汽车的通过性学习教案

1、会计学1汽车汽车(qch)的通过性的通过性第一页，共71页。2第一节汽车通过性评价(pngji)指标及几何参数第七章 汽车(qch)的通过性本节将主要介绍汽车支承通过性的评价指标(zhbio)和影响通过性的汽车几何参数。返回目录第1页/共71页第二页，共71页。3一、汽车支承通过性评价(pngji)指标汽车支承通过性的指标评价：牵引系数(xsh)、牵引效率及燃油利用指数。单位车重的挂钩牵引力（净牵引力）。表明汽车在松软地面上加速、爬坡及牵引其他车辆的能力(nngl)。TC=Fd/GFd为汽车的挂钩牵引力；G为汽车重力。第七章 汽车的通过性1.牵引系数TC第2页/共71页第三页，共71页。4驱动

2、轮输出功率与输入功率之比。反映了车轮(ch ln)功率传递过程中的能量损失。单位燃油消耗所输出(shch)的功， 。式中，Qt为单位时间内的燃油消耗量。第一节 汽车通过性评价(pngji)指标及几何参数wrdawd1TsrFuTFTE2.牵引效率（驱动效率）TE 3.燃油利用指数Ef式中，ua为汽车行驶速度；TW为驱动轮输入转矩；为驱动轮角速度；r为驱动轮动力半径；sr为滑转率。tadf/QuFE 第3页/共71页第四页，共71页。5二、汽车(qch)通过性几何参数间隙失效：汽车与地面间的间隙不足(bz)而被地面托住，无法通过的情况。顶起失效：当车辆(chling)中间底部的零件碰到地面而被顶

3、住的情况。触头失效：当车辆前端触及地面而不能通过的情况。托尾失效：当车辆尾部触及地面而不能通过的情况。与间隙失效有关的汽车整车几何尺寸，称为汽车通过性几何参数，包括最小离地间隙、纵向通过角、接近角、离去角、最小转弯直径等。第一节 汽车通过性评价指标及几何参数第4页/共71页第五页，共71页。6（1）最小离地间隙h汽车满载、静止时，支承平面与汽车上的中间区域最低点之间的距离(jl)。它反映了汽车无碰撞地通过地面凸起的能力。第一节 汽车通过(tnggu)性评价指标及几何参数第5页/共71页第六页，共71页。7（2）纵向通过角汽车满载、静止时，分别通过前、后车轮(ch ln)外缘作垂直于汽车纵向对称

4、平面的切平面，两切平面交于车体下部较低部位时所夹的最小锐角。它表示汽车能够无碰撞地通过小丘、拱桥等障碍物的轮廓尺寸。第一节 汽车通过性评价指标及几何(j h)参数第6页/共71页第七页，共71页。8（3）接近角1汽车满载、静止时，前端突出点向前(xin qin)轮所引切线与地面间的夹角。1越大，越不容易发生触头失效。第一节 汽车(qch)通过性评价指标及几何参数第7页/共71页第八页，共71页。9（4）离去角2汽车满载、静止(jngzh)时，后端突出点向后轮所引切线与地面间的夹角。2越大，越不容易发生托尾失效。第一节 汽车通过性评价指标(zhbio)及几何参数第8页/共71页第九页，共71页。

5、10（5）最小转弯直径dmin转向盘转到极限位置、汽车以最低稳定车速转向行驶时，外侧转向轮的中心平面在支承平面上滚过的轨迹圆直径。它表征了汽车能够(nnggu)通过狭窄弯曲地带或绕过不可越过的障碍物的能力。第一节 汽车通过性评价指标及几何(j h)参数第9页/共71页第十页，共71页。11（6）转弯通道圆转向盘转到极限位置、汽车以最低稳定车速(ch s)转向行驶时，车体上所有点在支承平面上的投影均位于圆周以外的最大内圆，称为转弯通道内圆；车体上所有点在支承平面上的投影均位于圆周以内的最小外圆，称为转弯通道外圆。第一节 汽车通过性评价指标及几何(j h)参数返回(fnhu)目录第10页/共71页

6、第十一页，共71页。12第一节 汽车通过性评价指标及几何(j h)参数返回(fnhu)目录第11页/共71页第十二页，共71页。13第一节 汽车(qch)通过性评价指标及几何参数第12页/共71页第十三页，共71页。14第一节 汽车通过性评价(pngji)指标及几何参数返回(fnhu)目录第13页/共71页第十四页，共71页。15第二节松软地面(dmin)的物理性质第七章 汽车(qch)的通过性本节将主要介绍土壤的物理性质，包括土壤的抗压性和抗剪性。抗压性直接(zhji)影响到车辆通过时的滚动阻力；抗剪性直接(zhji)影响到在土壤条件下驱动轮所能产生的最大驱动力，即附着力。返回目录第14页/

7、共71页第十五页，共71页。16一、土壤切应力(yngl)与剪切变形的关系对于粘性土壤或雪，最大剪应力仅与土壤或雪的粘聚性和轮胎(lnti)与地面的接地面积有关。AcFX式中，A为驱动轮的接地(jid)面积；c为土壤或雪的粘聚系数。第七章 汽车的通过性1.粘性土壤的最大土壤推力第15页/共71页第十六页，共71页。17对于摩擦(mc)性土壤（干沙、冻结的粒状雪），按照库仑摩擦(mc)定律，最大剪应力与负荷W成正比的增加。式中，W为作用在驱动轮上的垂直(chuzh)载荷， 为摩擦角。tanWFX第二节 松软(sngrun)地面的物理性质2.摩擦性土壤的最大土壤推力第16页/共71页第十七页，共7

8、1页。18大部分土壤既不是纯粘性(zhn xn)土壤，也不是纯摩擦性土壤，而是这两种土壤的混合物，此时最大土壤推力tanWAcFX第二节 松软地面(dmin)的物理性质3.中性(zhngxng)土壤的最大土壤推力思考：在什么样的土壤条件下，增加驱动轮上的垂直载荷，有利于提高车辆的通过性？第17页/共71页第十八页，共71页。194.剪切强度(qingd)maxtanWAcFX两边(lingbin)同除以面积Atanmax c式中，max为剪切强度(qingd)；为剪切面法向压力。 第二节 松软地面的物理性质第18页/共71页第十九页，共71页。205.土壤的剪切应力与剪切变形(bin xng)

9、的关系jKKKjKKKyc12221222max1exp1exptan对于“脆性(cuxng)”土壤第二节 松软(sngrun)地面的物理性质式中，K1、K2为系数，j为剪切变形量，ymax为 中的最大值。第19页/共71页第二十页，共71页。215.土壤(trng)的剪切应力与剪切变形的关系对于“塑性(sxng)”土壤Kjc/exp1tanKj/exp1max第二节 松软(sngrun)地面的物理性质KKjKjjjmax0max0/expdd式中，K为土壤剪切变形模数。第20页/共71页第二十一页，共71页。22二、土壤法向负荷与沉陷(chnxin)的关系kbkkzkbkkzpcncn如果将

10、一块表示充气轮胎或履带接地面积的平板用均匀负荷压入地面土壤(trng)，静止沉陷量 z 和单位压力 p 之间的关系如下。式中，kc 为土壤的“粘聚”变形模数； 为土壤的“摩擦”变形模数；b 为承载面积的短边长；z 为土壤沉陷(chnxin)量；n 为沉陷(chnxin)指数。k第二节 松软地面的物理性质第21页/共71页第二十二页，共71页。23三、半流体泥浆及雪的密度对通过(tnggu)性的影响车辆在半流体泥浆中所受到的阻力除与其行驶速度(sd)、浸入面积等有关外，还与泥浆的密度及阻力系数CD有关， 及CD越大，阻力也越大。车辆在雪地的通过性，与雪的密度及厚度有关。如果雪层厚度小于汽车的离地

11、间隙，车辆可以通过，与雪的密度无关。如果雪的厚度大于汽车离地间隙的150%时，轻型汽车可在密度大于350kg/m3的雪地上通过，重型汽车可在密度大于500kg/m3的雪地上通过。这里均指没有(mi yu)渗过水的雪，渗有水的雪密度大，但强度却很低。第二节 松软地面的物理性质返回目录第22页/共71页第二十三页，共71页。24第三节车辆(chling)的挂钩牵引力第七章 汽车(qch)的通过性本节将分析车辆在松软土壤条件下行驶时所遇到的各种( zhn)滚动阻力；分析松软地面给履带和驱动轮的土壤推力，从而确定车辆的挂钩牵引力。返回目录第23页/共71页第二十四页，共71页。25一、车辆在松软(sn

12、grun)地面上的土壤阻力土壤(trng)的压实阻力推土阻力(zl)轮胎的弹滞损耗阻力当车辆在松软地面上行驶时，滚动阻力由三部分构成第七章 汽车的通过性第24页/共71页第二十五页，共71页。261.刚性(n xn)车轮滚动时的土壤阻力nczkbkp 假设(jish)土壤对车轮的反力沿径向车轮的受力平衡(pnghng)方程为0dsinrc0rbF0dcos0rbWFrc为土壤压实阻力；W为垂直载荷；b为车轮宽度；zprddsinxprddcosckknzzzkbkbFnnzc100crc1d0第三节 车辆的挂钩牵引力xzkbkbxpbWnrrdd00sin0sin0c，第25页/共71页第二十

13、六页，共71页。271.刚性车轮滚动时的土壤(trng)阻力 200202222zzzzDzzDDxzzzDxzDx02d2dd20tzzttzd2dttzDbkkWnzd0020c122c033nnDbkkWz第三节 车辆(chling)的挂钩牵引力当沉陷(chnxin)量较小时zzDx02第26页/共71页第二十七页，共71页。281.刚性车轮滚动时的土壤(trng)阻力1222121c1222rc3131nnnnnDWbkknnF将z0代入Frc表达式，得到压实土壤(trng)阻力Frc增加车轮直径和宽度都能降低压实土壤阻力(zl)，但增加车轮直径比增加宽度更有效，即直径越大，沉陷量越小

14、。思考：SUV越野汽车和轿车相比，哪个车型的轮胎直径更大？为什么？如果汽车在松软地面上行驶，降低压实阻力的有效措施有哪些？第三节 车辆的挂钩牵引力第27页/共71页第二十八页，共71页。29式中，z0 为沉陷量；s 为单位体积土壤重量(zhngling)；c为粘聚系数，b为轮胎宽度。 ，在松软地面上，除了压实土壤阻力外，滚动着的车轮前缘将推动土壤形成(xngchng)隆起的前缘波，产生推土阻力Frb。prs20pc0rb5 . 0KzKczbF2cpccostan NK2rprcos1tan2NKNc 及 Nr 是土壤(trng)承载能力系数； 为摩擦角。第三节 车辆的挂钩牵引力第28页/共7

15、1页第二十九页，共71页。30式中，在很松软的地面(dmin)上，推土阻力Frb可用下式估算Nc 及 Nr 是局部剪切失效时土壤(trng)承载能力系数；prs20pc0rb5 . 067. 0KzKczbF2cpccostanNK2rprcos1tan2NKtan32tan第三节 车辆(chling)的挂钩牵引力第29页/共71页第三十页，共71页。31在泥浆地面，车辆浸入泥浆部分的形状对运动阻力的影响特别明显，此时推土阻力大于压实阻力而成为主要矛盾。在有硬底层(d cn)的粘性泥浆里行驶的车辆，推土阻力的大小决定于泥浆的密度、粘度、行驶速度 ua 以及车辆行走部分浸入泥浆中的尺寸，即2/2

16、arbAuCFD式中，CD为泥浆的阻力系数(xsh)，是雷诺数Re的函数； ，h为浸入泥浆的深度，A为浸入泥浆中的面积。huRe/a第三节 车辆(chling)的挂钩牵引力第30页/共71页第三十一页，共71页。322.充气轮胎的土壤(trng)阻力当轮胎(lnti)按照刚性轮一样维持圆形，轮胎(lnti)圆周上最低点处土壤的支承压力为122121c0c33nnnngDbnWkbkzkbkp由此式确定的pg值称为(chn wi)充气轮胎的临界压力pcr。如果 ，轮胎维持圆形。第三节 车辆的挂钩牵引力gcippp第31页/共71页第三十二页，共71页。33pc可由试验(shyn)测得。第三节 车

17、辆(chling)的挂钩牵引力第32页/共71页第三十三页，共71页。34crcippp部分轮缘将变成平面，接地(jid)压力为pi+pcnkb/kppz1cci0nnnnbkknppbkbknzbF1c1cic10rc11第三节 车辆(chling)的挂钩牵引力第33页/共71页第三十四页，共71页。35轮胎变形t引起的弹滞损失是充气轮胎滚动(gndng)时的弹滞损耗阻力Frt。单位负荷弹滞损耗(snho)阻力 WFfrttiartpuWF 式中，为经验(jngyn)系数；第三节 车辆的挂钩牵引力iatpuf 第34页/共71页第三十五页，共71页。363.履带的土壤(trng)阻力如果刚性

18、履带下的土壤压力(yl)均匀分布，土壤沉陷量ncncbkklWkbkpz/1/10/在地上压出一条长 l、宽 b、深 z0 的履带(ldi)车辙时所作的功为nnncnzclWbkknlnzkbkblzpbl1/110011d0如果用拉力Frc 将履带拖行水平距离l，所作的功 Frcl 应该等于上式的功nnnclWbkknF1/1rc11在接地压力不变的条件下，增加履带接地长度比加宽履带对减小压实阻力更有效。第三节 车辆的挂钩牵引力第35页/共71页第三十六页，共71页。374.前后串联车轮和车轮重复(chngf)通过时的土壤压实阻力当车轮第二次通过松软的土壤时，土壤阻力会有所减小。一般越野汽车

19、都是采用(ciyng)前、后轮距相等，并均为单胎的形式，以减小在松软地面上行驶时的阻力。第三节 车辆(chling)的挂钩牵引力第36页/共71页第三十七页，共71页。38二、松软地面(dmin)给车辆的土壤推力1.履带(ldi)的土壤推力与滑转率履带所获得的推力是由于(yuy)地面土壤被履刺推动、剪切而产生。tantanmaxmaxWAccAAFX思考：在纯摩擦性土壤条件下，推力主要与车辆的什么参数有关？在粘性土壤条件下，推力又受什么因素的影响？第三节 车辆的挂钩牵引力第37页/共71页第三十八页，共71页。39滑转率可以(ky)表明滑转的程度tstatruuuuus式中，ua 为车辆的实际

20、速度；ut 为车辆的理论(lln)速度，ut=r,r 为履带驱动链轮的的节圆半径， 为驱动轮角速度；us 为履带相对地面的滑动速度。履带(ldi)接地某点的剪切变形tujst/uxt xsuxujrts第三节 车辆的挂钩牵引力第38页/共71页第三十九页，共71页。40单位履带(ldi)宽的土壤推力等于切应力曲线下包含的面积。xKjcbxbFlld/exp1tand00X设履带(ldi)给地面的法向压力均匀分布blWKlslsKWAc/exp11tanrrxKxsblWcbFld/exp1tanr0X长而窄的履带比短而宽的履带的滑转率小，这有利于通过(tnggu)性，但履带过长会使转向困难。第

21、三节 车辆的挂钩牵引力第39页/共71页第四十页，共71页。412.驱动轮的土壤(trng)推力与滑转率驱动车轮的运动情况比履带复杂，一般采用(ciyng)履带的土壤推力公式来估算。srtujtdcos11dr00s0 sinsin10r0sr第三节 车辆(chling)的挂钩牵引力第40页/共71页第四十一页，共71页。422.驱动轮的土壤(trng)推力与滑转率 Kjc/exp1tan sinsin1exp1tan00rsKrc其中，法向正压力(yl) 由 确定nnzkbkkzpc 00dcosbrFX第三节 车辆(chling)的挂钩牵引力第41页/共71页第四十二页，共71页。43车辆

22、的土壤(trng)推力FX与土壤(trng)阻力 Fr 之差，称为挂钩牵引力。三、挂钩(gugu)牵引力rdFFFX第三节 车辆(chling)的挂钩牵引力土壤条件、接地面积和产生的驱动力相同的条件下，不同行走机构的滑动率类型类型滑动率滑动率/%直径大宽度小的轮胎直径大宽度小的轮胎40直径小宽度大的轮胎直径小宽度大的轮胎100履带履带10在松软土壤条件下，相对于运动方向窄长的接地面积比较理想。返回目录第42页/共71页第四十三页，共71页。44第四节牵引通过(tnggu)性计算第七章 汽车(qch)的通过性计算车辆牵引通过性时，首先要确定轮胎与土壤接触面的形状及接触面上的应力分布，然后列出车轮

23、(ch ln)受力平衡方程并求解，从而得到车辆牵引通过性参数。返回目录第43页/共71页第四十四页，共71页。45第四节 牵引(qinyn)通过性计算假设(jish)轮胎与土壤接触界面为一段平面加一段圆弧面。Kj/exp1maxkbkkkbkkzpczcnn切向应力的分布(fnb)满足压力的分布满足第44页/共71页第四十五页，共71页。462211sin2dsincos12rbpprbWxbprbFlddsincos0211d121212dtan1cosdsincos22211rbprb1212dcosd2212wrbbrTdtan1cosd12122222212brbr式中，p1、1为接触

24、圆弧面上(min shn)的法向及切向应力；p2、2为接触平面上(min shn)的法向及切向应力；l为接地平面部分长度；b为轮胎宽度。第四节 牵引通过(tnggu)性计算第45页/共71页第四十六页，共71页。47接地(jid)圆弧面上各点的沉陷为1coscos rznncrkbkp11coscos圆弧面上(min shn)各点的法向应力为 p2为轮胎(lnti)接地压力icg2pppp在B 点，21pp rkpn/coscos1g12第四节 牵引通过性计算第46页/共71页第四十七页，共71页。48Kjpc/exp1tan111Kjpc/exp1tan222 sinsin1111rsrj

25、xsjjr12 12211tantancossinsin1rssrrr第四节 牵引通过(tnggu)性计算求出Fd和TW 牵引系数(xsh)TC和牵引效率TE通过(tnggu)计算机程序可叠代求解出1 和2返回目录第47页/共71页第四十八页，共71页。49第五节间隙失效的障碍(zhng i)条件第七章 汽车(qch)的通过性本节将介绍顶起失效和触头失效两种间隙(jin x)失效情况下的障碍条件。返回目录第48页/共71页第四十九页，共71页。50一、顶起失效(sh xio)的障碍条件第七章 汽车(qch)的通过性汽车通过由两个相交(xingjio)平面形成的凸起障碍时，障碍顶点A的轨迹为直径

26、等于Dr的圆，Dr称为地隙直径。第49页/共71页第五十页，共71页。51一、顶起失效(sh xio)的障碍条件第七章 汽车(qch)的通过性当hb，后轮是限制汽车越过台阶的因素。第六节 汽车越过台阶、壕沟(hogu)的能力将代入02/2/0cossin0sincos112221221DfFGbLFDFGFFFFFfF22w11121Dh第56页/共71页第五十七页，共71页。58当前轮与台阶(tiji)相碰时，02sin21cos2112LDLDLDLa以 代入，可以求出 (hw/D)1 ，(hw/D)1随L/D的增加而降低；增加a/L时， 可以使44汽车(qch)前轮越过台阶的能力显著提高

27、，甚至可使车轮爬上高度大于其半径的台阶。Dh /21sinw第六节 汽车越过(yu gu)台阶、壕沟的能力第57页/共71页第五十八页，共71页。59当后轮与台阶(tiji)相碰时a/L比值的影响正好与前轮越过台阶的情况相反。长轴距、前轴负荷大的汽车（即a/L较小），其后轮越过台阶的能力(nngl)要比前轮大。较大的L/D比值时，不论汽车总质量如何在轴间分配，总会改善后轮的越障能力(nngl)。0cos2sin11cos12sin2sincos022LDLhLaLDLD第六节 汽车越过(yu gu)台阶、壕沟的能力第58页/共71页第五十九页，共71页。60第六节 汽车越过(yu gu)台阶、

28、壕沟的能力42汽车(qch)的越障能力要比44差很多。44汽车的越障能力与a/L的比值有关(yugun)，基本取值如图中的阴影所示。第59页/共71页第六十页，共71页。612wwd2DhDhDl第六节 汽车越过(yu gu)台阶、壕沟的能力只要已知车轮越过(yu gu)垂直障碍的能力hw/D，就可用上式确定越过(yu gu)沟壕的宽度ld。用同样的方法解汽车(qch)越过壕沟的问题时，沟宽与车轮直径之比ld/D与上面求得的hw/D值用下式换算。返回目录第60页/共71页第六十一页，共71页。62第七节汽车(qch)的通过性试验第七章 汽车(qch)的通过性返回(fnhu)目录第61页/共71

29、页第六十二页，共71页。63第七章 汽车(qch)的通过性一、通过性试验(shyn)的主要内容汽车(qch)几何参数的测定挂钩牵引性能的测定通过性试验的内容包括第62页/共71页第六十三页，共71页。64通过性几何参数在满载情况下测定(cdng)。也可在按比例画出并经实践校正的汽车外形图上用作图法求得。汽车越野行驶的挂钩牵引性能应在各种( zhn)典型的坏路下，尤其应在各种( zhn)典型的无路地区进行测定，如泥泞、沼泽、水田、松软土壤、沙漠、草原、雪地等。所测定的参数包括土壤阻力、汽车的挂钩牵引力、汽车行驶的滑转率以及轮胎在给定胎压下的接地面积与接地比压、驱动车轮上的转矩等。还应进行越障性能的试验，以检验汽车通过某些典型障碍的能力，如陡坡、侧坡、凸岭、路沟、壕沟、弹坑、灌木丛、河流、土坎、田埂(tingng)及台阶等。第七节 汽车的通过性试验第63页/共71页第六十四页，共7