1.4　汽车特征参数与性能指标

1.4.1　汽车的主要特征参数

1．质量参数

1）整备质量

整备质量即自重，指汽车完全装备好（但不包括货物、驾驶员及乘客）的质量。除了包括发动机、底盘和车身外，还包括燃料、润滑油、冷却水、随车工具和备用轮胎的质量。

2）载质量

货车在硬质、良好的路面上行驶时所允许的最大额定装载质量。客车和轿车的载质量一般以乘坐人数表示，其额定载客人数为车上的额定座位数。

3）总质量

汽车在满载时的总质量，即汽车整备质量与额定载质量之和。

2．尺寸参数

汽车的主要尺寸参数有车长、车宽、车高、轴距、轮距、前悬、后悬、接近角、离去角和离地距等（图1.35）。

1）车长

车长是指汽车长度方向两极端点间的距离。车长是对汽车的用途、功能、使用方便性等影响最大的参数，因此一般以车长来划分车身等级。车身长意味着纵向可利用空间大，但过长的车身会给调头、停车造成不便。一般中小型乘用车长4m左右，接近5m长的可算作大型车了。按我国有关规定，公路车辆的极限总长是：货车及半挂牵引车≤12m；乘用车及客车≤18m；汽车带挂车≤20m。

2）车宽

车宽是指汽车宽度方向两极端点间的距离。车宽主要影响乘坐空间和灵活性。对于乘用车，如果要求横向布置的三个座位都有宽阔的乘坐感（主要是足够的肩宽），那么车宽一般都要达到1.8m。近年来，出于对安全性的更高要求，车门壁的厚度有所增加，因此车宽也普遍增加。日本对车宽的限制比较严，大部分在1.8m以内，欧洲车和美国车则倾向增大车宽。但是车身过宽会降低在市区行走、停泊的方便性，因此对于轿车来说，车宽2m是一个公认的上限，接近或超过2m的车都会很难驾驶。按我国有关规定，公路车辆的极限总宽≤2.5m。

3）车高

车高是指汽车最高点至地面间的距离。车高直接影响重心（操控性）和空间。大部分轿车高度在1.5m以下，与人体的自然坐姿高度相比低很多，主要是出于降低全车重心的考虑，以确保高速拐弯时不会翻车。MPV、面包车等为了营造宽阔的乘坐（头部空间）和载货空间，车身一般比较高（1.6m以上），但随之使整车重心升高，过弯时车身侧倾角度大，这是高车身的一个重大缺陷。此外，在日本和中国香港等国家和地区，大部分的室内停车场都有高度限制，一般为1.6m，这也是确定车高的重要考虑因素。按我国有关规定，公路车辆的极限总高≤4m。

4）轴距

轴距是指汽车前轴中心至后轴中心的距离。在车长确定后，轴距就是影响乘坐空间最重要的因素，因为绝大多数的两厢和三厢轿车，乘员的座位都是布置在前后轴之间的。长轴距使乘员的纵向空间增大，直接得益的是对乘坐舒适性影响很大的脚部空间。在行驶性能方面，长轴距能提高直路巡航的稳定性，但转向灵活性下降，转弯半径增大。

5）轮距

轮距是指同一车轴左右轮胎胎面中心线间的距离。轮距直接影响汽车的前后宽度比例。与其他尺寸相比，轮距更受机械布局（尤其是悬挂系统类型）的影响，是造型设计师需要在早期就确定的参数。一般轿车的前轮距比后轮略大（相差10~50mm），即车身前半部比后半部略宽，这与空气动力学有关。但一些特殊布局的汽车，如法拉利的512TR，由于后轴安放了大型的水平对置12缸发动机，使其后轮距远大于前轮距，这就需要以特别的造型设计来配合。在操控性方面，轮距增大，转向极限和稳定性会提高，很多高性能跑车车身叶子板都向外抛，就是为了尽量扩大轮距。

6）前悬与后悬

前悬是指汽车最前端至前轴中心的距离，后悬是指汽车最后端至后轴中心的距离。由图1.35可见，车长=前悬+后悬+轴距。所以车长一定，轴距越长，前、后悬便越短。最短的悬长可以短至只有车轮，即为车轮半径1/2。一般轿车的悬长不能过短，要考虑机械零件的布局。例如FF轿车，发动机一般会安置在前轴的前方，因此前悬必须有一定的长度。但前悬也不应过长，以确保爬坡通过性，越野车为了保证爬坡、越台的能力，前悬都很短。一些高性能跑车的前后悬取值主要出于对前后重量平衡和动态重心转移的考虑。近年来为了满足严格的正面撞击测试法规，有加长前悬的趋势，目的是容纳车架的撞击缓冲结构。后悬可以比前悬稍长一些。

7）接近角与离去角

接近角是指汽车前端突出点向前轮引的切线与地面的夹角（图1.35中A角）。离去角是指汽车后端突出点向后轮引的切线与地面的夹角（图1.35中B角）。接近角和离去角越大，表示汽车的通过性越好。当汽车前端或尾部触及地面而不能通过时，则分别称为触头失效或托起失效（图1.36）。

8）离地距

离地距是指车体最低点与地面的距离。后驱车的离地最低点一般在后轴中央，前驱车一般在前轴，也有些轿车的离地距最低点在前防撞杆下缘。离地距必须确保汽车在行走崎岖道路、上下坡时的通过性，即保证不刮底。但离地距高也意味着重心高，影响操控性，一般轿车的最低离地距为130~200mm，可满足正常道路状况的使用要求。越野车离地距普遍大于200mm。赛车由于安装了扰流车身部件，并且要降低重心，离地距可以低至50mm，前提是赛车跑道路面平坦。由于汽车与越野地面间的间隙不足而被地面托住、无法通过的情况，称为间隙失效（图1.37）。

9）纵向通过角

纵向通过角是指车辆满载、静止时，分别通过前、后轮外缘作垂直于汽车纵向对称平面的切平面，当两切平面相交于车底较低部位时的夹角（图1.35中C角），这是车辆能通过的最大角度。当汽车中间底部的零部件碰到地面而被顶住时，称为顶起失效（图1.38）。

1.4.2　汽车的主要性能指标

汽车性能是指汽车满足使用要求的程度，也是衡量汽车好坏的重要指标。通常用来评定汽车性能的指标有动力性、燃油经济性、制动性、操控稳定性、平顺性和通过性等。汽车安全性也是一个非常重要的性能指标，但国内外还没有统一的评定标准。

由于汽车的种类繁多，需要满足的使用要求各不相同，在设计汽车时往往有针对性地满足一两项主要性能而把其他性能放在次要位置。例如，家用经济型轿车需要强调燃油经济性而把动力性放在较次要位置；而跑车则强调动力性而把燃油经济性放在次要位置等。因此，评价一辆汽车性能的优劣，要综合考虑各方面的因素。

1．动力性

汽车的动力性用汽车在良好的路面上直线行驶时所能达到的平均行驶速度表示。汽车是一种高效率的运输工具，运输效率的高低在很大程度上取决于汽车的动力性。所以，动力性是汽车各种性能中最基本、最重要的性能。

从获得尽可能高的平均行驶速度的观点出发，汽车动力性主要用以下三方面的指标来评定：

（1）汽车的最高车速。最高车速是指在水平良好的路面（混凝土或沥青）上汽车能达到的最高行驶车速。

（2）汽车的加速时间。加速时间表示汽车的加速能力，它对平均行驶车速有很大影响，特别是轿车，对加速时间更为重视。常用原地起步加速时间和超车加速时间来表示汽车的加速能力。原地起步加速时间是指汽车由1挡或2挡起步，并以最大的加速强度（包括选择恰当的换挡时机）逐步换至最高挡后某一预定的距离或车速所需的时间。一般常用静止行驶到1/4mile（1mile=1609.344m）或静止行驶到400m所需时间（用s作单位）来表示汽车原地起步加速能力；也有用静止加速到60mile/h或静止加速到100km/h所需时间来表示加速能力。超车加速时间是指用最高挡或次高挡由某一较低车速全力加速至某一高速所需的时间。因为超车时汽车与被超车并行，容易发生安全事故，所以超车加速能力强，并行距离短，行驶就安全。对超车加速能力还没有统一的规定，采用较多的是用最高挡或次高挡由30km/h或40km/h全力加速行驶至某一高速如80km/h或100km/h所需的时间。

（3）汽车能爬上的最大坡度。汽车的上坡能力是用满载（或某一载质量）时汽车在良好路面上的最大爬坡度i_max表示（如果汽车能爬上角度为θ的坡，则i_max=tanθ×100%）。显然，最大爬坡度是指1挡的最大爬坡度。轿车最高车速大，加速时间短，经常在较好的路面行驶，一般不强调它的爬坡能力。货车需要在各种地区的各种道路上行驶，所以必须具备足够的爬坡能力，一般i_max在30%左右。越野汽车要在坏路或无路条件下行驶，因而爬坡能力是一个很重要的指标，其最大爬坡度可达60%左右。

2．燃油经济性

在保证动力性的前提下，汽车以尽可能少的燃油消耗量经济行驶的能力，称作汽车的燃油经济性。

汽车的燃油经济性常用一定运行工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量或一定燃油量汽车行驶的里程来衡量。在我国及欧洲，燃油经济性指标的单位为L/100km，即行驶100km所消耗的燃油体积数（L），该数值越大，汽车燃油经济性越差。美国为MPG（mile/gallon，1gallon=3.785L），即每加仑燃油行驶的里程数，这个数值越大，汽车燃油经济性越好。MPG与L/100km换算方式为235/MPG数。例如，一辆车MPG=25，那么用235除以25，等于9.4，换算成L/100km就是9.4L/100km。日本汽车的油耗测试单位是km/L，表示每升油能够跑多少公里，该数值越大，表示燃油效率越高，车辆油耗越经济。

燃油消耗量的测试方法，有流量计法和碳平衡法两种。流量计法是在发动机油管上串联流量计，需要拆、装发动机供油管路来直接测量消耗了多少燃油。碳平衡法则是通过元素守恒的原理，通过测量汽车排气流量和含碳气体浓度，来测算消耗的燃油量。碳平衡法虽然是间接测算，但是只需将仪器管路与排气管对接即可测量，而且具有较高的准确率。因此，碳平衡法是目前主流的油耗测量方法。

工况燃油消耗量的测量要求车辆的运行状态良好，一般要求车辆经过3000km的磨合期且车辆的行驶里程不能超过15000km才可以进行试验，测试期间不开启空调。测试过程共分为两步：第一步，在标准环境下的平直路面测试车辆不同时速下的行驶阻力，以便在后面转毂试验中模拟行驶阻力，更加贴合实际情况。一般情况下，将车辆加速至150km/h，随后空挡滑行，使用V-BOX仪器测试其行驶阻力。第二步，在底盘测功机上接好仪器后，按照测试工况要求驾驶车辆，测得燃油消耗量，同时保证车前方有变速风机模拟行驶时的气流，主要是为了给发动机进气和冷却系统提供“冷空气”。

对于传统内燃动力乘用车及商用车，根据测量得到的燃油消耗量与测试过程车辆行驶里程的比值，即可得到一定运行工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量。对于轻型混合动力电动汽车，根据GB/T 19753—2005《轻型混合动力电动汽车能量消耗量试验方法》的要求，混合动力汽车燃油消耗量的计算方法如下：

平均燃油消耗量=（纯电行驶里程×纯电行驶燃油消耗量+25km×

电池用光后燃油消耗量）／（纯电行驶里程+25km）

其中，平均燃油消耗量就是前面提到的百公里综合燃油消耗量。

如果纯电燃油消耗量为0，那么上述公式就简化为：

平均燃油消耗量=（25km×电池用光后燃油消耗量）／（纯电行驶里程+25km）

等速行驶百公里燃油消耗量是常用的一种评价指标，指汽车在一定载荷（我国标准规定轿车为半载、货车为满载）下，以最高挡在水平良好路面上等速行驶100km的燃油消耗量。先测出每隔10km/h或20km/h速度间隔的等速百公里燃油消耗量，然后在图上连成曲线，称为等速百公里燃油消耗量曲线。

等速行驶工况并没有全面反映汽车的实际运行情况，特别是在市区行驶中频繁出现的加速、减速、怠速以及停车等行驶工况。因此，在对实际行驶车辆进行跟踪测试统计的基础上，各国都制定了一些典型的循环行驶试验工况模拟实际汽车运行状况。

世界上关于轻型车排放油耗试验的试验工况主要有三个，分别为新欧盟测试循环NEDC（New European Driving Cycle）工况（图1.39）、美国环保署联邦测试循环工况FTP-75（图1.40）以及日本JC08工况（图1.41）。三种工况的适用范围有所不同，NEDC工况主要在欧洲、中国、澳大利亚等国家使用；FTP-75工况主要在美国、加拿大、南美等国家使用；JC08工况主要在日本使用。三种工况有着不同的标准，同一辆车经过三种循环工况测试，最终数据也会不同。较新的测试有世界统一轻型车测试循环（WLTC），见图1.42。

近些年，全球加强了汽车排放限制，摒弃了NEDC测试工况，采用全新的“世界轻型车测试程序”（WLTP），该测试工况在2020年前后得到实施。

3．制动性

汽车行驶时能在短距离内停车且维持行驶方向的稳定性，在下长坡时能维持一定车速的能力，以及在一定坡道上能长时间停车不动的驻车性能，称为汽车的制动性。汽车的制动性也是汽车的主要性能之一。

汽车的制动性主要由下列三方面指标来评价：

（1）制动效能。指在良好路面上，汽车以一定初速制动到停车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。制动距离与汽车的行驶安全有直接的关系，是指汽车空挡时以一定初速，从驾驶员踩着制动踏板开始到汽车停止为止所驶过的距离。制动距离与制动踏板力以及路面附着条件有关。制动减速度反映了地面制动力，因此它与制动器制动力（车轮滚动时）及附着力（车轮抱死拖滑时）有关。由于汽车的动力性存在差异，对制动效能的要求也就不同，一般轿车、轻型货车的行驶速度高，所以要求其制动效能也高；而重型货车行驶速度相对较低，其制动效能的要求也就稍低一些。

（2）制动效能的恒定性，即抗热衰退性能。是指汽车高速行驶或下长坡连续制动时制动效能能保持的程度。因为制动过程实际上是把汽车行驶的动能通过制动器吸收转换为热能，所以制动器温度升高后，摩擦力矩将显著下降，这种现象就称为制动器的热衰退。制动器温度升高后，能否保持冷态时的制动效能，已成为设计制动器时要考虑的一个重要问题。此外，涉水行驶后，制动器还存在水衰退问题。

（3）制动时的方向稳定性。是指制动时汽车不发生跑偏、侧滑以及失去转向能力的性能，常用制动时汽车按给定路径行驶的能力来评价。若制动时发生跑偏、侧滑或失去转向能力，则汽车将偏离原来的路径。一般把汽车在制动过程中维持直线行驶或按预定弯道行驶的能力称为制动时汽车的方向稳定性。在试验时常规定一定宽度的试验通道（如1.5倍车宽或3.7m），制动时方向稳定性合格的车辆在试验过程中不允许产生不可控制的效应使它离开这条通道。

汽车的制动性主要通过路上试验来评定。一般要测定冷制动及高温下汽车的制动距离、制动减速度、制动时间等参数。另外，还要测定在转弯与变更车道时汽车制动的方向稳定性。

4．操控稳定性

汽车的操控稳定性是指在驾驶者不感到过分紧张、疲劳的条件下，汽车能遵循驾驶者通过转向系及转向车轮给定的方向行驶，且当遭遇外界干扰（比如侧向力、转弯向心力等）时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。

随着道路条件的不断改善，特别是现代高速公路的发展，汽车以100km/h或更高车速行驶的情况是常见的。现代轿车的设计最高车速一般超过200km/h，有的运动型轿车甚至超过400km/h。汽车的操控稳定性不仅影响到汽车驾驶的操控方便程度，也是决定高速汽车安全行驶的一个主要性能，所以人们称之为“高速车辆的生命线”。

汽车操控稳定性涉及的问题较为广泛，需要采用较多的物理参量从多方面来进行评价。常用汽车的稳定转向特性来评价。转向特性包括不足转向、过度转向以及中性转向三种状况。不足转向特性的汽车，在固定方向盘转角的情况下绕圆周加速行驶时，转弯半径会增大；过度转向特性的汽车转弯半径则会逐渐减小；中性转弯特性的汽车则转弯半径不变。由于过度转向特性的汽车在转弯时容易发生剧烈的回转，从而导致翻车事故的发生，因此在汽车设计中要尽量杜绝汽车具有过度转向特性。汽车的转向特性与汽车的前后桥轴荷分配、轮胎和悬架种类以及转向结构形式等有关。易操控的汽车应当有适当的不足转向特性，以防止汽车出现甩尾现象。

5．行驶平顺性

汽车行驶时，路面不平以及发动机、传动系和车轮等部件旋转会激发汽车的振动。通常，路面不平是汽车振动的基本输入。因此，平顺性主要是指路面不平引起的汽车振动，频率范围为0.5~25Hz。

平顺性主要是保持汽车在行驶过程中产生的振动和冲击环境，对乘员舒适性的影响在一定界限之内，因此，平顺性主要根据乘员主观感觉的舒适性来评价，对于载货汽车还包括保持货物完好的性能。由于平顺性主要是根据乘坐的舒适度来评价的，所以又称为乘坐舒适性。

6．通过性（越野性）

汽车的通过性（越野性）是指汽车能以足够高的平均车速通过各种坏路和无路地带（如松软地面、凹凸不平地面等）及各种障碍（如陡坡、侧坡、壕沟、台阶、灌木丛、水障等）的能力。

通过性主要取决于地面的物理性质及汽车的结构参数和几何参数。同时，它还与汽车的其他性能，如动力性、平顺性、机动性、稳定性等密切相关。

与间隙失效有关的汽车整车几何参数，称为汽车的通过性几何参数。例如，最小离地间隙、纵向通过半径、横向通过半径、接近角、离去角等（参见1.4.1节）。