汽车通过性

课前思考1、越野汽车、4轮驱动汽车和2轮驱动汽车越过障碍（台阶、壕沟）的能力一样吗？2、汽车在松软路面和硬路面上的行驶速度一样吗？3、汽车分别在好路和坏路上行驶时乘客的感觉一样吗？4、什么是汽车的通过性、平顺性？如何对其进行评价？第一部分汽车的通过性6.1概述6.2松软路面的物理性质6.3汽车通过性几何参数（重点）6.4汽车越障能力（重点）汽车通过性定义：在一定的载质量下，汽车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、坎坷不平地段)和各种障碍（陡坡、侧坡、壕沟、台阶、灌木丛、水障）的能力。影响通过性的主要因素：汽车的支承性质（地面物理性质）、牵引参数（汽车结构参数）和几何参数；它还与汽车的其它使用性能(如动力性、平顺性、机动性、稳定性、视野性)有关。6.1概述分类：根据地面对汽车通过性的影响，通过性可分为：①轮廓通过性（几何通过性）；②牵引支承通过性（支承通过性）。6.2松软路面的物理性质车辆在松软地面上行驶时，使地面发生剪切变形，相应的剪切力便构成地面对汽车的推力。当驱动轮对地面施加的水平力大于等于极限剪切力时，引起车轮滑转。车轮压紧土壤等松软支承物形成车辙阻力。xFAcAc＝WtgFxxFxF1n1n1n软弱土壤1n硬实土壤1n2地面的法向负荷及其沉陷量沉陷量压力车辆在半流体泥浆中所受到的阻力与其行驶速度、浸入面积以及泥浆的密度、阻力系数Cd有关。。车辆在雪地行驶受到雪的密度和覆盖层的厚度影响。厚度小于最小离地间隙也会形成阻力，任何密度的雪都不会阻碍汽车行驶。当积雪大于汽车最小离地间隙150％时，轻型汽车可在350kg/m3的雪地上行驶，重型汽车可在500kg/m3的雪地上行驶。渗水的雪地密度大，但是强度很低。3半流体的泥浆及雪地密度对行驶的影响小结：汽车在松软地面上行驶的特点①滚动阻力大②附着力小路面峰值附着系数滑动附着系数沥青或混凝土（干）0.8~0.90.75沥青（湿）0.5~0.70.45~0.6混凝土（湿）0.80.7砾石0.60.55土路（干）0.680.65土路（湿）0.550.4~0.5雪（压紧）0.20.15冰0.10.071.名词解释①间隙失效——在越野行驶中，由于汽车与不规则的地面之间间隙不足而被托住、无法通过的情况。托尾失效触头失效顶起失效间隙失效一、轮廓通过性②通过性几何参数——与防止间隙失效有关的汽车本身的几何参数。6.3汽车通过性几何参数间隙失效：汽车因离地间隙不足而被地面托住无法通过的现象。顶起失效：车辆中间底部的零部件碰到地面而被顶住的现象。触头或托尾失效：因车辆前端或尾部触及地面而不能通过的现象。几何参数：最小离地间隙、纵向通过角、接近角、离去角、最小转弯直径等。12gh32.通过性几何参数的确定及其作用最小离地间隙hg——汽车满载、静止时，除车轮外的最低点与支承平面之间的距离。表征汽车无碰撞地越通过地面凸起等障碍物的能力。接近角γ1、离去角γ2——表征汽车接近或离开障碍物时不发生碰撞的能力（满载、静止）纵向通过角γ3——表征汽车可无碰撞地通过小丘、拱桥等障碍物的轮廓尺寸，γ3越大，通过性越好（满载、静止）最小转弯直径dH——表征汽车在最小面积内的回转能力内轮差d——表征通过狭窄弯曲地带或绕过障碍物的能力。机动车运行安全技术条件GB7258-2004举例：当转弯直径为24m时，内轮差（以两内轮轨迹中心计）不得大于3.5m转弯通道圆——转向盘转至极限位置时，右图中两圆之间的通道。表示汽车转弯时所需通道宽度。最大内圆直径；最小外圆直径，车辆所需通道宽度，通过性越好。mhrt10横向通过半径2？纵向通过半径1各类汽车通过性几何参数数值范围二、牵引支承通过性1.名词解释附着质量mμ——轮式车辆驱动轴载质量（轴重）;附着质量系数Kμ——车辆附着质量mμ与总质量ma之比：车轮接地比压p——车轮对地面的单位压力。ammKammK2.牵引支承通过性评价指标及影响因素附着质量和附着质量系数)()(gmgma式中：ψ—当量道路阻力系数，ψ=fr+i,其中fr为车轮阻力系数，i为坡度;—附着系数（推导？）为满足汽车行驶附着条件的要求，应有：讨论：总质量一定，附着质量增加时，Kμ，有利于汽车在坏路面上行驶。车轮接地比压p在松软路面上：p减小，可减少车辙深度，从而减少行驶的滚动阻力；在粘性土壤和雪地上：p减小，可增加车轮接地面积，提高地面承受剪切力的能力，使车轮不易打滑，通过性好。p与轮胎气压pw有关，硬路面上有关系式：p=kwpw通常kw=1.05~1.2,kw值的大小取决于轮胎刚度，帘布层多的轮胎kw值较大。一、汽车的倾覆失效汽车的倾覆——过大的侧坡、纵坡或转弯时侧向力都可能造成汽车倾覆。6.4汽车越障能力问题：汽车在大侧坡上直线行驶、高速曲线行驶时有可能出现什么形式的倾覆？2cossinBGGhgghB2tanghB2arctanmax1.汽车沿侧坡直线行驶时不发生侧翻的极限角β不发生侧翻条件：2cossinBGGhg临界值：极限角：重力通过一侧车轮接地中心，另一侧车轮的地面法向反作用力为零。1max11arctantansin)cos(GG侧滑的临界条件：宁可侧滑，避免侧翻1maxmax2ghB即2.汽车在大侧坡上直线行驶时不发生侧滑的极限角β'式中，1—侧向附着系数一、汽车的倾覆失效侧滑和侧翻哪一种更危险？BhFGFgjlZ21BhFGFgjlZ22③侧翻临界状态下，FZ1=0gjlhFGB2RvgGFajl296.123.汽车在良好道路上高速曲线行驶不发生侧翻的最大车速①侧向惯性力②左右车轮的反力汽车不侧翻的最大允许车速为：ghgBRv48.6max转向时说明：不仅与汽车的质心高度和轮距有关，而且与转向半径有关。4.汽车在良好道路上高速曲线行驶不发生侧滑的最大车速在侧向力的作用下，开始发生侧滑的临界条件：ZyFF1GgRGva1296.12汽车不侧滑的最大允许车速为：1max96.12gRv特别说明：与汽车的质心高度和轮距无关，但与转向半径有关一、汽车的倾覆失效原则：宁可侧滑，避免侧翻。1maxmax96.1248.6gRhBgRvvg即12ghB故：小结：在侧坡上的倾覆失效条件与良好路面上高速曲线行驶时的倾覆失效条件相同。一、汽车的倾覆失效作业:依据“宁可侧滑、避免侧翻”的原则，推导汽车上坡时避免发生纵向倾覆（即前轮的地面支反力不致等于零）的条件。二、影响汽车通过性的因素1.汽车的最大单位驱动力0maxmax()egRTXMiiiFGGr分动器传动比—Ri2.最低稳定车速0minmin377.0iiirnvRgea行驶车速低车轮滑转的可能性小通过性好。增大发动机扭矩、提高传动系统的传动比、限制载荷通过性好。也可按照发动机的最低稳定转速计算最低稳定行驶车速3.汽车轮胎车轮对汽车通过性有决定性影响。必须正确选择轮胎花纹、结构参数、轮胎气压、前后轮距、车轮的接地比压、从动轮和驱动轮等，使附着力较大。（1）轮胎花纹对附着系数影响很大，应正确地选择轮胎花纹。越野汽车轮胎，应具有宽而深的花纹，其形状应具有脱掉自身泥泞的性能；湿路面上行驶时：仅花纹凸起部分与地面接触，比压大，足以挤出水层；松软地面上行驶时：与地面接触面积和土壤剪切面积均迅速增加，附着性能提高。二、影响汽车通过性的因素（2）轮胎直径与宽度增大轮胎直径和宽度均能降低接地比压。①增大直径惯性力增加、质心升高，并要采用较大的传动比，故受到限制；②加大宽度直接降低接地比压，如采用低气压轮胎等。（3）轮胎气压——轮胎气压与地面阻力的关系轮胎气压减小，接地面积增加，比压降低，附着系数增大；wp轮胎气压减小，迟滞损失增加。wp一定的地面对应一个最小地面阻力的轮胎气压车轮通过不同路面时，要求不同的值，故有“中央充气系统”。4.汽车车轮(1)前后轮距：前后轮距相等车辙重合阻力小；(2)前后轮压：前轮比压＜后轮比压滚动阻力小；(3)车轮半径：r↑越过垂直障碍和壕沟的能力↑；(4)驱动车轮位置和数目：以4×2后轮驱动轿车为例，分析在硬路面上以很低车速超越障碍的能力令(hw/r)表示单位车轮半径可克服的台阶高度;分析方法：分别列出前轮和后轮在超越台阶时的静力学平衡方程式，并求解该车越障能力与其结构参数间的关系。二、影响汽车通过性的因素0sincos211ZZrZFFfF水平方向，0cossin121GFfFFZrZZ铅垂方向，02121rFGLLFrFfZZZr力矩平衡，前轮轴心为支点，后轮驱动（以从动轮碰到台阶为例）故，前轮越过台阶的能力为（设硬路面上fr0）2112//1/111LrLLLLrhfW服的台阶高度。前轮单位车轮半径可克—fWrh二、影响汽车通过性的因素（*）式说明：L1/L越大、或L/r越小，则(hw/r)就越大，通过性好。（*）LD1zFGL2L1L0hD'z2FwhG'z1F'z1rFf'z2F0h'z2F'z2Fz1rFfD动汽车后驱241L2L同理，后轮越过台阶的能力为（设硬路面上fr0）：2111rhW说明：后轮越过台阶的能力与汽车的结构参数无关，而仅仅与附着系数有关。二、影响汽车通过性的因素（**）问题：对于后轮驱动汽车，哪个车轮是限制汽车越过台阶的主要因素？将不同的附着系数值代入(*)和(**)式可发现，当附着系数μ值不同时，汽车的越障能力不同，如右图所示。二、影响汽车通过性的因素结论：后轮是限制汽车越过台阶的主要因素。对44越野汽车，在硬路面上的越障能力，按照上述同样的方法进行分析（自学），结论如下：①前轮越障能力(hw/r)随结构参数L/r的增加而减少；当L1/L增加时，(hw/r)可以显著提高，甚至可使车轮爬上高度大于半径的台阶。二、影响汽车通过性的因素②后轮越障能力长轴距、前轴负荷大的汽车(L1/L较小)，后轮越过台阶的能力大于前轮；结构参数L/r较大时，可改善后轮越过台阶的能力（与轴荷分配无关）。驱动轮的数目及其在汽车上的布置对通过性的影响还可以通过分析超越壕沟、爬坡、通过坏路的能力加以比较；结构参数L/r、L1/L的大小和驱动轮的位置、数目均影响汽车通过性的各种能力，在设计时，可通过调整结构参数获得较好的性能。结论（4×4）：①长轴距、前轴负荷大的汽车（L1/L较小），后轮越过台阶的能力大于前轮；②无论汽车总质量如何分配，较大的L/r总会改善后轮的越障能力；③对于4×4汽车的L/r、L1/L比值的变化，前后轮在越障能力方面有不同的反应。二、影响汽车通过性的因素5.结构措施(1)液力传动液力装置——液力变矩器、液力耦合器，可提高发动机工作稳定性，使汽车保持低速行驶（0.5~1.5km/h）。逐渐平顺起步及改变速度，减少土壤被破坏和车轮滑移的可能性。二、影响汽车通过性的因素(2）差速锁及高摩擦式差速器差速锁——防止某一侧完全滑转而另一侧不转动。通过锁止差速器，使两侧车轮短时间获得相同转矩并以相同转速转动而脱离坏路面。高摩擦式差速器（越野车常用）——如凸轮式差速器，通过差速器内部摩擦，提高汽车总驱动力。(3)驱动防滑控制系统ASR（AccelerationSlipRegulation）ASR——通过控制系统和装置，控制驱动轮使之保持处于最佳滑转范围内；ASR——保证汽车在驱动过程中的稳定性和转向性。二、影响汽车通过性的因素ASR的控制方式①调节发动机输出转矩；②制动驱动轮；③锁止差速器。目的：调节驱动轮上的驱动力矩。通常，在汽车的ABS系统中设有与ASR的接口电路，ASR系统也可以独立装车使用。二、影响汽车通过性的因素(4)独立悬架