第七章汽車的通過性課件

第七章汽車的通過性汽車的通過性（越野性）是指它能以足夠高的平均車速通過各種壞路和無路地帶（如松軟地面、凹凸不平地面等）及各種障礙（如陡坡、側(cè)坡、壕溝、臺(tái)階、灌木叢、水障等）的能力。通過性又分為支承通過性和幾何通過性。通過性取決于地面的物理和力學(xué)性質(zhì)及汽車的結(jié)構(gòu)參數(shù)和幾何參數(shù)。第一節(jié)汽車通過性評(píng)價(jià)指標(biāo)及幾何參數(shù)本節(jié)將主要介紹汽車支承通過性的評(píng)價(jià)指標(biāo)和影響通過性的汽車幾何參數(shù)。返回目錄一、汽車支承通過性評(píng)價(jià)指標(biāo)汽車支承通過性的指標(biāo)評(píng)價(jià)：牽引系數(shù)、牽引效率及燃油利用指數(shù)。單位車重的掛鉤牽引力（凈牽引力）。表明汽車在松軟地面上加速、爬坡及牽引其他車輛的能力。—汽車的掛鉤牽引力；G—汽車重力。1.牽引系數(shù)TC驅(qū)動(dòng)輪輸出功率與輸入功率之比。反映了車輪功率傳遞過程中的能量損失。單位燃油消耗所輸出的功，。式中，Qt為單位時(shí)間內(nèi)的燃油消耗量。2.牽引效率（驅(qū)動(dòng)效率）TE

3.燃油利用指數(shù)Ef式中，

為汽車行駛速度；TW為驅(qū)動(dòng)輪輸入轉(zhuǎn)矩；ω為驅(qū)動(dòng)輪角速度；r為驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力半徑；

為滑轉(zhuǎn)率。二、汽車通過性幾何參數(shù)

間隙失效：汽車與地面間的間隙不足而被地面托住，無法通過的情況。頂起失效：當(dāng)車輛中間底部的零件碰到地面而被頂住的情況。觸頭失效：當(dāng)車輛前端觸及地面而不能通過的情況。托尾失效：當(dāng)車輛尾部觸及地面而不能通過的情況。與間隙失效有關(guān)的汽車整車幾何尺寸，稱為汽車通過性幾何參數(shù)，包括最小離地間隙、縱向通過角、接近角、離去角、最小轉(zhuǎn)彎直徑等。（1）最小離地間隙h汽車滿載、靜止時(shí)，支承平面與汽車上的中間區(qū)域最低點(diǎn)之間的距離。它反映了汽車無碰撞地通過地面凸起的能力。（2）縱向通過角β汽車滿載、靜止時(shí)，分別通過前、后車輪外緣作垂直于汽車縱向?qū)ΨQ平面的切平面，兩切平面交于車體下部較低部位時(shí)所夾的最小銳角。它表示汽車能夠無碰撞地通過小丘、拱橋等障礙物的輪廓尺寸。（3）接近角γ1汽車滿載、靜止時(shí)，前端突出點(diǎn)向前輪所引切線與地面間的夾角。γ1越大，越不容易發(fā)生觸頭失效。（4）離去角γ2汽車滿載、靜止時(shí)，后端突出點(diǎn)向后輪所引切線與地面間的夾角。γ2越大，越不容易發(fā)生托尾失效。（5）最小轉(zhuǎn)彎直徑轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)到極限位置、汽車以最低穩(wěn)定車速轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，外側(cè)轉(zhuǎn)向輪的中心平面在支承平面上滾過的軌跡圓直徑。它表征了汽車能夠通過狹窄彎曲地帶或繞過不可越過的障礙物的能力。（6）轉(zhuǎn)彎通道圓轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)到極限位置、汽車以最低穩(wěn)定車速轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，車體上所有點(diǎn)在支承平面上的投影均位于圓周以外的最大內(nèi)圓，稱為轉(zhuǎn)彎通道內(nèi)圓；車體上所有點(diǎn)在支承平面上的投影均位于圓周以內(nèi)的最小外圓，稱為轉(zhuǎn)彎通道外圓。第二節(jié)松軟地面的物理性質(zhì)本節(jié)將主要介紹土壤的物理性質(zhì)，包括土壤的抗壓性和抗剪性?？箟盒灾苯佑绊懙杰囕v通過時(shí)的滾動(dòng)阻力；抗剪性直接影響到在土壤條件下驅(qū)動(dòng)輪所能產(chǎn)生的最大驅(qū)動(dòng)力，即附著力。返回目錄一、土壤切應(yīng)力與剪切變形的關(guān)系對(duì)于粘性土壤或雪，最大切應(yīng)力僅與土壤或雪的粘聚性和輪胎與地面的接地面積有關(guān)式中，A為驅(qū)動(dòng)輪的接地面積；c為土壤或雪的粘聚系數(shù)。1.粘性土壤的最大土壤推力對(duì)于摩擦性土壤（干沙、凍結(jié)的粒狀雪），按照庫侖摩擦定律，最大切應(yīng)力與負(fù)荷W成正比地增加式中，W為作用在驅(qū)動(dòng)輪上的垂直載荷，

為摩擦角。2.摩擦性土壤的最大土壤推力大部分土壤既不是純粘性土壤，也不是純摩擦性壤，而是這兩種土壤的混合物，此時(shí)最大土壤推力為3.中性土壤的最大土壤推力思考：在什么樣的土壤條件下，增加驅(qū)動(dòng)輪上的垂直載荷有利于提高車輛的通過性？4.剪切強(qiáng)度τmax兩邊同除以面積A式中，τmax為剪切強(qiáng)度；σ為剪切面法向壓力。5.土壤的切應(yīng)力與剪切變形的關(guān)系對(duì)于“脆性”土壤式中，K1、K2為系數(shù)，j為剪切變形量，

為中的最大值。土壤的切應(yīng)力與剪切變形的關(guān)系曲線5.土壤的切應(yīng)力與剪切變形的關(guān)系對(duì)于“塑性”土壤式中，K為土壤剪切變形模數(shù)。二、土壤法向負(fù)荷與沉陷的關(guān)系如果將一塊表示充氣輪胎或履帶接地面積的平板用均勻負(fù)荷壓入地面土壤，靜止沉陷量z和單位壓力p

之間的關(guān)系如下。式中，

為土壤的“粘聚”變形模數(shù)；

為土壤的“摩擦”變形模數(shù)；b

為承載面積的短邊長；z為土壤沉陷量；n

為沉陷指數(shù)。三、半流體泥漿及雪的密度對(duì)通過性的影響車輛在半流體泥漿中所受到的阻力除與其行駛速度、浸入面積等有關(guān)外，還與泥漿的密度ρ及阻力系數(shù)CD有關(guān)，ρ及CD越大，阻力也越大。車輛在雪地的通過性，與雪的密度及厚度有關(guān)。如果雪層厚度小于汽車的離地間隙，車輛可以通過，與雪的密度無關(guān)。如果雪的厚度大于汽車離地間隙的150%時(shí)，輕型汽車可在密度大于350kg/m3的雪地上通過，重型汽車可在密度大于500kg/m3的雪地上通過。這里均指沒有滲過水的雪，滲有水的雪密度大，但強(qiáng)度卻很低。第三節(jié)車輛的掛鉤牽引力本節(jié)將分析車輛在松軟土壤條件下行駛時(shí)所遇到的各種滾動(dòng)阻力；分析松軟地面給履帶和驅(qū)動(dòng)輪的土壤推力，從而確定車輛的掛鉤牽引力。返回目錄一、車輛在松軟地面上的土壤阻力土壤的壓實(shí)阻力推土阻力輪胎的彈滯損耗阻力當(dāng)車輛在松軟地面上行駛時(shí)，滾動(dòng)阻力由三部分構(gòu)成：增加車輪直徑和寬度都能降低壓實(shí)土壤阻力，但增加車輪直徑比增加寬度更有效，即直徑越大，沉陷量越小。思考：SUV越野汽車和轎車相比，哪種車型的輪胎直徑應(yīng)該更大？為什么？1.剛性車輪滾動(dòng)時(shí)的土壤阻力式中，z0

為沉陷量；γs

為單位體積土壤重量；c為粘聚系數(shù)；b為輪胎寬度。在松軟地面上，除了壓實(shí)土壤阻力外，滾動(dòng)著的車輪前緣將推動(dòng)土壤形成隆起的前緣波，產(chǎn)生推土阻力

：式中，

及Nr

是土壤承載能力系數(shù)；為摩擦角。在泥漿地面，車輛浸入泥漿部分的形狀對(duì)運(yùn)動(dòng)阻力的影響特別明顯，此時(shí)推土阻力大于壓實(shí)阻力而成為主要矛盾。在有硬底層的粘性泥漿里行駛的車輛，推土阻力的大小決定于泥漿的密度ρ、粘度μ、行駛速度

以及車輛行走部分浸入泥漿中的尺寸，即式中，CD為泥漿的阻力系數(shù)，是雷諾數(shù)Re的函數(shù)，，h為浸入泥漿的深度；A為浸入泥漿中的面積。2.充氣輪胎的土壤阻力當(dāng)輪胎按照剛性輪一樣維持圓形，輪胎圓周上最低點(diǎn)處土壤的支承壓力為由此式確定的pg值稱為充氣輪胎的臨界壓力

。如果，輪胎維持圓形。pc可由試驗(yàn)測(cè)得。部分輪緣將變成平面，接地壓力為輪胎變形δt引起的彈滯損失是充氣輪胎滾動(dòng)時(shí)的彈滯損耗阻力

。單位負(fù)荷彈滯損耗阻力式中，α為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。3.前后串聯(lián)車輪和車輪重復(fù)通過時(shí)的土壤壓實(shí)阻力當(dāng)車輪第二次通過松軟的土壤時(shí)，土壤阻力會(huì)有所減小。一般越野汽車都是采用前、后輪距相等，并均為單胎的形式，以減小在松軟地面上行駛時(shí)的阻力。車輛的土壤推力FX與土壤阻力Fr之差，稱為掛鉤牽引力二、掛鉤牽引力土壤條件、接地面積和產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力相同的條件下，不同行走機(jī)構(gòu)的滑動(dòng)率類型滑動(dòng)率(%)直徑大寬度小的輪胎40直徑小寬度大的輪胎100履帶10在松軟土壤條件下，相對(duì)于運(yùn)動(dòng)方向窄長的接地面積比較理想。第五節(jié)間隙失效的障礙條件本節(jié)將介紹頂起失效和觸頭失效兩種間隙失效情況下的障礙條件。返回目錄一、頂起失效的障礙條件汽車通過由兩個(gè)相交平面形成的凸起障礙時(shí)，障礙頂點(diǎn)A的軌跡為直徑等于Dr的圓，Dr稱為地隙直徑。一、頂起失效的障礙條件當(dāng)h<0時(shí)，發(fā)生頂起失效；h=0時(shí)，是汽車通過障礙的極限尺寸。此時(shí)，BAC所對(duì)的角即為汽車的縱向通過角。頂起失效的障礙條件為或式中，

為汽車中部地隙；D為車輪直徑；Dr為地隙直徑。頂起條件為發(fā)生觸頭失效的條件是二、觸頭失效的障礙條件第六節(jié)汽車越過臺(tái)階、壕溝的能力越野行駛中的汽車常常要克服臺(tái)階、壕溝等障礙，這時(shí)由于車速很低，可用靜力學(xué)平衡方程來求得障礙物與汽車參數(shù)間的關(guān)系。返回目錄式中，G為汽車總重力；F1為臺(tái)階作用于前（從動(dòng)）輪的反作用力；F2為后軸負(fù)荷。消去G、F1、F2式中，(hw/D)1為前輪單位車輪直徑可克服的臺(tái)階高度，表示前輪越過臺(tái)階的能力。L/D越小及a/L越大，(hw/D)1就越大，汽車的前輪越容易越過臺(tái)階。將，代入式中，F(xiàn)1為前軸負(fù)荷；F2為臺(tái)階作用于后（驅(qū)動(dòng)）輪的反作用力。式中，(hw/D)2為后驅(qū)動(dòng)輪單位車輪直徑可克服的臺(tái)階高，表示后輪越過臺(tái)階的能力。后輪越過臺(tái)階的能力與汽車參數(shù)無關(guān)。由于a>b，后輪是限制汽車越過臺(tái)階的因素。將代入當(dāng)前輪與臺(tái)階相碰時(shí)，以代入，可以求出(hw/D)1。(hw/D)1隨L/D的增加而降低；增加a/L時(shí)，可以使4×4汽車前輪越過臺(tái)階的能力顯著提高，甚至可使車輪爬上高度大于其半徑的臺(tái)階。當(dāng)后輪與臺(tái)階相碰時(shí)a/L比值的影響正好與前輪越過臺(tái)階的情況相反。長軸距、前軸負(fù)荷大的汽車（即a/L較小），其后輪越過臺(tái)階的能力要比前輪大。較大的L/D比值時(shí)，不論汽車總質(zhì)量如何在軸間分配，總會(huì)改善后輪的越障能力。4×2汽車的越障能力要比4×4差很多。4×4汽車的越障能力與a/L的比值有關(guān)，基本取值如圖中的陰影所示。只要已知車輪越過垂直障礙的能力hw/D，就可用上式確定越過溝壕的寬度ld。用同樣的方法解汽車越過壕溝的問題時(shí)，溝寬與車輪直徑之比ld/D與上面求得的hw/D值用下式換算。一、通過性試驗(yàn)的主要內(nèi)容汽車幾何參數(shù)的測(cè)定掛鉤牽引性能的測(cè)定通過性試驗(yàn)的內(nèi)容包括：第七節(jié)