(1.1.5)--2.8汽车行驶的附着条件与汽车的附着率.ppt

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1、1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念，分析汽车在纵向坡道上加速上坡时的受力，确，确定汽车在不同行驶条件下的附着率。定汽车在不同行驶条件下的附着率。返回目录返回目录本节内容较复杂，公式较繁琐，我们需要掌握的是：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。基本思想和重要结论。2路面条件路面条件附着系数附着系数干沥青路面干沥青路面0.70.8湿沥青路面湿沥青路面0.50.6干燥的碎石路干燥的碎石路0.60.7干土路干土路0.50

2、.6湿土路湿土路0.20.4滚压后的雪路滚压后的雪路0.20.31.附着力附着系数，附着系数，与路面与路面和轮胎都有关。和轮胎都有关。地面对轮胎切向反作地面对轮胎切向反作用力的极限值（最大值）用力的极限值（最大值）即为附着力。即为附着力。FZ地面作用在车轮上地面作用在车轮上的法向反力；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常见路面的平均平均附着系数附着系数思考：为什么汽车在湿土路上容思考：为什么汽车在湿土路上容易出现打滑现象？易出现打滑现象？3思考思考 光面胎和带花纹的轮胎在光面胎和带花纹的轮胎在干燥硬路面上的附着系数有何干燥硬路面上的附着系数有何

3、不同？不同？轮胎花纹起什么作用？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胎面与 的关系？的关系？4第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率5F1方程式赛车在不同天气条件下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6后轮驱动时，附着条件是后轮驱动时，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。的附着力。驱动轮上的切向反力主要与哪些因素有关？其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？大小可否通过驾驶员合

4、理控制？第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率2.附着条件思考思考匀速行驶时，匀速行驶时，7令令后轮驱动汽车的附着条件后轮驱动汽车的附着条件也可以表达为也可以表达为C 2后轮驱动汽车驱动后轮驱动汽车驱动轮的轮的附着率；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由附着条件可得前轮驱动时，附着条件是前轮驱动时，附着条件是令令C 1前轮驱动汽车驱动前轮驱动汽车驱动轮的轮的附着率；附着率；前轮驱动汽车的附着条件前轮驱动汽车的附着条件也可以表达为也可以表达为附着率是完成规定工况对路面提出的最低要求，其大小取附着率是完成规定工况对路面提出的最低要求，其大小取决于决于“规定工

5、况规定工况”，与实际路面条件无关。，与实际路面条件无关。8 以以前轮驱动为例，前轮驱动为例，如果如果FX1小、小、FZ1大，则大，则 小，附小，附着条件容易得到满足。着条件容易得到满足。FX1小小第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率 路面条件好，车速低，路面条件好，车速低，Ff 小；行驶车速低，小；行驶车速低，Fw 小；路面平坦，小；路面平坦，Fi 小；不急加速，小；不急加速，Fj 小。小。什么什么路面路面条件下条件下，附着条附着条件不易满足？件不易满足？湿滑路面、冰雪湿滑路面、冰雪路面、沙地等。路面、沙地等。当路面有积雪时当路面有积雪时，起步用起步用高挡好还是用低挡好？高挡好还是用低挡好

6、？用高挡轻踩加速用高挡轻踩加速踏板起步较好。踏板起步较好。汽车在什么汽车在什么工况工况下工作下工作，附着条件会不易满足？附着条件会不易满足？起步急加速。起步急加速。解解释释为为什什么么？9解决方案解决方案 装用装用TCS（ASR）驱动力控制系统，通过对驱动驱动力控制系统，通过对驱动轮作用制动力矩控制起步过程的轮作用制动力矩控制起步过程的FX2。进而减少燃油喷射量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。起步过程中，驱动轮的严重滑转会加剧轮胎的磨损。10 ，越野车能否爬上越野车能否爬上100的坡道？的坡道？越野汽车爬坡时越野汽车爬坡

7、时即只有附着系数大于即只有附着系数大于1时，时，才有可能才有可能爬上爬上100%的坡道。的坡道。思考思考第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率11二、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。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以下将在此工况下，分析路面作用在车轮上的法向力力FZ和切向力和切向力FX。第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率12第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率 静态轴荷静态轴荷 动态分量动态分量 空气升力空气升力 滚阻的作用滚阻的作用13 主要与质心位置主要与质心位置及坡度角有关。及坡度角有关。（1

8、）静态轴荷的法向反作用力（2）动态分量 思考：汽车加速前进思考：汽车加速前进时时，前后轮的垂直载荷前后轮的垂直载荷发生什么变化？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14F FZ Zd1d1 F FZ Zd2d2 加速时加速时后驱车容易满足后驱车容易满足附着条件附着条件跑车大多采用后轮驱动跑车大多采用后轮驱动思考：加速时思考：加速时，前驱车还是后驱车容易满足附着条件？前驱车还是后驱车容易满足附着条件？保时捷保时捷911双座跑车采用双座跑车采用后置式发动机后置式发动机后轮驱动。后轮驱动。第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率15 绝大多数双座跑车采用中置发动机后轮驱动。绝大多数

9、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思考：要想使发动机转矩得到充分发挥，又满足附又满足附着条件着条件，最理想的驱动方式是什么？最理想的驱动方式是什么？四轮驱动四轮驱动16高级轿车高级轿车自重大，自重大，Ff大；车速高，车体大，大；车速高，车体大，FW大；大；发动机排量大，发动机排量大，Ft大。大。思考：什么车型适合用四轮驱动？思考：什么车型适合用四轮驱动？超级跑车超级跑车车速高，车速高，FW大；发动机排量大大；发动机排量大，Ft大。大。越野车越野车道路条件差，附着系数小。道路条件差，附着系数小。重型货车重型货车自重大，自重大

10、，Ff大，道路条件差，附着系数小。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17CLf前空气升力系数；前空气升力系数；CLr后空气升力系数。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18（4）滚动阻力偶矩产生的部分此项较小，可以忽略不计此项较小，可以忽略不计忽略旋转质量惯性阻力偶矩和滚动阻力偶矩之后忽略旋转质量惯性阻力偶矩和滚动阻力偶矩之后第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率19三、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，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。以下将在

11、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20 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。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：基本思想：给定车辆参数、坡给定车辆参数、坡度、车速和加速度，度、车速和加速度，可以算出从动轮受可以算出从动轮受到的阻力、车身受到的阻力、车身受到的阻力，这些阻到的阻力，这些阻力都需要由驱动轮力都需要由驱动轮上的地面切向反力上的地面切向反力克服，剩余部分用克服，剩余部分用于车辆加速。于车辆加速。21第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率Tj

12、w2很小，忽略不计很小，忽略不计22代入得代入得第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率将将23将将 代入得代入得注意注意 与与Fj的区别的区别第四节 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当汽车由前轮驱动时同理可得：同理可得：当汽车由后轮驱动时当汽车由后轮驱动时即，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“加速阻力加速阻力”。24令令后轮驱动汽车的附着条件后轮驱动汽车的附着条件也可以表达为也可以表达为C 2后轮驱动汽车驱动后轮驱动汽车驱动轮的轮的附着率；附着率；回顾：附着率第四节 汽车行驶的附

13、着条件与汽车的附着率由附着条件可得由附着条件可得前轮驱动时，附着条件是前轮驱动时，附着条件是令令C 1前轮驱动汽车驱动前轮驱动汽车驱动轮的轮的附着率；附着率；前轮驱动汽车的附着条件前轮驱动汽车的附着条件也可以表达为也可以表达为附着率是完成规定工况对路面提出的最低要求，其大小取附着率是完成规定工况对路面提出的最低要求，其大小取决于决于“规定工况规定工况”，与实际路面条件无关。，与实际路面条件无关。25当汽车由前轮驱动时当汽车由前轮驱动时当汽车由后轮驱动时当汽车由后轮驱动时地面法向反力地面法向反力地面切向反力地面切向反力26四、附着率汽车直线行驶状况下，充分发挥驱动力作用时汽车直线行驶状况下，充分

14、发挥驱动力作用时要求的最低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。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）后轮驱动汽车第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率27令令忽略空气阻力和滚动阻力忽略空气阻力和滚动阻力q包含加速阻力在内的包含加速阻力在内的等效坡度等效坡度。第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率 为加速上坡行驶时要求的地面附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时，汽车能通过的最大等效坡度为q。将将代入代入282）前轮驱动汽车当汽车由后

15、轮驱动时当汽车由后轮驱动时同理可得，当汽车由前轮驱动时同理可得，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：如果思考：如果a=b，哪种驱动方式的哪种驱动方式的等效坡度更大？等效坡度更大？29驱动方式或驱动方式或车型车型前轮驱动前轮驱动0后轮驱动后轮驱动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30 通常前、后驱动轮的附着率不相等，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汽车的等效坡度受附着率较大驱动轮的限制。驱动轮的限制。第四节 汽车

16、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。不再增加。反之亦然。单纯前驱单纯前驱单纯后驱单纯后驱四驱四驱31如果前、后轮驱动力可以根据运动状况自动调节，同时达到如果前、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即注意，注意，“锁定的锁定的四轮驱动四轮驱动”就是就是“前、后轮驱动前、后轮

17、驱动力可以根据运动力可以根据运动状况自动调节状况自动调节”。（轴间差速问题）（轴间差速问题）322.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同样，也可以求出前轮驱动的附着率。同样，也可以求出前轮驱动的附着率。对于给定车辆，基本上对于给定车辆，基本上取决于车速。取决于车速。33第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率思考：如果路面附着系数思考：如果路面附着系数 ，两种轿车两种轿车1 1挡的动挡的动力性可否得到充分发挥？力性可否得到充分发挥？34 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。

18、因此，附着率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，随车速的提高而急剧增大，附着条件不易满足。附着条件不易满足。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？思考：高速轿车该如何解决附着率过大的问题？35按按“附着率不超过附着系数附着率不超过附着系数”，可以精确定量求解附，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着问题；但计算较繁琐，而且需要较多的车辆结构参数。数。在某些允许粗略估算的场合，可以采用简化的模型：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驱动力不超过驱动轮的附着力”。以

19、后驱动为例：。以后驱动为例：=F2。该模型有一定近似、略偏于安全。该模型有一定近似、略偏于安全。36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，只是可以确保着率不超过地面附着系数，只是可以确保“可以实现可以实现”。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。（可以视作地面之间的侧向附着能力也很重要。（可以视作“侧向储备侧向储备”。）。）理论分析和实验都表明，轮胎承受

20、很大地面切向反力时（如高速行驶），地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于纵向，基本上丧失了侧向附着能力。时，地面附着能力全部用于纵向，基本上丧失了侧向附着能力。也就说，附着率不仅不能超过附着系数、接近也是不可以的。也就说，附着率不仅不能超过附着系数、接近也是不可以的。换言之，为保证安全行驶所要求的附着系数远比附着率高许多。换言之，为保证安全行驶所要求的附着系数远比附着率高许多。37第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率本节内容结束下一节下一节