汽车理论(第五版)-第七章

1第七章汽车的通过性汽车的通过性（越野性）是指它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。通过性又分为支承通过性和几何通过性。通过性取决于地面的物理和力学性质及汽车的结构参数和几何参数。返回目录2第一节汽车通过性评价指标及几何参数第七章汽车的通过性本节将主要介绍汽车支承通过性的评价指标和影响通过性的汽车几何参数。返回目录3一、汽车支承通过性评价指标汽车支承通过性的指标评价：牵引系数、牵引效率及燃油利用指数。单位车重的挂钩牵引力（净牵引力）。表明汽车在松软地面上加速、爬坡及牵引其他车辆的能力。—汽车的挂钩牵引力；G—汽车重力。第七章汽车的通过性1.牵引系数TCdFd/TCFG4驱动轮输出功率与输入功率之比。反映了车轮功率传递过程中的能量损失。单位燃油消耗所输出的功，。式中，Qt为单位时间内的燃油消耗量。第一节汽车通过性评价指标及几何参数wrdawd1TsrFuTFTE2.牵引效率（驱动效率）TE3.燃油利用指数Ef式中，为汽车行驶速度；TW为驱动轮输入转矩；ω为驱动轮角速度；r为驱动轮动力半径；为滑转率。tadf/QuFEaurs5二、汽车通过性几何参数间隙失效：汽车与地面间的间隙不足而被地面托住，无法通过的情况。顶起失效：当车辆中间底部的零件碰到地面而被顶住的情况。触头失效：当车辆前端触及地面而不能通过的情况。托尾失效：当车辆尾部触及地面而不能通过的情况。与间隙失效有关的汽车整车几何尺寸，称为汽车通过性几何参数，包括最小离地间隙、纵向通过角、接近角、离去角、最小转弯直径等。第一节汽车通过性评价指标及几何参数6（1）最小离地间隙h汽车满载、静止时，支承平面与汽车上的中间区域最低点之间的距离。它反映了汽车无碰撞地通过地面凸起的能力。第一节汽车通过性评价指标及几何参数7（2）纵向通过角β汽车满载、静止时，分别通过前、后车轮外缘作垂直于汽车纵向对称平面的切平面，两切平面交于车体下部较低部位时所夹的最小锐角。它表示汽车能够无碰撞地通过小丘、拱桥等障碍物的轮廓尺寸。第一节汽车通过性评价指标及几何参数8（3）接近角γ1汽车满载、静止时，前端突出点向前轮所引切线与地面间的夹角。γ1越大，越不容易发生触头失效。第一节汽车通过性评价指标及几何参数9（4）离去角γ2汽车满载、静止时，后端突出点向后轮所引切线与地面间的夹角。γ2越大，越不容易发生托尾失效。第一节汽车通过性评价指标及几何参数10（5）最小转弯直径转向盘转到极限位置、汽车以最低稳定车速转向行驶时，外侧转向轮的中心平面在支承平面上滚过的轨迹圆直径。它表征了汽车能够通过狭窄弯曲地带或绕过不可越过的障碍物的能力。第一节汽车通过性评价指标及几何参数mind11（6）转弯通道圆转向盘转到极限位置、汽车以最低稳定车速转向行驶时，车体上所有点在支承平面上的投影均位于圆周以外的最大内圆，称为转弯通道内圆；车体上所有点在支承平面上的投影均位于圆周以内的最小外圆，称为转弯通道外圆。第一节汽车通过性评价指标及几何参数12第一节汽车通过性评价指标及几何参数本节内容结束下一节13第二节松软地面的物理性质第七章汽车的通过性本节将主要介绍土壤的物理性质，包括土壤的抗压性和抗剪性。抗压性直接影响到车辆通过时的滚动阻力；抗剪性直接影响到在土壤条件下驱动轮所能产生的最大驱动力，即附着力。返回目录14一、土壤切应力与剪切变形的关系对于粘性土壤或雪，最大切应力仅与土壤或雪的粘聚性和轮胎与地面的接地面积有关AcFX式中，A为驱动轮的接地面积；c为土壤或雪的粘聚系数。第七章汽车的通过性1.粘性土壤的最大土壤推力15对于摩擦性土壤（干沙、冻结的粒状雪），按照库仑摩擦定律，最大切应力与负荷W成正比地增加式中，W为作用在驱动轮上的垂直载荷，为摩擦角。tanWFX第二节松软地面的物理性质2.摩擦性土壤的最大土壤推力16大部分土壤既不是纯粘性土壤，也不是纯摩擦性壤，而是这两种土壤的混合物，此时最大土壤推力为tanWAcFX第二节松软地面的物理性质3.中性土壤的最大土壤推力思考：在什么样的土壤条件下，增加驱动轮上的垂直载荷有利于提高车辆的通过性？174.剪切强度τmaxtanWAcFX两边同除以面积Atanmaxc式中，τmax为剪切强度；σ为剪切面法向压力。第二节松软地面的物理性质185.土壤的切应力与剪切变形的关系jKKKjKKKyc12221222max1exp1exptan对于“脆性”土壤第二节松软地面的物理性质式中，K1、K2为系数，j为剪切变形量，为中的最大值。土壤的切应力与剪切变形的关系曲线maxy195.土壤的切应力与剪切变形的关系对于“塑性”土壤Kjc/exp1tanKj/exp1max第二节松软地面的物理性质KKjKjjjmax0max0/expdd式中，K为土壤剪切变形模数。土壤的切应力与剪切变形的关系曲线20二、土壤法向负荷与沉陷的关系kbkkzkbkkzpcncn如果将一块表示充气轮胎或履带接地面积的平板用均匀负荷压入地面土壤，静止沉陷量z和单位压力p之间的关系如下。式中，为土壤的“粘聚”变形模数；为土壤的“摩擦”变形模数；b为承载面积的短边长；z为土壤沉陷量；n为沉陷指数。第二节松软地面的物理性质ckk21三、半流体泥浆及雪的密度对通过性的影响车辆在半流体泥浆中所受到的阻力除与其行驶速度、浸入面积等有关外，还与泥浆的密度ρ及阻力系数CD有关，ρ及CD越大，阻力也越大。车辆在雪地的通过性，与雪的密度及厚度有关。如果雪层厚度小于汽车的离地间隙，车辆可以通过，与雪的密度无关。如果雪的厚度大于汽车离地间隙的150%时，轻型汽车可在密度大于350kg/m3的雪地上通过，重型汽车可在密度大于500kg/m3的雪地上通过。这里均指没有渗过水的雪，渗有水的雪密度大，但强度却很低。第二节松软地面的物理性质22本节内容结束下一节第二节松软地面的物理性质23第三节车辆的挂钩牵引力第七章汽车的通过性本节将分析车辆在松软土壤条件下行驶时所遇到的各种滚动阻力；分析松软地面给履带和驱动轮的土壤推力，从而确定车辆的挂钩牵引力。返回目录24一、车辆在松软地面上的土壤阻力土壤的压实阻力推土阻力轮胎的弹滞损耗阻力当车辆在松软地面上行驶时，滚动阻力由三部分构成：第七章汽车的通过性251.刚性车轮滚动时的土壤阻力nczkbkpσ假设土壤对车轮的反力沿径向车轮的受力平衡方程为0dsinrcθ0θθrσbF0dcosθ0θθσrbW—土壤压实阻力；W—垂直载荷；b—车轮宽度。zprddsinxprddcosckknzzzkbkbFnnzc100crc1d0第三节车辆的挂钩牵引力xzkbkbxpbWnrrdd00sin0sin0c，rcF26200202222zzzzDzzDDxzzzDxzDx02d2dd20tzzttzd2dttzDbkkWnzd0020c122c033nnDbkkWz第三节车辆的挂钩牵引力当沉陷量较小时zzDx021.刚性车轮滚动时的土壤阻力271222121c1222rc3131nnnnnDWbkknnF将z0代入表达式，得到压实土壤阻力增加车轮直径和宽度都能降低压实土壤阻力，但增加车轮直径比增加宽度更有效，即直径越大，沉陷量越小。思考：SUV越野汽车和轿车相比，哪种车型的轮胎直径应该更大？为什么？如果汽车在松软地面上行驶，降低压实阻力的有效措施有哪些？第三节车辆的挂钩牵引力rcFrcF1.刚性车轮滚动时的土壤阻力28式中，z0为沉陷量；γs为单位体积土壤重量；c为粘聚系数；b为轮胎宽度。在松软地面上，除了压实土壤阻力外，滚动着的车轮前缘将推动土壤形成隆起的前缘波，产生推土阻力：prs20pc0rb5.0KzKczbF2cpccostanNK2rprcos1tan2NK式中，及Nr是土壤承载能力系数；为摩擦角。第三节车辆的挂钩牵引力rbFcN29式中在很松软的地面上，推土阻力可用下式估算及是局部剪切失效时土壤承载能力系数；prs20pc0rb5.067.0KzKczbF2cpccostanNK2rprcos1tan2NKtan32tan第三节车辆的挂钩牵引力cNrNrbF30在泥浆地面，车辆浸入泥浆部分的形状对运动阻力的影响特别明显，此时推土阻力大于压实阻力而成为主要矛盾。在有硬底层的粘性泥浆里行驶的车辆，推土阻力的大小决定于泥浆的密度ρ、粘度μ、行驶速度以及车辆行走部分浸入泥浆中的尺寸，即2rbDa/2FCuA式中，CD为泥浆的阻力系数，是雷诺数Re的函数，，h为浸入泥浆的深度；A为浸入泥浆中的面积。μhuρRe/a第三节车辆的挂钩牵引力au312.充气轮胎的土壤阻力当轮胎按照刚性轮一样维持圆形，轮胎圆周上最低点处土壤的支承压力为212121cg033nnnnckkWpkzkbbnbD由此式确定的pg值称为充气轮胎的临界压力。如果，轮胎维持圆形。第三节车辆的挂钩牵引力gcipppcrp32pc可由试验测得。第三节车辆的挂钩牵引力33crcippp部分轮缘将变成平面，接地压力为nkb/kppz1cci0nnnnbkknppbkbknzbF1c1cic10rc11第三节车辆的挂钩牵引力icpp34轮胎变形δt引起的弹滞损失是充气轮胎滚动时的弹滞损耗阻力。单位负荷弹滞损耗阻力WFfrttiartpuWF式中，α为经验系数。第三节车辆的挂钩牵引力iatpufrtF353.履带的土壤阻力如果刚性履带下的土壤压力均匀分布，土壤沉陷量为：1/1/0//nnccpWlzkbkkbk在地上压出一条长l、宽b、深z0的履带车辙时所作的功为01101/0d11nnnzcnckzlWblpzblkbnlnkbk如果用拉力将履带拖行水平距离l，所作的功应该等于上式的功。1rc1/11nnncWFlnkbk在接地压力不变的条件下，增加履带接地长度比加宽履带对减小压实阻力更有效。第三节车辆的挂钩牵引力rcFrcFl364.前后串联车轮和车轮重复通过时的土壤压实阻力当车轮第二次通过松软的土壤时，土壤阻力会有所减小。一般越野汽车都是采用前、后轮距相等，并均为单胎的形式，以减小在松软地面上行驶时的阻力。第三节车辆的挂钩牵引力37二、松软地面给车辆的土壤推力1.履带的土壤推力与滑转率履带获得的推力是由于地面土壤被履刺推动、剪切而产生的。tantanmaxmaxWAccAAFX思考：在纯摩擦性土壤条件下，推力主要与车辆的什么参数有关？在粘性土壤条件下，推力又受什么因素的影响？第三节车辆的挂钩牵引力38滑转率可以表明滑转的程度tstatruuuuus式中，为车辆的实际速度；为车辆的理论速度，=rω；r为履带驱动链轮的的节圆半径，ω为驱动轮角速度；us为履带相对地面的滑动速度。履带某接地点的剪切变形tujst/uxtxsuxujrts第三节车辆的挂钩牵引