第七章汽車的通過(guò)性課件

第七章汽車的通過(guò)性汽車的通過(guò)性（越野性）是指它能以足夠高的平均車速通過(guò)各種壞路和無(wú)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(guò)性又分為支承通過(guò)性和幾何通過(guò)性。通過(guò)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(guò)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(guò)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)和影響通過(guò)性的汽車幾何參數(shù)。返回目錄一、汽車支承通過(guò)性評(píng)價(jià)指標(biāo)汽車支承通過(guò)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(guò)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(guò)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(wú)法通過(guò)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(guò)的情況。托尾失效：當(dāng)車輛尾部觸及地面而不能通過(guò)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(guò)性幾何參數(shù)，包括最小離地間隙、縱向通過(guò)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(wú)碰撞地通過(guò)地面凸起的能力。（2）縱向通過(guò)角β汽車滿載、靜止時(shí)，分別通過(guò)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(wú)碰撞地通過(guò)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(guò)的軌跡圓直徑。它表征了汽車能夠通過(guò)狹窄彎曲地帶或繞過(guò)不可越過(guò)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(guò)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(kù)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(guò)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(zhǎng)；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(guò)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(guò)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(guò)，與雪的密度無(wú)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(guò)，重型汽車可在密度大于500kg/m3的雪地上通過(guò)。這里均指沒(méi)有滲過(guò)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(guò)時(shí)的土壤壓實(shí)阻力當(dāng)車輪第二次通過(guò)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(zhǎng)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)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(guò)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(guò)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(guò)臺(tái)階的能力。后輪越過(guò)臺(tái)階的能力與汽車參數(shù)無(wú)關(guān)。由于a>b，后輪是限制汽車越過(guò)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(guò)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(guò)臺(tái)階的情況相反。長(zhǎng)軸距、前軸負(fù)荷大的汽車（即a/L較?。?，其后輪越過(guò)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(guò)垂直障礙的能力hw/D，就可用上式確定越過(guò)溝壕的寬度ld。用同樣的方法解汽車越過(guò)壕溝的問(wèn)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(guò)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(guò)性試驗(yàn)的內(nèi)容包括：第七節(jié)