材料力学第七章

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三、汽车越过台阶、壕沟的能力：
– 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。
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4*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：
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• 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：
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• 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。
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7.1 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
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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。
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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：
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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。
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 (1 s r ) TE TW TW
•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）
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它表示汽车前轮越过台阶 的能力； – 由上式可知，L/D愈小及 h ( w )1就愈大，汽 a/L愈大， D 车的前轮也就愈容易越过 较高的台阶。
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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。
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•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。
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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。
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u t -u a us sr ut r
ua 1 sr r
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3、燃油利用指数Ef： 单位燃油消耗所输出的功。
Fd u a Ef Qt
式中，Qt为单位时间内的燃油消耗量。
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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。
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• 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。
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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。
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1、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。
Fd TC G
– 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。
Fd FX Fr
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•2、牵引效率(驱动效率)TE：
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• 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。