同时制动时，路面上留下轨迹曲线。在车辆转向的同时制动时，路面上留下轨迹曲线。如果轨迹上不仅有纵向的拖印，而且还有横向的擦印，如果轨迹上不仅有纵
22、向的拖印，而且还有横向的擦印，就能表明路面附着力已达到最大值，可用于计算制动开就能表明路面附着力已达到最大值，可用于计算制动开始时车辆的速度。始时车辆的速度。 现场测定弦长与矢高 3 3根据侧滑轨迹估算制动初速度根据侧滑轨迹估算制动初速度汽车事故 工工程程2222222( /2)()(/4)2RlRhRlRRhh282lhRh要测定车辆质心轨迹曲线的弦长与矢高有两种方法。第一种方法是直接在现场确定车辆质心的轨迹 第二种方法是先测定各车轮留在路面上的拖擦印，按缩小的比例画在纸上，在此基础上量取弦长和矢高 。 汽车事故 工工程程思考题1. 试说明车辆制动性能评价指标。2. 分析汽车横向稳定性。3. 若汽车轴距3.7m，从后轴中心线算起1.7m水平位置上和从前轴中心线算起2.0m水平位置处的质心离地高度为0.75m，该车遗留现场拖印长度20m，轮胎与路面间的附着系数为0.7(干燥沥清路面)，上坡坡度(i=5%)，试计算全部车轮制动、只有前轮制动、只有后轮制动、只有一个前轮和一个后轮制动这4种条件下汽车出现拖印时的初速度。
