汽车理论教程4

汽车理论第五讲主讲教师：杨志华学时：482第一章汽车动力性第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率本节将介绍附着力、附着条件、附着率等基本概念，分析汽车在纵向坡道上加速上坡时的受力，确定汽车在不同行驶条件下的附着率。返回目录本节内容较复杂，公式较繁琐，我们需要掌握的是：基本思想和重要结论。3路面条件附着系数干沥青路面0.7～0.8湿沥青路面0.5～0.6干燥的碎石路0.6～0.7干土路0.5～0.6湿土路0.2～0.4滚压后的雪路0.2～0.3maxXZFFFF1.附着力—附着系数，与路面和轮胎都有关。地面对轮胎切向反作用力的极限值（最大值）即为附着力。FZ—地面作用在车轮上的法向反力；第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率一、汽车行驶的附着条件常见路面的平均附着系数思考：为什么汽车在湿土路上容易出现打滑现象？4思考光面胎和带花纹的轮胎在干燥硬路面上的附着系数有何不同？轮胎花纹起什么作用？第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率胎面与的关系？5第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率6F1方程式赛车在不同天气条件下使用的不同胎面花纹的轮胎第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率7222ftZXFFrTT22ZXFF后轮驱动时，附着条件是附着条件：地面作用在驱动轮上的切向反力小于驱动轮的附着力。驱动轮上的切向反力主要与哪些因素有关？其大小可否通过驾驶员合理控制？第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率2.附着条件思考匀速行驶时，822ZXFF令后轮驱动汽车的附着条件也可以表达为222ZXFFCC2—后轮驱动汽车驱动轮的附着率；3.附着率第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率由附着条件可得前轮驱动时，附着条件是令111ZXFFC11ZXFFC1—前轮驱动汽车驱动轮的附着率；前轮驱动汽车的附着条件也可以表达为1C附着率是完成规定工况对路面提出的最低要求，其大小取决于“规定工况”，与实际路面条件无关。2C9以前轮驱动为例，如果FX1小、FZ1大，则小，附着条件容易得到满足。FX1小1C第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率路面条件好，车速低，Ff小；行驶车速低，Fw小；路面平坦，Fi小；不急加速，Fj小。什么路面条件下，附着条件不易满足？湿滑路面、冰雪路面、沙地等。当路面有积雪时，起步用高挡好还是用低挡好？用高挡轻踩加速踏板起步较好。汽车在什么工况下工作，附着条件会不易满足？起步急加速。解释为什么？1022f2rt2/ZXFrTTTF解决方案装用TCS（ASR）驱动力控制系统，通过对驱动轮作用制动力矩控制起步过程的FX2。进而减少燃油喷射量第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率起步过程中，驱动轮的严重滑转会加剧轮胎的磨损。11maxXFsiniGFcosGiFF只有才有可能爬上坡道sincosGG1o100%45i即，越野车能否爬上100％的坡道？8.0max越野汽车爬坡时即只有附着系数大于1时，才有可能爬上100%的坡道。思考第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率F12二、汽车的附着力与地面法向反作用力汽车在加速上坡时，附着条件不易满足。以下将在此工况下，分析路面作用在车轮上的法向力FZ和切向力FX。第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率13cosddsincoscosddsincos2w0gfwgg21w0gfwgg1LrfGFtuLriiILrILhgGLhLaGFLrfGFtuLriiILrILhgGLhLbGFZZZZ第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率静态轴荷动态分量空气升力滚阻的作用14sincosg1sLhLbGFZsincosg2sLhLaGFZ主要与质心位置及坡度角有关。（1）静态轴荷的法向反作用力（2）动态分量tuLriiIGgLrIGgLhgGFZdd0gfwg1dtuLriiIGgLrIGgLhgGFZdd0gfwg2d思考：汽车加速前进时，前后轮的垂直载荷发生什么变化？第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率15FZd1FZd2加速时后驱车容易满足附着条件跑车大多采用后轮驱动思考：加速时，前驱车还是后驱车容易满足附着条件？保时捷911双座跑车采用后置式发动机后轮驱动。第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率16绝大多数双座跑车采用中置发动机后轮驱动。第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率思考：要想使发动机转矩得到充分发挥，又满足附着条件，最理想的驱动方式是什么？四轮驱动17高级轿车自重大，Ff大；车速高，车体大，FW大；发动机排量大，Ft大。思考：什么车型适合用四轮驱动？超级跑车车速高，FW大；发动机排量大，Ft大。越野车道路条件差，附着系数小。重型货车自重大，Ff大，道路条件差，附着系数小。第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率182rLf1w21uACFZ2rLr2w21uACFZCLf－前空气升力系数；CLr－后空气升力系数。第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率（3）空气升力19（4）滚动阻力偶矩产生的部分此项较小，可以忽略不计f1cosZrfFGLcosf2LrfGFZ忽略旋转质量惯性阻力偶矩和滚动阻力偶矩之后tuLhgGFFFtuLhgGFFFZZZZZZddddg2w2s2g1w1s1第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率20三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力切向反作用力最大值出现在汽车加速爬坡的工况，以下将在此工况下进行分析。第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率21将整车分解为车身、驱动轮（前轮）、从动轮（后轮）三部分，分别分析其受力。第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率基本思想：给定车辆参数、坡度、车速和加速度，可以算出从动轮受到的阻力、车身受到的阻力，这些阻力都需要由驱动轮上的地面切向反力克服，剩余部分用于车辆加速。2222w22psinddXFGtumF2jw2f2TTrFXrTrTFX2jw2f22f2FFXtumGFFddsin22w2f2p第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率Tjw2很小，忽略不计23tumWFFFddsinBBw2p1ptummGWFFFdd)(sin)(2B2wBw2f1p代入得第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率tumGFFddsin22w2f2p将24tumGFFXddsin11w1p1tumGFFFXddsinw2f1将代入得jiw2fFFFF注意与Fj的区别jF第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率当汽车由前轮驱动时jiw2f1FFFFFXjiw1f2FFFFFX同理可得：当汽车由后轮驱动时tummGWFFFdd)(sin)(2B2wBw2f1p即，驱动轮的地面切向反力等于从动轮的滚动阻力、空气阻力、坡度阻力和“加速阻力”。汽车理论第六讲主讲教师：杨志华学时：482622ZXFF令后轮驱动汽车的附着条件也可以表达为222ZXFFCC2—后轮驱动汽车驱动轮的附着率；回顾：附着率第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率由附着条件可得前轮驱动时，附着条件是令111ZXFFC11ZXFFC1—前轮驱动汽车驱动轮的附着率；前轮驱动汽车的附着条件也可以表达为1C附着率是完成规定工况对路面提出的最低要求，其大小取决于“规定工况”，与实际路面条件无关。2C27tuLhgGFFFtuLhgGFFFZZZZZZddddg2w2s2g1w1s1当汽车由前轮驱动时jiw2f1FFFFFXjiw1f2FFFFFX当汽车由后轮驱动时地面法向反力地面切向反力28四、附着率汽车直线行驶状况下，充分发挥驱动力作用时要求的最低附着系数。可以由上述法向反力和切向反力计算得到。1.加速、上坡行驶时的附着率1）后轮驱动汽车f1wij22g2s2w2ddXZZZFFFFFChGuFFFgLt第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率29ij2gs2ddZFFChGuFgLt11dcosduqigt令忽略空气阻力和滚动阻力q—包含加速阻力在内的等效坡度。第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率2gqChaqLL为加速上坡行驶时要求的地面附着系数；换言之，当给定路面的附着系数时，汽车能通过的最大等效坡度为q。g1aLqhL2Csincosg2sLhLaGFZtugiLhLatugidd1cos1dd1cos1g将代入301gqChbqLLg1bLqhL2）前轮驱动汽车2gqChaqLL当汽车由后轮驱动时同理可得，当汽车由前轮驱动时第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率思考：如果a=b，哪种驱动方式的等效坡度更大？g1aLqhL31t2t12tTTT驱动方式或车型Ψ前轮驱动0后轮驱动1Audi0.5BMW325i0.63M.B.4Matic0.653）四轮驱动汽车令后轴的转矩分配系数为第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率32)dd1(sin)1(1tugGFX)dd1(sin2tugGFXqLhLbqCg)1(1qLhLaqCg2通常前、后驱动轮的附着率不相等，汽车的等效坡度受附着率较大驱动轮的限制。LhLbqg1LhLaqg21CC若21CC若第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率等效坡度一定时，如果前轮附着率较大，前驱动轮的驱动力将先达到地面附着力而滑转，后驱动轮驱动力也保持在前轮刚开始滑转时的数值不再增加。反之亦然。1gqChbqLL2gqChaqLL单纯前驱单纯后驱四驱33tugGGGddsincosq如果前、后轮驱动力可以根据运动状况自动调节，同时达到附着力极限第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率即注意，“锁定的四轮驱动”就是“前、后轮驱动力可以根据运动状况自动调节”。（轴间差速问题）340i令0ddtuf1w2s2w2ZZFFCFF2.高速行驶时的附着率第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率f1wij22g2s2w2ddXZZZFFFFFChGuFFFgLt同样，也可以求出前轮驱动的附着率。对于给定车辆，基本上取决于车速。35第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率思考：如果路面附着系数，两种轿车1挡的动力性可否得到充分发挥？7.036随着车速的增加，后轮的法向反作用力下降，而切向反作用力则按车速的平方关系增大。因此，附着率随车速的提高而急剧增大，附着条件不易满足。2C第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率思考：高速轿车该如何解决附着率过大的问题？37按“附着率不超过附着系数”，可以精确定量求解附着问题；但计算较繁琐，而且需要较多的车辆结构参数。在某些允许粗略估算的场合，可以采用简化的模型：“驱动力不超过驱动轮的附着力”。以后驱动为例：≤=Fφ2。该模型有一定近似、略偏于安全。riiTFT0gtqtLaG38另外，上述关于附着问题的讨论，仅限于汽车的直线行驶动力性能。即，附着率不超过地面附着系数，只是可以确保“可以实现”。而实际上，汽车高速行驶时，为了保持转向能力和侧向抗干扰能力，轮胎和地面之间的侧向附着能力也很重要。（可以视作“侧向储备”。）理论分析和实验都表明，轮胎承受很大地面切向反力时（如高速行驶），地面侧向反力会下降很多。就是说，高速行驶的车辆，当附着率接近附着系数时，地面附着能力全部用