汽车的通过性和平顺性.ppt

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1、汽车的通过性和平顺性现在学习的是第1页，共41页 课课 前前 思思 考考1 1、越野汽车、越野汽车、4 4轮驱动汽车和轮驱动汽车和2 2轮驱动汽车越过障碍（台阶、轮驱动汽车越过障碍（台阶、壕沟）的能力一样吗？壕沟）的能力一样吗？2 2、汽车在松软路面和硬路面上的行驶速度一样吗？、汽车在松软路面和硬路面上的行驶速度一样吗？3 3、汽车分别在好路和坏路上行驶时乘客的感觉一样吗？、汽车分别在好路和坏路上行驶时乘客的感觉一样吗？4 4、什么是汽车的通过性、平顺性？如何对其进行评价？、什么是汽车的通过性、平顺性？如何对其进行评价？现在学习的是第2页，共41页第一部分第一部分 汽车的通过性汽车的通过性6.

2、1 概述概述6.2 松软路面的物理性质松软路面的物理性质6.3 汽车通过性几何参数汽车通过性几何参数（重点）（重点）6.4 汽车越障能力汽车越障能力（重点）（重点）现在学习的是第3页，共41页汽车通过性定义：在一在一定的载质量下，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：影响通过性的主要因素：汽车的汽车的支承性质支承性质（地面物理（地面物理性质）、性质）、牵引参数牵引参数（汽车（汽车结构参数）和结构参数）和几何参数几何参数；它；它还与汽车的还与汽车的其它使用性能其它使用性

3、能(如动力性、平顺性、机动如动力性、平顺性、机动性、稳定性、视野性性、稳定性、视野性)有关有关。6.1 概述概述分类：根据地面对汽车通过性的影响，通过性可分为：轮廓通过性（几何通过性）；牵引支承通过性（支承通过性）。现在学习的是第4页，共41页6.2 松软路面的物理性质松软路面的物理性质n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。n车轮压紧土壤等松软支承物形成车辙阻力。现在学习的是第5页，共41页1.1.剪切应力与剪切变形的关系剪切应力与剪切变形的关系现在学习的是第6页，共41页2 地面的法向负

4、荷及其沉陷量地面的法向负荷及其沉陷量 沉沉陷陷量量 压力压力 现在学习的是第7页，共41页车辆在半流体泥浆中所受到的阻力与其车辆在半流体泥浆中所受到的阻力与其行驶速度、浸行驶速度、浸入面积以及泥浆的密度入面积以及泥浆的密度、阻力系数、阻力系数C Cd d有关。有关。车辆在雪地行驶受到雪的密度和覆盖层的厚度影响。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。阻碍汽车行驶。当积雪大于汽车最小离地间隙当积雪大于汽车最小离地间隙150150时，时，轻轻型汽车可在型汽车可在 350kg/

5、m350kg/m3 3 的雪地上行驶的雪地上行驶，重型汽车可在重型汽车可在 500kg/m500kg/m3 3的雪地上行驶。的雪地上行驶。渗水的雪地密度大，但是强度很低。渗水的雪地密度大，但是强度很低。3 3 半流体的泥浆及雪地密度对行驶的影响半流体的泥浆及雪地密度对行驶的影响 现在学习的是第8页，共41页小结：汽车在松软地面上小结：汽车在松软地面上行驶的特点行驶的特点 滚动阻力大滚动阻力大附着力小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）0.80.90.75沥青（湿）0.50.70.450.6混凝土（湿）0.80.7砾石0.60.55土路（干）0.680.65土路（湿）0.550

6、.40.5雪（压紧）0.20.15冰0.10.07现在学习的是第9页，共41页1.1.名词解释名词解释间隙失效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、无法通过的情况托住、无法通过的情况。一、轮廓通过性一、轮廓通过性通过性几何参数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。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汽车通过性几何参数现在学习的是第10页，共41页 间隙失效间隙失效：汽车因离地间隙不足而被：汽车因离地间隙不足而被地面托住无法通过的现象。地面托住无法通过的现象。顶起失效顶起

7、失效：车辆中间底部的零部件碰：车辆中间底部的零部件碰到地面而被顶住的现象。到地面而被顶住的现象。触头或托尾失效触头或托尾失效：因车辆前端或尾：因车辆前端或尾部触及地面而不能通过的现象。部触及地面而不能通过的现象。几何参数几何参数：最小离地间隙、纵向通过：最小离地间隙、纵向通过角、接近角、离去角、最小转弯直径角、接近角、离去角、最小转弯直径等。等。现在学习的是第11页，共41页2.2.通过性几何参数的确定及其作用通过性几何参数的确定及其作用n最最小小离离地地间间隙隙hg汽汽车车满满载载、静静止止时时，除除车车轮轮外外的的最最低低点点与与支支承承平平面面之之间间的的距距离离。表征汽车无碰撞地越通过

8、地面凸起等障碍物的能力。表征汽车无碰撞地越通过地面凸起等障碍物的能力。n接接近近角角1、离离去去角角2表表征征汽汽车车接接近近或或离离开开障障碍碍物物时时不不发发生生碰碰撞撞的的能能力力（满满载载、静止）静止）纵向通过角纵向通过角3表征汽车可无碰撞地通过小丘、拱桥等障碍物的轮廓尺表征汽车可无碰撞地通过小丘、拱桥等障碍物的轮廓尺寸，寸，3 越大，通过性越好越大，通过性越好（满载、静止）（满载、静止）现在学习的是第12页，共41页最最小小转转弯弯直直径径dH表表征征汽汽车车在在最最小小面面积内的回转能力积内的回转能力内内轮轮差差d表表征征通通过过狭狭窄窄弯弯曲曲地地带带或或绕绕过障碍物的能力。过障

9、碍物的能力。机动车运行安全技术条件机动车运行安全技术条件GB7258-2004举例：举例：当转弯直径为当转弯直径为24m时，内轮差（以两内轮轨迹中心时，内轮差（以两内轮轨迹中心计）不得大于计）不得大于3.5m现在学习的是第13页，共41页转转弯弯通通道道圆圆转转向向盘盘转转至至极极限限位位置置时时，右右图图中中两两圆圆之之间间的通道。的通道。表示汽车转弯时所需通道宽度。表示汽车转弯时所需通道宽度。最大内圆直径最大内圆直径；最小外圆直径最小外圆直径，车辆所需通道宽度车辆所需通道宽度，通过性，通过性越好。越好。现在学习的是第14页，共41页横向通过半径横向通过半径 2 2？纵向通过半径纵向通过半径

10、 1现在学习的是第15页，共41页各类汽车通过性几何参数数值范围各类汽车通过性几何参数数值范围现在学习的是第16页，共41页二、牵引支承通过性二、牵引支承通过性 1.1.名词解释名词解释附着质量附着质量m轮式车辆驱动轴载质量（轴重）轮式车辆驱动轴载质量（轴重）;附附着着质质量量系系数数K车车辆辆附附着着质质量量m m与与总总质质量量m ma a之之比：比：车轮接地比压车轮接地比压p车轮对地面的单位压力。车轮对地面的单位压力。现在学习的是第17页，共41页2.2.牵引支承通过性评价指标及影响因素牵引支承通过性评价指标及影响因素n附着质量和附着质量系数附着质量和附着质量系数 式中：式中：当量道路阻

11、力系数，当量道路阻力系数，=fr+i,其中其中fr为车轮阻力系数，为车轮阻力系数，i为坡度为坡度;附着系数附着系数（推导？）（推导？）为满足汽车行驶附着条件的要求，应有：为满足汽车行驶附着条件的要求，应有：讨论：讨论：总质量一定，附着质量总质量一定，附着质量增加时增加时，K，有利于汽车在坏路面上行有利于汽车在坏路面上行驶。驶。现在学习的是第18页，共41页车轮接地比压车轮接地比压p 在松软路面上：在松软路面上：p减小减小，可减少车辙深度，从而减少行驶的滚动阻可减少车辙深度，从而减少行驶的滚动阻力；力；在粘性土壤和雪地上：在粘性土壤和雪地上：p减小，减小，可增加车轮接地面积，提高地面承受可增加车

12、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。剪切力的能力，使车轮不易打滑，通过性好。p与轮胎气压与轮胎气压pw有关，硬路面上有关系式：有关，硬路面上有关系式：p=kw pw 通常通常kw=1.051.2,kw值的大小取决于轮胎刚度，帘布层多的轮胎值的大小取决于轮胎刚度，帘布层多的轮胎kw值较大。值较大。现在学习的是第19页，共41页一、汽车的倾覆失效一、汽车的倾覆失效汽车的倾覆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过大的侧坡、纵坡或转弯时侧向力都可能造成汽车倾覆。倾覆。6.4 汽车越障能力汽车越障能力问题：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

13、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？形式的倾覆？现在学习的是第20页，共41页1.1.汽车沿侧坡直线行驶时不发生侧翻的极限角汽车沿侧坡直线行驶时不发生侧翻的极限角 不发生侧翻条件：不发生侧翻条件：临界值：临界值：极限角：极限角：重力通过一侧车轮接地中心，另一侧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。车轮的地面法向反作用力为零。现在学习的是第21页，共41页侧滑的临界条件：侧滑的临界条件：宁可侧滑，避免侧翻宁可侧滑，避免侧翻2.2.汽车在大侧坡上直线行驶时不发生侧滑的极限角汽车在大侧坡上直线行驶时不发生侧滑的极限角式中，式中，1 侧向附着系数

14、侧向附着系数一、汽车的倾覆失效一、汽车的倾覆失效侧滑和侧翻哪一种更危险？侧滑和侧翻哪一种更危险？现在学习的是第22页，共41页侧翻临界状态下，侧翻临界状态下，FZ1=0 3.汽车在良好道路上高速曲线行驶不发生汽车在良好道路上高速曲线行驶不发生侧翻侧翻的最大车速的最大车速侧向惯性力侧向惯性力左右车轮的反力左右车轮的反力汽车不侧翻的最大允许车速为汽车不侧翻的最大允许车速为 ：转向时转向时说明：不仅与汽车的质心高度和轮距有关，而且与转向半径有关。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。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。说明：不仅与汽车的质心高度和轮距有关，而

15、且与转向半径有关。现在学习的是第23页，共41页4.4.汽车在良好道路上高速曲线行驶不发生汽车在良好道路上高速曲线行驶不发生侧滑侧滑的最大车速的最大车速 在侧向力的作用下，开始发生侧滑的临界条件：在侧向力的作用下，开始发生侧滑的临界条件：汽车不侧滑的最大允许车速为：汽车不侧滑的最大允许车速为：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、汽车的倾覆失效一、汽车的倾覆失效现在学习的是第24页，共41页原则：宁可侧滑，避免侧翻。原则：宁可侧滑，避免侧翻。故：故：小结：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在侧坡上

16、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。覆失效条件相同。一、汽车的倾覆失效一、汽车的倾覆失效作作业业:依依据据“宁宁可可侧侧滑滑、避避免免侧侧翻翻”的的原原则则，推推导导汽汽车车上上坡坡时时避避免免发发生生纵纵向倾覆（即前轮的地面支反力不致等于零）的条件。向倾覆（即前轮的地面支反力不致等于零）的条件。现在学习的是第25页，共41页二、影响汽车通过性的因素二、影响汽车通过性的因素1.汽车的最大单位驱动力汽车的最大单位驱动力 2.最低稳定车速最低稳定车速行驶车速低行驶车速低 车轮滑转的可能性小车轮滑转的可能性小 通过性好。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

17、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。通过性好。也可按也可按照发动机的最低稳定转速计算最低稳定行驶车速照发动机的最低稳定转速计算最低稳定行驶车速现在学习的是第26页，共41页3.汽车轮胎汽车轮胎 车轮对汽车通过性有决定性影响。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，接地比压、从动轮和驱动轮等，使附着力较大。使附着力较大。（1 1）轮胎花纹）轮胎花纹 对附着系数影响很大，应正确地选择轮胎花纹。对附着系数影响很大，应正确地选择轮胎花纹。越野汽车轮

18、胎，应具有宽而深的花纹，其越野汽车轮胎，应具有宽而深的花纹，其形状应具有脱掉自身泥泞的性能；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；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。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二、影响汽车通过性的因素（2）轮胎直径与宽度）轮胎直径与宽度 增大轮胎直径和宽度均能降低接地比压。增大轮胎直径和宽度均能降低接地比压。增大直径增大直径惯性力增加、质心升高，并要采用较

19、大的传动比，故受到限制；惯性力增加、质心升高，并要采用较大的传动比，故受到限制；加大宽度加大宽度直接降低接地比压，如采用低气压轮胎等。直接降低接地比压，如采用低气压轮胎等。现在学习的是第27页，共41页（3 3）轮胎气压）轮胎气压轮胎气压与地面阻力的关系轮胎气压与地面阻力的关系轮胎气压轮胎气压 减小，接地面积增加，比压降低，附着系数减小，接地面积增加，比压降低，附着系数 增大；增大；轮胎气压轮胎气压 减小，迟滞损失增加。减小，迟滞损失增加。一定的地面对应一个最小一定的地面对应一个最小地面阻力的轮胎气压地面阻力的轮胎气压车轮通过不同路面时，车轮通过不同路面时，要求不同的要求不同的 值值，故有，故

20、有“中央充气系统中央充气系统”。现在学习的是第28页，共41页4.汽车车轮汽车车轮(1)前后前后轮距：轮距：前后轮距相等前后轮距相等 车辙重合车辙重合 阻力小；阻力小；(2)前后轮压：前后轮压：前轮比压后轮比压前轮比压后轮比压 滚动阻力小；滚动阻力小；(3)车轮半径车轮半径：r越过垂直障碍和壕沟的能力越过垂直障碍和壕沟的能力；(4)驱动车轮位置和数目：驱动车轮位置和数目：以以42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n令令(hw/r)表示单位车轮半径可克服的台阶高度表示单位车轮半径可克服的台阶高度;n分分析析方方法法：分

21、分别别列列出出前前轮轮和和后后轮轮在在超超越越台台阶阶时时的的静静力力学学平平衡衡方方程程式式，并并求求解该车越障能力与其结构参数间的关系。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二、影响汽车通过性的因素现在学习的是第29页，共41页后轮驱动（以从动轮碰到台阶为例）后轮驱动（以从动轮碰到台阶为例）现在学习的是第30页，共41页故，前轮越过台阶的能力为（设硬路面上故，前轮越过台阶的能力为（设硬路面上fr 0）二、影响汽车通过性的因素二、影响汽车通过性的因素（*）式说明：）式说明：L1/L越大、或越大、或L/r越小，则越小，则(hw/r)就越大，通过性好。就越大，通过性好。（*

22、）现在学习的是第31页，共41页现在学习的是第32页，共41页同理，后轮越过台阶的能力为（设硬路面上同理，后轮越过台阶的能力为（设硬路面上fr 0）：）：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。关。二、影响汽车通过性的因素二、影响汽车通过性的因素（*）问题：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？现在学习的是第33页，共41页将将不不同同的的附附着着系系数数值值代代入入(*)和和(*)式式可可发发现现，当当附附着着系系数数值值不

23、不同同时时，汽汽车车的的越越障能力不同，如右图所示。障能力不同，如右图所示。二、影响汽车通过性的因素二、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。结论：后轮是限制汽车越过台阶的主要因素。现在学习的是第34页，共41页对对4 4越越野野汽汽车车，在在硬硬路路面面上上的的越越障障能能力力，按按照照上上述述同同样样的方法进行分析（自学），结论如下：的方法进行分析（自学），结论如下：前轮越障能力前轮越障能力 (hw/r)随结构参数随结构参数L/r的增加而减少；的增加而减少；当当L1/L增加时，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。可以显著提高，甚至可使

24、车轮爬上高度大于半径的台阶。二、影响汽车通过性的因素二、影响汽车通过性的因素后轮越障能力后轮越障能力长轴距、前轴负荷大的汽车长轴距、前轴负荷大的汽车(L1/L 较小较小)，后轮越过台阶的能力大于前轮；，后轮越过台阶的能力大于前轮；结构参数结构参数L/r较大时，可改善后轮越过台阶的能力（与轴荷分配无关）。较大时，可改善后轮越过台阶的能力（与轴荷分配无关）。现在学习的是第35页，共41页n驱驱动动轮轮的的数数目目及及其其在在汽汽车车上上的的布布置置对对通通过过性性的的影影响响还还可可以以通通过过分分析析超超越越壕壕沟沟、爬爬坡坡、通过坏路的能力加以比较；通过坏路的能力加以比较；n结结构构参参数数L

25、/r、L1/L的的大大小小和和驱驱动动轮轮的的位位置置、数数目目均均影影响响汽汽车车通通过过性性的的各各种种能能力力，在在设设计计时时，可可通过调整结构参数获得较好的性能。通过调整结构参数获得较好的性能。结论（结论（4 44）：长轴距、前轴负荷大的汽车长轴距、前轴负荷大的汽车（L1/L较小较小），后轮越过台阶的能力大于前轮；，后轮越过台阶的能力大于前轮；无论汽车总质量如何分配，无论汽车总质量如何分配，较大的较大的L/r总会改善后轮的越障能力；总会改善后轮的越障能力；对于对于4 44汽车汽车的的L/r、L1/L比值的变化，比值的变化，前后轮在越障能力方面有不同的反应。前后轮在越障能力方面有不同的

26、反应。二、影响汽车通过性的因素二、影响汽车通过性的因素现在学习的是第36页，共41页5.结构措施结构措施(1)液力传动液力传动液液力力装装置置液液力力变变矩矩器器、液液力力耦耦合合器器，可可提提高高发发动动机机工工作作稳稳定定性性，使使汽汽车车保保持持低低速速行行驶驶（0.51.5 km/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。）。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）差速锁及高摩擦式差速器差速锁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，使两侧车轮短防止某一侧

27、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。时间获得相同转矩并以相同转速转动而脱离坏路面。高摩擦式差速器高摩擦式差速器（越野车常用）（越野车常用）如凸轮式差速器，通过差速器内部摩擦，提如凸轮式差速器，通过差速器内部摩擦，提高汽车总驱动力。高汽车总驱动力。现在学习的是第37页，共41页(3)驱动防滑控制系统驱动防滑控制系统ASR（Acceleration Slip Regulation）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；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

28、转向性。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二、影响汽车通过性的因素现在学习的是第38页，共41页ASR的控制方式的控制方式 调节发动机输出转矩；调节发动机输出转矩；制动驱动轮；制动驱动轮；锁止差速器。锁止差速器。目的：调节驱动轮上的驱动力矩。目的：调节驱动轮上的驱动力矩。通常，在汽车的通常，在汽车的ABS系统中设有与系统中设有与ASR的接口电路，的接口电路，ASR系统也可以独立装车使用。系统也可以独立装车使用。二、影响汽车通过性的因素二、影响汽车通过性的因素(4)独立悬架独立悬架独立悬架独立悬架允许车轮与车架间有较大的相对位移，使允许车轮与车架间有较大的相对位移，使

29、驱动轮与地面经常保持接触，驱动轮与地面经常保持接触，保证较好附着性能，显著提高汽车的最小离地间隙保证较好附着性能，显著提高汽车的最小离地间隙hg。现在学习的是第39页，共41页（5）拖带挂车）拖带挂车 拖带挂车拖带挂车通过性通过性降低。降低。如如果果增增大大传传动动比比，则则最最大大行行驶驶速速度度降降低低；如如果果增增大大发发动动机机功功率率，则则功功率率利利用用率率降降低低；汽车托挂车后相对汽车托挂车后相对附着质量系数附着质量系数K 降低，使汽车通过坏路的能力下降低，使汽车通过坏路的能力下降降。全轮驱动全轮驱动增加驱动轮数量，减少滑转可能性，减少轮胎比压。可以提高汽车通过性。增加驱动轮数量，减少滑转可能性，减少轮胎比压。可以提高汽车通过性。汽汽车车列列车车克克服服障障碍碍的的能能力力与与牵牵引引架架的的许许可可摆摆动动角角有有关关，许许可可摆摆动动角角（+H），通通过过性好。性好。二、影响汽车通过性的因素二、影响汽车通过性的因素现在学习的是第40页，共41页6.驾驶方法驾驶方法 合合理理的的起起步步、换换挡挡、加加速速、转转向向。在在通通过过坏坏路路时时，尽尽量量用用低低速速档档低低速速行行驶驶，避避免换档和加速，尽可能直线行驶等免换档和加速，尽可能直线行驶等。二、影响汽车通过性的因素二、影响汽车通过性的因素现在学习的是第41页，共41页