汽车漂移方式原地调头的力学分析

1、汽车漂移方式原地调头的汽车漂移方式原地调头的力学分析力学分析该视频演示了汽车在高速行驶过程中，通过一定的驾驶技巧，使得汽车原地漂移，从而在原地转向180度（调头）的过程。这个过程是如何实现的，里面用到了那些力学原理呢？我们尝试分析一下。漂移简介漂移简介 漂移是赛车术语，是指让车头的指向与车身实际运动方向之间产生较大的夹角，使车身侧滑过弯的系列操作。调整车身姿势用到的方法;最大漂移角度及其限制;漂移的出弯的操作都是漂移的技巧，漂移是一种极具观赏性的驾驶方式，另外在拉力赛中也是一项常用的技术. 漂移产生的条件：后轮失去大部分(或者全部)抓地力，同时前轮能保持抓地力(最多只能失去小部分，最好是获得额

2、外的抓地力)；这时只要前轮有一定的横向力，车就甩尾，即可产生漂移。令后轮失去抓地力的方法令后轮失去抓地力的方法：行驶中使后轮与地面间负速度差。 行驶中减小后轮与地面之间的正压力。保持前轮抓地力的方法保持前轮抓地力的方法： 行驶中不使前轮与地面间有很大的速度差。行驶中不使前轮与地面间正压力减少太多，最好就是可以增大正压力。这两项要同时满足才行。 产生漂移的方法产生漂移的方法 直路行驶中拉起手刹之后打方向。 转弯中拉手刹。 直路行驶中猛踩刹车后打方向。 转弯中猛踩刹车。 功率足够大的后驱车（或前后轮驱动力分配比例趋向于后驱车的四驱车）在速度不很高时猛踩油门并且打方向。 漂移转弯和普通转弯一样，都有

3、速度极限，而且漂移转弯的速度极限最多只可能比普通转弯高一点，在硬地上的速度极限比普通转弯还低。 汽车行驶动力学汽车行驶动力学 汽车是外力作用下的一种运动系统。汽车相对于地面运动时，地面对轮胎的作用力是左右其形式性能的最主要的外在激励。其中，轮胎侧偏力是影响汽车转向性能的主要因素。汽车在轮胎测偏力的作用下的运动方程式可以较好地描述汽车转向性能。汽车运动可由下图所示。另取固定于地面的坐标系Oxy，原点与汽车质心C重合，x轴沿汽车纵向，y沿汽车横向的汽车坐标系Cxy。 当汽车在地面上运动时，质心速度可表示为 uivjV V与汽车纵向所成夹角称为汽车质心的侧偏角: varctanuC点加速度 ddud

4、idvdjiujvdtdtdtdtdtVrdijdtrdjidt rrddudvui+ujdtdtdtV代入上式得由于汽车行驶时，一般uv, 故值通常很小，此时用侧偏角描述C点的运动更方便 。ucosVVvsinVV当V一定时，有 duddsindtdtdtVV dvddcosdtdtdtVV汽车行驶动力学汽车行驶动力学 因此：ijVVVrrdVddi+VjdtdtdtV 可知二向量正交 。表明当很小时，质心加速度垂直于质心速度，其沿y向的侧向分量为 汽车行驶动力学汽车行驶动力学 dV0dtVrddtVrf1f2r1r2dmdtYYYYVFFFFrff1f2r1r2ddtZYYrYYIlFFl

5、FF汽车行驶动力学汽车行驶动力学 frfrf1f1frtand/ 2VllVVfrfrf2f2frtand/ 2VllVVrrfrr1r1rrtand/ 2VllVVrrfrr2r1rrtand/ 2VllVVfrff1f 2lVfrrr1r2lV汽车行驶动力学汽车行驶动力学 相应的，汽车运动方程式可表示为fr22rYYdmVFFdtrffrd2dtZYrYIl Fl FfrffffYlFkkV rrrrrrYlFkkV 代入式汽车运动方程，整理后得ffff222rrrrdmVkkmVl kl kkdtV22ffrffzff2d22dtrrrrrl kl kl kl kIl kV上两式给定转向

6、轮转角输入时求解、响应的一阶微分方程组，是研究汽车转向性能的基础方程式。汽车漂移掉头的建模与计算汽车漂移掉头的建模与计算 漂移是一系列复杂的多变的运动过程，同样汽车的受力也是复杂多变的。通过分析，可知汽车执行过弯漂移动作时，虽然减少了运动的路程，但同时耗费了巨大的动能。这样，在竞速比赛时，漂移造成的损失是大于获得的，反而不如汽车采取合适的过弯路线所达到的效果好。所以漂移一般适用于表演的场合。 汽车过弯漂移和原地掉头都是甩尾，它们的差别主要有：过弯漂移过后，汽车不停止前行，甩尾角度小；原地掉头过后，汽车静止，甩尾角度大，高达180度。过弯漂移是原地掉头的一个过程。可以这样说，当原地掉头做到中途时

7、，打正前车轮方向，松刹车，踩油门，就变成了一次漂移。 为解释汽车原地掉头的现象，对其进行力学分析，我们分析开头视频中的实验，实验用车采用后驱车。 1、实验数据、实验数据 整个调头过程大致可以这样描述：汽车起步，加速行驶。拉手刹制动，后轮抱死，同时打方向盘，前轮左偏。汽车减速，车身发生偏转。汽车转过 时，前轮停止转动。汽车转过，静止，完成掉头动作。 首先由实验数据计算汽车平均加速度为： 23.9m sa 2、汽车前轮牵引力、汽车前轮牵引力 由实验可以知道：当汽车拉手刹这一瞬时，后轮抱死，受到向后的滑动摩擦力。而前轮继续向前滚动。此刻前轮受到向前的驱动力，应用动静法，建立坐标系，如图：列平衡方程，

8、有： 21121200;00;00;NfrrxzNNMFFllmglQFQFFFFFmg2906.86m sFmgamm 这个值是非常重要的，它在汽车初始时刻提供了一个横向力，使汽车得到一个角加速度。但必须说明的是，这个力的作用方向沿车的前轮方向，大小与汽车的初速度相关且随着汽车的减速制动递减。根据实验，汽车在转过45之后，这个力变为零。 3、车轮的轮压、车轮的轮压 轮压，即地面对汽车的支反力。实际情况中地面对四个轮胎的支反力各不相同，但是非常难计算。只得把汽车等效为二轮车，认为前面两轮的轮压一致，后面两轮的轮压一致。同样的应用动静法，建立平衡方程，如图,可得： 21121200;00;00;

9、NfrrxzNNMFFllmglQFQFFFFFmg125932 118071125338 11804158NNFNFN按这个计算方法，前轮的支反力大于汽车静止时的支反力，后轮的支反力小于静止时的支反力，汽车的“重心”前移的。在实际的过程中，与汽车前进的方向相比，由于汽车的转向，汽车的前轮会逐渐调到后面，后轮会逐渐的调到前面。即汽车的“重心”会逐渐发生后移。形象的说，就是汽车的“重心”逐渐从超前变为滞后。这对汽车车轮的支反力的影响是关键的。所以这里必须对上式轮压加以修正:125932 1180cos01805338 1180cos0180NNFNFN4、汽车转向角加速度、汽车转向角加速度 汽车

10、运动简图如左图所示，箭头表示车头方向。右图是汽车进行原地掉头动作的模型。此时汽车转过角。汽车车轮分别简化为A、B、C、D四点,汽车质心为点O。受力分析可以知道汽车四个轮各受到两个力的作用，共计八个力。其中FA和FC是汽车的牵引力，沿前轮方向，其大小:0101(1/ 45)779(1/ 45)0452045180ACACFFFFF因为汽车沿初速度方向直线行驶，不发生横向移动，则后轮则需要与前轮等大反向的力FB和FD。FA、FB、FC、FD是四个车轮的侧滑力，与汽车前进的方向（即初速度方向）相反，是滑动摩擦阻力，其大小为：1212076413cos0180211868413cos01802ACNB

11、DNFFFFFF其中，U是牵引力矩对角加速度的贡献（只在 有意义); V是侧滑力矩对角加速度的贡献。 4、汽车转向角加速度、汽车转向角加速度 11221122sin()sin()sin()sin()sin()sin()sin()sin()AACCBBDDAACCBBDDMOA FMdOA FMdOB FMOB FMOA FMOA FMOB FMOB F ABCDABCDMMMMMMMMMM经过整理，得到 122sin()2sin()/ABZdOA FdOB FI122sincos2sincos/ABZOA FOB FI（）0455、转角与加速度的关系、转角与加速度的关系 当=U+V时 020406080100120140160180-1-0.500.511.5020406080100120140160180-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81当=U时 当=V时 。 汽车角加速度先平稳在1.4rad/s2，然后迅速减小最后将近-1 rad/s2,在135之后逐渐增加到0。 汽车角加速度沿直线降至0 在=90时，汽车角加速度为零且曲线关于=90对称，当=180时，汽车角速度正好归零。根据上面的分析，经过简单的计算，发现汽车所拥有的角加速度可以让汽车在2.6s