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1、第4章 车辆与交通安全,本次课的主要内容：1、汽车的制动安全性；2、汽车的操纵稳定性；3、车辆结构与行车安全。,4.1 汽车行驶性能与行车安全,1.汽车的制动安全性 在不中断动力传递的条件下要使一辆处于运动中的汽车减速直至停止下来，理论上存在3种途径： 途径之一：借助汽车运动过程中的相关阻力（如空气阻力、滚动阻力等）使汽车停止下来； 途径之二：利用制动装置（如车轮制动器）使汽车停止下来； 途径之三：通过在道路上设置障碍物使汽车停止下来。 实际中仅第二条途径具有可行性。,汽车的制动性,是指汽车在行驶中能强制地降低行驶速度以至停车且维持行驶方向稳定性，或在下坡时保证一定行驶速度的能力。1）制动性能
2、的评价指标（1）制动效能 即汽车在良好路面上以一定初速度制动到停车时的制动距离或制动时汽车的减速度。它是制动性能最基本的评价指标。,（2）制动效能的恒定性 是指制动过程中制动器的抗热衰退性能和抗水衰退性能等。制动器的抗热衰退性能是指汽车在高速行驶时或下长坡过程中连续制动时，制动器温度升高后与未升高前即冷态时相比，其制动性能保持的程度；制动器的抗水衰退性能是指汽车在涉水时制动性能保持的程度。,（3）制动时的方向稳定性 即汽车在制动过程中按预定轨道（直线或预定弯道）行驶，不发生跑偏、侧滑、以及失去转向能力的性能。,2）汽车制动原理,汽车的制动过程，就是人为的增加汽车的行驶阻力使行驶中的汽车的动能或
3、势能转化为热能的过程。 目前技术条件下主要通过车轮制动器实现。利用车轮制动器对行驶中的汽车实现制动通过两对摩擦副完成。 第一对摩擦副：车轮制动器。当驾驶员踏下制动踏板时，通过制动传动机构使车轮制动器中不旋转的制动蹄与旋转的制动鼓（或不旋转的制动钳与旋转的制动盘）相互作用，对运动中的车轮产生摩擦力矩； 第二对摩擦副：轮胎与地面。由于轮胎与路面间的附着作用，车轮产生的摩擦力矩通过车轮与路面的接触点给路面一个向前的切向力，而路面同时给车轮一个与行驶方向相反即向后的切向反作用力作用于轮胎，以阻止汽车前进，迫使汽车减速或停止行驶。,汽车制动时的车轮受力,汽车制动时车轮运动的两种状态,两种状态：减速滚动和
4、抱死拖滑 当制动踏板力较小时，制动器摩擦力矩也较小，即地面制动力小于附着力时，车轮未抱死时做减速滚动； 当地面制动力达到附着力，车轮抱死不转时则出现抱死拖滑。汽车制动过程中车轮抱死滑移的根本原因是制动器制动力大于轮胎-道路附着力。 由于地面制动力是滑动摩擦的约束反力，其数值大小不能超过附着力，即有： 汽车的地面制动力首先取决于制动器制动力，但同时又受到地面附着条件的限制。只有在汽车具有足够的制动器制动力，同时地面又能提供高的附着力时，才能获得足够的地面制动力。,汽车制动印痕的发展过程,随着制动强度的不断增加，车轮的运动逐渐由滚动向滑动变化。 在坚硬路面上，汽车在制动过程中留下的清晰的轮胎花纹印
5、痕，称为“压印”；而轮胎从局部滑移到全滑移过程中留下的花纹压印长度逐步加大变成连为一片的粗黑印痕，称为“拖印”，此时车轮已被制动器抱死。滑转率的定义：,滑转率S从0-100%的变化,3）路面附着系数,附着系数是描述汽车运动过程中轮胎抓地能力的重要参数，有纵向附着系数和侧向附着系数之分。纵向附着系数是地面纵向力与垂直反力的比值；侧向附着系数是侧向力与垂直反力的比值。对于汽车制动过程而言，其路面纵向附着系数的最大值不是理论上的纯滚动状态，而是在滑转率=15%-20%的部分滑动状态。,路面附着系数随滑转率的变化关系,图中：1纵向附着系数；2横向附着系数,汽车制动效果,滑转率在15%-20%时制动效果
6、最佳，这是因为此滑转率能使汽车同时获得较大的纵向附着系数和侧向附着系数，即汽车纵向制动性能最好，侧向稳定性也同时很好。具有一般制动系统的汽车难以同时满足此要求，近年来在汽车上广泛使用的制动防抱死装置（ABS）能够满足此要求，并可以显著地改善汽车制动时的制动效能和方向稳定性。附着系数的大小： 主要取决于道路的材料、路面状况与轮胎结构、胎面花纹、材料以及汽车的行驶速度等因素。,4）汽车的制动过程,1）汽车的制动过程简图,图中,t1驾驶员反应时间，是驾驶员从接收（感知）到紧急情况的信息到至开始出现反应动作将右脚移动到制动踏板上所经历的时间，一般t1=0.3-1.0s ；t2制动系协调时间，是驾驶员从
7、踩下制动踏板到汽车制动减速度达到最大值时所经历的时间，包括制动系传递迟滞时间与制动力增长时间两部分，对于液压传动结构， t2=0.2-0.25s；对于气压传动结构，t2 =0.4-0.9s；,t3持续制动时间，是指驾驶员在使汽车保持最大制动减速度 j条件下即汽车以最大制动效能进行制动直至汽车完全停止所经历的时间； t4制动解除时间，是指驾驶员放松制动踏板至制动力消失的时间，此时制动减速度为零（j =0），规定t4不得超过0.3s 。 讨论汽车制动性能时，一般所说的制动距离是指驾驶员从踩下制动踏板到汽车停住为止所驶过的距离，即汽车在t2+t3时间段内所驶过的距离。,5）汽车的制动距离和制动非安全
8、区,汽车制动非安全区：是指从驾驶员接受到紧急情况信息到汽车完全停止为止所驶过的距离，也就是汽车在制动全过程中所驶过的距离。汽车制动非安全区大小：驾驶员反应距离+ 汽车制动距离之和。,为安全距离，是指汽车在前方静止障碍物前停住后需留的一段距离，一般取为3-10m。安全停车距离 ，是汽车行驶过程中实施制动时不与前方静止障碍物发生碰撞而使汽车安全停住所要求的距离（即视距）。其大小为汽车制动非安全区与安全距离之和。,6）制动时的方向稳定性,汽车在制动过程中有时会出现制动跑偏、后轴侧滑或前轮失去转向能力等现象使汽车失去控制而偏离原来的行驶方向，甚至发生撞入对方车辆行驶车道、滑向路边及沟塘、滑下山坡等危险
9、境况。（1）制动跑偏 制动跑偏是指汽车在制动过程中当方向盘保持不动时车辆自动向左或向右偏驶的现象。汽车制动跑偏常造成撞车、掉沟、翻车等事故，应予以足够重视。（2）制动侧滑 制动侧滑是指汽车制动时某一轴的车轮或两轴车轮同时发生横向滑移的现象。最危险的情况是高速行驶中的汽车制动时后轴发生侧滑，这时汽车常发生不规则的急剧回转运动而使汽车部分或完全失去操控。,2. 汽车的操纵稳定性,汽车的操纵稳定性包括操纵性和稳定性两个方面。操纵性是指汽车在行驶过程中能够确切地响应驾驶员指令的能力；稳定性是指汽车在行驶过程中，受到外力扰动后恢复原来运动状态的能力。 实际中汽车的操纵性和稳定性两者相互影响，密不可分，操
10、纵性的丧失将导致汽车的侧滑和侧翻，稳定性的丧失往往使汽车失去操控性而处于危险状态，因而，汽车保持良好的操纵性和稳定性对于确保行车安全非常重要。,1）操纵稳定性不好的汽车在行驶过程中的主要表现,“发飘”：当汽车以较高速度行驶时，在驾驶员未发出任何改变当前运动状态指令的情况下，车辆自行的不断变换运动方向使驾驶员及乘员感到漂浮不定。“反应迟钝” ：在驾驶员对汽车实施转向操作后，车辆或是没有及时的响应，或是转向动作迟缓。“丧失路感” ：操纵稳定性良好的汽车，在转弯时驾驶员能通过方向盘以及车身的侧倾及时感知转弯状态，而操纵稳定性不好的汽车，在车速较高或急剧转向时会使驾驶员丧失这种感知性，从而会影响驾驶员
11、对汽车转弯瞬时运动状态的准确判断。“失去控制” ：操纵性差的汽车在车速超过某一临界值后，可能会出现驾驶员完全不能通过方向盘指令控制汽车行驶方向的情况。,2）汽车的稳态转向特性,汽车的操纵稳定性常用稳态转向特性进行评价，测试汽车稳态转向特性的试验方法是稳态圆周试验。,不足转向特性：汽车在转向过程中的转向半径R总是大于起始转向半径R0 ； 过度转向特性：汽车在转向过程中的转向半径R总是小于起始转向半径R0 ，且随着车速的增加，转向半径R不断逐渐减小； 中性转向特性 ：理论上汽车在转向过程中的转向半径R总是等于起始转向半径R0 ，实际上具有该特性的汽车在侧向加速度较小时表现出不足转向特性，而在侧向加
12、速度较大时则表现为过度转向特性，行驶中易出现甩尾现象。操纵稳定性良好的汽车应具有适度的不足转向特性。,3）汽车行驶稳定性,实际中，任何一辆汽车保持稳定行驶的能力都是有一定限度的，如果驾驶员对汽车的操纵动作或道路条件使汽车的运动状态超出了其保持稳定行驶的限度，就会即刻失去稳定，发生侧滑或侧翻，引发交通事故。（1）汽车纵向稳定性 是指汽车上（或下）坡时抵抗绕后（或前）轴翻车的能力。（2）汽车横向稳定性 是指汽车抵抗侧翻和侧滑的能力。 汽车在曲线道路上行驶时因产生的离心力使前后车轮受到侧向力作用，当车轮上的侧向反作用力达到车轮与路面间的附着极限时，汽车将会因车轮滑移而失去控制；与此同时，离心力还将引
13、起内外两侧车轮法向反作用力的改变，如果内侧车轮上的法向反作用力降至零值，汽车将发生翻倾。,“跑偏”和“甩尾”,汽车发生侧滑时根据前后轮上侧向反作用力达到附着极限的顺序不同可分为“跑偏”和“甩尾”两种不同情况。“跑偏”的情况：发生于前轮上的侧向反作用力先达到附着极限，此时，因前轮发生侧滑将使汽车的转向半径增大，汽车将被沿转向的外侧方向甩出，严重时汽车可能被甩出路外而导致交通事故。当后轮上的侧向反作用力先达到附着极限时，后轮将先于前轮向外侧方向发生侧滑，而使汽车的转向半径减小，发生“甩尾”现象。由于此条件下转向半径减小，将使离心力进一步增大，离心力的进一步增大将加剧甩尾，严重时使汽车打转甚至倾翻。
14、,4.2 车辆驾驶环境与行车安全,1.驾驶视野是驾驶员驾车时其眼睛能够看清的驾驶室外部范围。驾驶视野的分类及作用 按位于驾驶员所在位置前后的不同可分为前方驾驶视野和后方驾驶视野；按是否利用后视镜分为直接驾驶视野和间接驾驶视野； 直接驾驶视野是指驾驶员通过车窗能够直接看到的外界范围；间接驾驶视野是指驾驶员借助后视镜观察到的侧面、后方视区范围。 需要注意的是，驾驶员观察失误与视野盲区是两回事，两者不可混为一谈。,2.汽车灯光,汽车灯光是指车灯开启后发出的亮光。作用：在夜间或在光线较弱环境下为汽车正常行驶提供照明及标示车辆宽度、照明车厢内部仪表；在转向、制动、倒车等行驶工况向周围其它交通参与者传递运
15、动信号。1）前照灯是汽车上最重要的车灯，和行车安全有着尤为密切的联系。2）其它车灯 包括转向指示灯、制动灯、雾灯、位置灯等。这些车灯与前照灯的明显不同之处是为了汽车能被别人看清楚而设计的，因而，使用中这些车灯都应符合使用要求，且不允许缺少。,3.车辆的仪表及信息显示系统,现代汽车驾驶室仪表板上安装有各种指示仪表和报警装置。基本要求：一是其设计与布置应符合人机工程学的要求，方便驾驶员认读；二是信息显示必须醒目，以满足判断准确、迅速、方便的要求。 为了使仪表具有高度的准确性，仪表板必须能够吸收冲击能量，具有较高的安全性与坚固性。1）车辆仪表作用：向驾驶员显示在行汽车的行驶状态及主要部件的工作状态。
16、目前多为数字显示形式。2）信号显示作用：向驾驶员及其周围环境告知本车即将进行的运行状态，以达到提示或警告的目的。 醒目、及时、易识别的信号显示对保证汽车安全行驶具有重要意义。,4.驾驶员工作环境,1）驾驶室内的活动空间驾驶员驾车过程中其手和脚需要不断地完成各种动作，这就要求驾驶室必须有一定的空间。2）驾驶室内空气调节驾驶室内空气调节是给驾驶员和车内乘员提供舒适工作和乘车环境的重要保证。3）噪声汽车运行过程中的噪声产生于汽车自身的运动过程。其来源主要有：发动机噪声、风噪、车身共振、悬架噪声、轮胎噪声等5个方面。,4.3 汽车主动安全及被动安全技术,汽车安全技术按其状态可分为汽车主动安全技术与被动
17、安全技术。汽车主动安全技术 是指汽车设计者为使汽车安全行驶，尽可能避免道路交通事故发生而可取的技术措施。即具有主动性的特点。理想目标是使汽车具有“智能化”,即具有“思考”能力。,1）刹车系统,A采用盘式制动器；B采用ABS、BAS、ASR、EBD技术； ABS(Anti-lock Braking System)制动防抱死系统 ； BAS (Brake Assist System)制动辅助系统； ASR(Automatic Slip Regulation)驱动防滑系统； EBD (Electronic Braking Distribute)电子制动力分配；,2）悬架和转向系统,A电子控制悬架：
18、根据汽车行驶过程中的瞬时工作条件自动调节悬架组件的减震性能，即悬架阻尼力可随道路条件瞬时调整； B速度控制动力转向： 根据汽车行驶速度的快慢自动调节转向力大小，即低速时提供较大转向力；高速时逐步减少转向力，并保证安全。,3）车速自动控制系统,该装置可自动保持车辆以某一恒定速度行驶而无需驾驶员随道路条件踏下或放松油门踏板。特别适用于现代高速公路上的行驶车辆。,4）驾驶员视野与人机界面,通过对视野界面的精心设计，提高驾驶员从视野界面获取视觉信息的能力。驾驶员视野分为直接视野与间接视野。盲区从视野界面上看不到的地方。 目前对视野关注较多的主要是间接视野（后视镜），通过对后视镜尺寸大小和安装位置的仔细
19、安排，达到增大后视镜视野的目的。,5）智能汽车的发展 随着智能交通系统ITS的发展而发展。,主要包括如下系统：A、危险警告系统；B、驾驶员辅助系统；C、碰撞规避系统（纵向避撞、侧向避撞、交 叉口避撞、视野系统防止碰撞）；D、预警监视系统；E、自动驾驶公路系统（这是智能交通运输系统的一个长远目标）。,汽车被动安全技术 是指汽车在行驶过程中当交通事故不可避免地要发生时，汽车设计者为尽可能减轻事故伤害而采取的技术措施。即具有被动性的显著特点。,主要包括1）乘坐仓：当发生碰撞时，如何使乘坐仓尽可能多的吸收碰撞能量；如何保持乘坐仓的完整性，避免乘员因受到挤压和冲击而造成伤害；2）安全带（属于乘员保护装置）；3）安全气囊（属于乘员保护装置）。,
