汽车理论汽车通过性课件

1/37.1汽车通过性评价指标及几何参数7.2影响汽车通过性的因素1/37.1汽车通过性评价指标及几何参数2/3汽车通过性：汽车以足够高的平均车速通过各种坏路和无路地带(如松软地面、坎坷不平地段)和各种障碍（陡坡、侧坡、壕沟、台阶、灌木丛、水障）的能力。根据地面对汽车通过性影响的原因，它又分为支承通过性和几何通过性；汽车的通过性主要取决于地面的物理性质及汽车的结构参数和几何参数;也与汽车的其它使用性能(如动力性、平顺性、机动性、稳定性、视野性)有关。2/3汽车通过性：汽车以足够高的平均车速通过各种坏路和无路地3/31、牵引系数TC：单位车重的挂钩牵引力(净牵引力)。它表明汽车在松软地面上加速、爬坡及牵引其他车辆的能力。式中，Fd为汽车的挂钩牵引力，即车辆的土壤推力与土壤阻力之差，（见书上P261）

G为汽车重力。§7.1汽车通过性评价指标及几何参数汽车支承通过性评价指标3/31、牵引系数TC：§7.1汽车通过性评价指标汽车支承4/32、牵引效率(驱动效率)TE：

驱动轮输出功率与输入功率之比。它反映了车轮功率传递过程中的能量损失，这部分损失是由于轮胎橡胶与帘布层间摩擦生热及轮胎下上壤的压实和流动而造成的。式中，ua为汽车行驶速度；

Tw为驱动轮输入转矩；

ω为驱动轮角速度；

r为驱动轮动力半径；

sr为滑转率（P260）。4/32、牵引效率(驱动效率)TE：5/33、燃油利用指数Ef：

单位燃油消耗所输出的功。

式中，Qt为单位时间内的燃油消耗量。5/33、燃油利用指数Ef：6/3

由于汽车与地面间的间隙不足而被地面托住、无法通过的情况，称为间隙失效。当车辆中间底部的零件碰到地面而被顶住时．称为“顶起失效”；当车辆前端或尾部触及地面而不能通过时，则分别称为“触头失效”和“托尾失效”。显然，后两种情况属同一类失效。汽车通过性几何参数:6/3由于汽车与地面间的间隙不足而被地7/3

与间隙失效有关的汽车整车几何尺寸称为汽车通过性的几何参数。这些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，转弯通道圆等，见下图：7/3与间隙失效有关的汽车整车几何8/3

最小离地间隙hmin：

汽车满载、静止时，支承平面与汽车上的中间区域(0．8b范围内)最低点之间的距离。它反映了汽车无碰撞地通过地面凸起的能力。8/3最小离地间隙hmin：9/3纵向通过角β：汽车满载、静止时，分别通过前、后车轮外缘作垂直于汽车纵向对称平面的切平面，当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。β越大，顶起失效的可能性越小，汽车的通过性越好。9/3纵向通过角β：10/3接近角γ1：汽车满载、静止时．前端突出点向前轮所引切线与地面间的夹角。γ1越大，越不易发生触头失效。离去角γ2：汽车满载、静止时，后端突出点向后轮所引切线与地面间的夹角。γ2越大，越不易发生托尾失效。10/3接近角γ1：11/3最小转弯直径dmin：

当转向盘转到极限位置、汽车以最低稳定车速转向行驶时，外侧转向轮中心平面在支承平面上滚过的轨迹圆直径。它在很大程度上表征了汽车能够通过狭窄弯曲地带或绕过不可越过的障碍物的能力。

dmin越小，汽车的机动性越好。11/3最小转弯直径dmin：12/3转弯通道圆：当转向盘转到极限位置、汽车以最低稳定车速转向行驶时．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。转弯通道内、外圆半径的差值为汽车极限转弯时所占空间的宽度，此值决定了汽车转弯时所需的最小空间。它越小，汽车的机动性越好。12/3转弯通道圆：13/3汽车在行驶个常常要克服台阶、壕沟等障碍。由于此时车速很低，故可用解静力学平衡方程来求得汽车越障能力与其参数间的关系。在此，我们不讲述推导过程，只给出结论及分析。三、汽车越过台阶、壕沟的能力：13/3三、汽车越过台阶、壕沟的能力：14/34*2后驱动汽车前轮越过台阶的能力：通过解析求解，可得前轮单位车轮直径可克服的台阶高度为：它表示汽车前轮越过台阶的能力；由上式可知，L/D愈小及a/L愈大，就愈大，汽车的前轮也就愈容易越过较高的台阶。14/34*2后驱动汽车前轮越过台阶的能力：15/3后轮越过台阶的能力：通过解析求解，可得后轮单位车轮直径可克服的台阶高度为：它表示汽车后轮越过台阶的能力。结论：由上式可见，后轮越过台阶的能力与汽车参数无关，且比较上述两个式子可知，后轮是限制汽车越过台阶的主要因素。15/3后轮越过台阶的能力：16/3同理可得4×4汽车在硬地面上越过台阶时的受力情况:经分析计算后可知，前轮越障能力是随L/D的增加而降低的；增加a/L的比值时，可以使4×4汽车前轮越过台阶的能力显著提高，甚至可使车轮越过高度大于其半径的台阶。对后轮来说，a/L比值的影响正好与4×4汽车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要比前轮大。增大L/D/比值时，无论汽车的总质量如何在轴间分配，后轮的越障能力总会得到改善。总的说来、4×2汽车的越障能力要比4×4汽车差得多，后轮驱动的4×2汽车的越障能力比4×4汽车约降低一半。16/3同理可得4×4汽车在硬地面上越过台阶时的受力情况:17/3汽车越过壕沟的情形如图7—5所示，可以看出，它与过台阶时情况相似，因此汽车跨越壕沟的性能也和越过台阶的情况一样，可以用壕沟宽度与车轮直径D之比来评价：17/3汽车越过壕沟的情形如图7—5所示，可以看出，它与过台18/3因此，只要求出汽车越过垂直障碍的能力，即可由上式确定越过壕沟的宽度与车轮直径的比值，从而求得能跨越的壕沟宽度。18/3因此，只要求出汽车越过垂直障碍的能力，即可由上式确定§7.2影响汽车通过性的因素一、汽车结构为了保证汽车的通过性，除了要减小行驶阻力外，还必须提高汽车的驱动力和附着力，可采用副变速器或分动器、液力传动、高摩擦式差速器和驱动防滑系统等来实现。§7.2影响汽车通过性的因素一、汽车结构1．副变速器和分动器如第一章所述，降低行驶车速，可以提高附着系数。用低速去克服困难地段，可以改善通过性。在高通过性汽车的传动系中增设副变速器或使分动器具有低档，以增加传动系的总传动比，使汽车能在极低的速度下稳定行驶，以获得足够大的驱动力。1．副变速器和分动器2．液力传动当汽车装有液力耦合器或液力变矩器时，可以长时间稳定地以低速（0.5-1km/h）行驶，能保证汽车起步时驱动轮转矩逐渐地增长，防止土壤破坏和车轮滑转，从而改善了汽车的通过性。装有普通机械传动系的汽车，在松软地面行驶时常因换档而失去通过性，这是因为换档时需分离离合器，使功率传递中断，而在坏路上行驶速度一般较低，汽车惯性不足以克服较大的行驶阻力，导致停车：采用液力传动则能避免这种现象。2．液力传动3．差速器为了保证汽车各驱动轮能以不同角速度旋转，在传动系中常装有差速器，但采用普通锥齿轮差速器时，由于差速器的内摩擦力矩很小，可以忽略不计，故差速器左右半袖的转矩近似相等。当一侧驱动轮与路面的附着较差(例如陷入泥泞或在冰面上)产生滑转时，另一侧驱动轮只能产生与滑转车轮近似相等的驱动力，使总的驱动力受限于较小的附着力，致使汽车因驱动力过小而失去通过性。3．差速器越野汽车常采用高摩擦式差速器(或称防滑式差速器)由于差速器的内摩擦力矩较大，转矩并非平均分配到各驱动轮上。当一侧驱动轮由于附着不足而开始滑转时，则传给它的转矩受附着力矩限制，而另一侧驱动轮转矩增加，使总的驱动力增加，从而提高了汽车的通过性。越野汽车常采用高摩擦式差速器(或称防滑式差速器)某些越野汽车装有差速锁．必要时将差速器锁住，可充分利用两侧驱动轮与地面间的附着力，使总的驱动力增加，提高通过性。但汽车在良好路面上行驶时．不应该使用差速锁。这是因为出于差速器失去作用使转向困难和引起功率循环，导致半轴过载、轮胎磨损加剧及汽车的燃料经济性显著变坏。某些越野汽车装有差速锁．必要时将差速器锁住，可充分利用两侧驱

4．驱动防滑系统（ASR）汽车在泥泞路段或冰雪路面行驶时，因路面的附着系数较小，常出现驱动轮滑转(或空转)的现象。另外，汽车在起步、加速过程今以及汽车在非对称路面(不同附着系数的路面)上行驶或转弯时也容易产生驱动轮滑转的现象。当驱动轮滑转时，产生的驱动力很小，且抵抗侧向力的能力下降，当遇有侧向风或横向斜坡时，极易使汽车发生侧滑。4．驱动防滑系统（ASR）目前，随着汽车电子技术的发展，汽车驱动防滑系统ASR在现代汽车上得到应用。汽车驱动防滑系统ASR是制动防抱系统ABS的延伸，ABS防止制动过程中的车轮抱死，保持汽车制动过程中的方向稳定性和操纵性。ASR则防止行驶过程中的车轮打滑(空转)，保持汽车行驶过程中的方向稳定性和操纵性。因此，ASR是保证驱动一附着条件，维持最佳驱动力，保障汽车的驱动稳定性的装置。在现代汽车的ABS系统中，电子装置设有与ASR的电子控制装置交换信号的接口电路，为ASR系统的应用提供了便利条件，ASR系统也可独立装车使用，不受ABS系统的限制。目前，随着汽车电子技术的发展，汽车驱动防滑系统ASR在现代汽二、车轮轮胎的气压、花纹和尺寸等结构参数对汽车在松软地面上的通过性有很大的影响。二、车轮1．轮胎气压在松软地面上行驶时，降低轮胎气压，可以增加轮胎与地面的接触面积，降低地面上单位面积压力，使轮辙深度减小，滚动阻力减少；另外，降低轮胎气压，增加接地面积，胎面凸起部分嵌入士壤的数目也增多，因而附着系数增加。但在坚硬的路面上行驶时，降低轮胎气压，轮胎变形过大，导致滚动阻力显著增加，并缩短轮胎寿命。现代越野汽车常装有中央充气系统，驾驶员在驾驶室内可随时根据路面情况调轮胎气压，其变化范围49—440kPa。1．轮胎气压2．轮胎花纹轮胎花纹可分成三类：通用花纹、混合花纹及越野花纹。通用花纹有纵向肋，花纹细而浅，适用于较好路面，有较好的附着性和较小的滚动阻力。轿车、货车均可选用此种轮胎。越野花纹宽而深，当在松软地面上行驶时，嵌人土壤的花纹增加了土壤的剪切面积，从而提高了附着系数。在潮湿的硬路面上行驶时，由于只有花纹的凸起部分与地面授触，使轮胎对地面有较高的压强，足以挤出水层，以保持足够的附着系数。越野汽车均选用越野花纹轮胎。混合花纹介于通用花纹与越野花纹之间，适用于城市乡村之间路面上行驶的汽车使用。2．轮胎花纹通用花纹轮胎自动脱泥性很差，当轮胎打滑时，泥土陷入槽中不能脱出，使轮胎胎面变成光滑的表面．使附着系数降低，通过性变坏。越野花纹脱泥性较好，混合花纹轮胎的脱泥性介于通用花纹与越野花纹轮胎之间。对于高通过性汽车采用拱形、椭圆形等特殊结构的轮胎，能从根本上改善轮胎与土壤的接触情况，提高汽车的通过性。通用花纹轮胎自动脱泥性很差，当轮胎打滑时，泥土陷入槽中不能脱3．防滑链在表面为泥泞或冰冻而下层坚硬的道路上，提高通过性的最简单方法是在驱动轮上装防滑链，使链条直接与地面坚实部分接触，提高了附着力。4．前、后轮距当汽车在松软地面上行驶时，各车轮都需克服形成轮撤之阻力。如果前后轮距相等，并且轮胎宽度相同，则前后轮辙重合，后轮就可沿已被前轮压实的轮撤行驶，可使总的滚动阻力减小，提高了汽车的通过性。3．防滑链5．前后轮的接地压强试验表明，当前后轮距相等的汽车在松软地面上行驶时，如果前轮的接地比压比后轮小20％一30％，则汽车的滚动阻力最小。为此，设计时将载荷按此要求分配于前、后轮，或者使前、后轮具有不同的轮胎气压。5．前后轮的接地压强三、驾驶技术驾驶技术对通过性有很大影响。通过沙地、泥泞地、雪地等松软地面时，应用低速档．保持平稳车速，避免换档、加速；用低速档以保证有较大的驱动力和较低的行驶速度，使附着力提高。换档、加速容易产生冲击载荷，使土壤的表面破坏。如果因双胎间夹泥而滑转．可适当提高车速，以甩掉夹泥。当传动系装有差速锁时．汽车进入可能滑转区前，应将差速器锁住。当汽车驶离坏路后，应脱开差速锁。三、驾驶技术34/37.1汽车通过性评价指标及几何参数7.2影响汽车通过性的因素1/37.1汽车通过性评价指标及几何参数35/3汽车通过性：汽车以足够高的平均车速通过各种坏路和无路地带(如松软地面、坎坷不平地段)和各种障碍（陡坡、侧坡、壕沟、台阶、灌木丛、水障）的能力。根据地面对汽车通过性影响的原因，它又分为支承通过性和几何通过性；汽车的通过性主要取决于地面的物理性质及汽车的结构参数和几何参数;也与汽车的其它使用性能(如动力性、平顺性、机动性、稳定性、视野性)有关。2/3汽车通过性：汽车以足够高的平均车速通过各种坏路和无路地36/31、牵引系数TC：单位车重的挂钩牵引力(净牵引力)。它表明汽车在松软地面上加速、爬坡及牵引其他车辆的能力。式中，Fd为汽车的挂钩牵引力，即车辆的土壤推力与土壤阻力之差，（见书上P261）

G为汽车重力。§7.1汽车通过性评价指标及几何参数汽车支承通过性评价指标3/31、牵引系数TC：§7.1汽车通过性评价指标汽车支承37/32、牵引效率(驱动效率)TE：

驱动轮输出功率与输入功率之比。它反映了车轮功率传递过程中的能量损失，这部分损失是由于轮胎橡胶与帘布层间摩擦生热及轮胎下上壤的压实和流动而造成的。式中，ua为汽车行驶速度；

Tw为驱动轮输入转矩；

ω为驱动轮角速度；

r为驱动轮动力半径；

sr为滑转率（P260）。4/32、牵引效率(驱动效率)TE：38/33、燃油利用指数Ef：

单位燃油消耗所输出的功。

式中，Qt为单位时间内的燃油消耗量。5/33、燃油利用指数Ef：39/3

由于汽车与地面间的间隙不足而被地面托住、无法通过的情况，称为间隙失效。当车辆中间底部的零件碰到地面而被顶住时．称为“顶起失效”；当车辆前端或尾部触及地面而不能通过时，则分别称为“触头失效”和“托尾失效”。显然，后两种情况属同一类失效。汽车通过性几何参数:6/3由于汽车与地面间的间隙不足而被地40/3

与间隙失效有关的汽车整车几何尺寸称为汽车通过性的几何参数。这些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，转弯通道圆等，见下图：7/3与间隙失效有关的汽车整车几何41/3

最小离地间隙hmin：

汽车满载、静止时，支承平面与汽车上的中间区域(0．8b范围内)最低点之间的距离。它反映了汽车无碰撞地通过地面凸起的能力。8/3最小离地间隙hmin：42/3纵向通过角β：汽车满载、静止时，分别通过前、后车轮外缘作垂直于汽车纵向对称平面的切平面，当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。β越大，顶起失效的可能性越小，汽车的通过性越好。9/3纵向通过角β：43/3接近角γ1：汽车满载、静止时．前端突出点向前轮所引切线与地面间的夹角。γ1越大，越不易发生触头失效。离去角γ2：汽车满载、静止时，后端突出点向后轮所引切线与地面间的夹角。γ2越大，越不易发生托尾失效。10/3接近角γ1：44/3最小转弯直径dmin：

当转向盘转到极限位置、汽车以最低稳定车速转向行驶时，外侧转向轮中心平面在支承平面上滚过的轨迹圆直径。它在很大程度上表征了汽车能够通过狭窄弯曲地带或绕过不可越过的障碍物的能力。

dmin越小，汽车的机动性越好。11/3最小转弯直径dmin：45/3转弯通道圆：当转向盘转到极限位置、汽车以最低稳定车速转向行驶时．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。转弯通道内、外圆半径的差值为汽车极限转弯时所占空间的宽度，此值决定了汽车转弯时所需的最小空间。它越小，汽车的机动性越好。12/3转弯通道圆：46/3汽车在行驶个常常要克服台阶、壕沟等障碍。由于此时车速很低，故可用解静力学平衡方程来求得汽车越障能力与其参数间的关系。在此，我们不讲述推导过程，只给出结论及分析。三、汽车越过台阶、壕沟的能力：13/3三、汽车越过台阶、壕沟的能力：47/34*2后驱动汽车前轮越过台阶的能力：通过解析求解，可得前轮单位车轮直径可克服的台阶高度为：它表示汽车前轮越过台阶的能力；由上式可知，L/D愈小及a/L愈大，就愈大，汽车的前轮也就愈容易越过较高的台阶。14/34*2后驱动汽车前轮越过台阶的能力：48/3后轮越过台阶的能力：通过解析求解，可得后轮单位车轮直径可克服的台阶高度为：它表示汽车后轮越过台阶的能力。结论：由上式可见，后轮越过台阶的能力与汽车参数无关，且比较上述两个式子可知，后轮是限制汽车越过台阶的主要因素。15/3后轮越过台阶的能力：49/3同理可得4×4汽车在硬地面上越过台阶时的受力情况:经分析计算后可知，前轮越障能力是随L/D的增加而降低的；增加a/L的比值时，可以使4×4汽车前轮越过台阶的能力显著提高，甚至可使车轮越过高度大于其半径的台阶。对后轮来说，a/L比值的影响正好与4×4汽车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要比前轮大。增大L/D/比值时，无论汽车的总质量如何在轴间分配，后轮的越障能力总会得到改善。总的说来、4×2汽车的越障能力要比4×4汽车差得多，后轮驱动的4×2汽车的越障能力比4×4汽车约降低一半。16/3同理可得4×4汽车在硬地面上越过台阶时的受力情况:50/3汽车越过壕沟的情形如图7—5所示，可以看出，它与过台阶时情况相似，因此汽车跨越壕沟的性能也和越过台阶的情况一样，可以用壕沟宽度与车轮直径D之比来评价：17/3汽车越过壕沟的情形如图7—5所示，可以看出，它与过台51/3因此，只要求出汽车越过垂直障碍的能力，即可由上式确定越过壕沟的宽度与车轮直径的比值，从而求得能跨越的壕沟宽度。18/3因此，只要求出汽车越过垂直障碍的能力，即可由上式确定§7.2影响汽车通过性的因素一、汽车结构为了保证汽车的通过性，除了要减小行驶阻力外，还必须提高汽车的驱动力和附着力，可采用副变速器或分动器、液力传动、高摩擦式差速器和驱动防滑系统等来实现。§7.2影响汽车通过性的因素一、汽车结构1．副变速器和分动器如第一章所述，降低行驶车速，可以提高附着系数。用低速去克服困难地段，可以改善通过性。在高通过性汽车的传动系中增设副变速器或使分动器具有低档，以增加传动系的总传动比，使汽车能在极低的速度下稳定行驶，以获得足够大的驱动力。1．副变速器和分动器2．液力传动当汽车装有液力耦合器或液力变矩器时，可以长时间稳定地以低速（0.5-1km/h）行驶，能保证汽车起步时驱动轮转矩逐渐地增长，防止土壤破坏和车轮滑转，从而改善了汽车的通过性。装有普通机械传动系的汽车，在松软地面行驶时常因换档而失去通过性，这是因为换档时需分离离合器，使功率传递中断，而在坏路上行驶速度一般较低，汽车惯性不足以克服较大的行驶阻力，导致停车：采用液力传动则能避免这种现象。2．液力传动3．差速器为了保证汽车各驱动轮能以不同角速度旋转，在传动系中常装有差速器，但采用普通锥齿轮差速器时，由于差速器的内摩擦力矩很小，可以忽略不计，故差速器左右半袖的转矩近似相等。当一侧驱动轮与路面的附着较差(例如陷入泥泞或在冰面上)产生滑转时，另一侧驱动轮只能产生与滑转车轮近似相等的驱动力，使总的驱动力受限于较小的附着力，致使汽车因驱动力过小而失去通过性。3．差速器越野汽车常采用高摩擦式差速器(或称防滑式差速器)由于差速器的内摩擦力矩较大，转矩并非平均分配到各驱动轮上。当一侧驱动轮由于附着不足而开始滑转时，则传给它的转矩受附着力矩限制，而另一侧驱动轮转矩增加，使总的驱动力增加，从而提高了汽车的通过性。越野汽车常采用高摩擦式差速器(或称防滑式差速器)某些越野汽车装有差速锁．必要时将差速器锁住，可充分利用两侧驱动轮与地面间的附着力，使总的驱动力增加，提高通过性。但汽车在良好路面上行驶时．不应该使用差速锁。这是因为出于差速器失去作用使转向困难和引起功率循环，导致半轴过载、轮胎磨损加剧及汽车的燃料经济性显著变坏。某些越野汽车装有差速锁．必要时将差速器锁住，可充分利用两侧驱

4．驱动防滑系统（ASR）汽车在泥泞路段或冰雪路面行驶时，因路面的附着系数较小，常出现驱动轮滑转(或空转)的现象。另外，汽车在起步、加速过程今以及汽车在非对称路面(不同附着系数的路面)上行驶或转弯时也容易产生驱动轮滑转的现象。当驱动轮滑转时，产生的驱动力很小，且抵抗侧向力的能力下降，当遇有侧向风或横向斜坡时，极易使汽车发生侧滑。4．驱动防滑系统（ASR）目前，随着汽车电子技术的发展，汽车驱动防滑系统ASR在现代汽车上得到应用。汽车驱动防滑系统ASR是制动防抱系统ABS的延伸，ABS防止制动过程中的车轮抱死，保持汽车制动过程中的方向稳定性和操纵性。ASR则防止行驶过程中的车轮打滑(空转)，保持汽车行驶过程中的方向稳定性和操纵性。因此，ASR是保证驱动一附着条件，维持最佳驱动力，保障汽车的驱动稳定性的装置。在现代汽车的ABS系统中，电子装置设有与ASR的电子控制装置交换信号的接口电路，为ASR系统的应用提供了便利条件，ASR系统也可独立装车使用，不受ABS系统的限制。目前，随着汽车电子技术的发展，汽车驱动防滑系统ASR在现代汽二、车轮轮胎的气压、花纹和尺寸等结构参数对汽车在松软地面上的通过性有很大的影响。二、车轮1．轮胎气压在松软地面上行驶时，降低轮胎气压，可以增加轮胎与地面的接触面