汽车行驶的附着条件与汽车的附着率

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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率 本节内容结束 下一节
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G g
hg L
du dt
令i 0
du 0 dt
C2

Ff1 Fw FZs2 FZw 2
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
➢随着车速的增加，后轮的法向反作用力下降，而切向反作用力则
按车速的平方关系增大。因此，附着率 C2 随车速的提高而急剧增大，
附着条件不易满足。
思考：高速轿车该如何解决附着率过大的问题？
第一章 汽车动力性
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
➢本节将介绍附着力、附着条件、附着率等基本概 念，分析汽车在纵向坡道上加速上坡时的受力 ，确 定汽车在不同行驶条件下的附着率。
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
一、汽车行驶的附着条件
1.附着力 F
地面对轮胎切向反作 用力的极限值（最大值） 即为附着力。
➢通常前、后驱动轮的附着率不相等，汽车的等效坡度受附着率较大 驱动轮的限制。
若C1 C 2
q b L
1 hg L
若C1 C 2
aL q
hg L
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
如果前、后轮驱动力可以通过自动调节同时达到附着力极限
G cos G sin G du
三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力
➢切向反作用力最大值出现在汽车加速爬坡的工况， 以下将在此工况下进行分析。
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率 ➢将整车分解为车身、驱动轮（前轮）、从动轮（后轮）三部分，分别分析其受力。
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
Fp2

m2
du dt
踏板起步较好。
什 么
？
汽车在什么工况下工作，
起步急加速。
附着条件会不易满足？
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
➢起步过程中，驱动轮的严重滑转会加剧轮胎的磨损。
解决方案
➢装用TCS（ASR）驱动力控制系统，通过对驱 动轮作用制动力矩控制起步过程的FX2。
FX 2 Tt Tr2 Tf 2 / r FZ 2
（2）动态分量
FZd1


G g

hg L

g G
Iw Lr

g G
If igi0 Lr

du dt
FZd2

G g

hg L

g G
Iw Lr

g G
If igi0 Lr

du dt
思考：汽车加速前进 时，前后轮的垂直载荷 发生什么变化？
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
同理可得，当汽车由前轮驱动时
C1

b
q hg
q
LL
q b L 1 hg
L
思考：如果a=b， 哪种驱动方式的 等效坡度更大？
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
3）四轮驱动汽车
令后轴的转矩分配系数为
Tt2
Tt1 Tt2
驱动方式或
车型
Ψ
前轮驱动
0
后轮驱动
1
Audi
0.5
C2

a
q hg
q
LL
➢ C2为加速上坡行驶时要求的地面附
着系数。当在一定附着系数的路面上行驶 时，汽车能通过的最大等效坡度为q。
aL q
1 hg
L
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
2）前轮驱动汽车
当汽车由后轮驱动时
C2

a
q hg
q
LL
q a L 1 hg
L
du dt
du dt

FZw1

G
rf L

FZw 2

G
rf L

cos


cos

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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
（1）静态轴荷的法向反作用力
FZs1

G
b L
cos

hg L
sin

FZs2

G
a L
cos

hg L
sin

➢主要与质心位置 及坡度角有关。
四轮驱动
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
思考：什么车型适合用四轮驱动？
高级轿车 自重大，Ff大；车速高，车体大，FW大；
发动机排量大，Ft大。
超级跑车 车速高，FW大；发动机排量大， Ft大。
越野车 道路条件差，附着系数小。
重型货车 自重大，Ff大，道路条件差，附着系数小。
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
)
du dt
代入得
FX 1

Ff
2

Fw

G
sin


m
du dt
Ff 2 Fw Fi Fj
注意 Fj与Fj的区别
当汽车由前轮驱动时
同理可得： 当汽车由后轮驱动时
FX1 Ff 2 Fw Fi Fj
FX 2 Ff1 Fw Fi Fj
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
思考：加速时，前驱车还是后驱车容易满足附着条件？
加速时 FZd1 FZd2
后驱车容易满足 附着条件
跑车大多采用后轮驱动
➢保时捷911 双座跑车采用 后置式发动机 后轮驱动。
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
➢绝大多数双座跑车采用中置发动机后轮驱动。 思考：要想使发动机转矩得到充分发挥，又满足附 着条件，最理想的驱动方式是什么？

Ff 2

Gw 2
sin


m2
du dt
代入得
Fp1

Ff
2

Fw

(WB

Gw2 ) sin


(mB

m2
)
du dt
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
FX 1

Fp1

Gw1
sin


m1
du dt
将
Fp1
Ff 2
Fw
(WB
Gw2 ) sin
(mB

m2
g dt
即 q
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
思考：如果路面附着系数 0.7 ，两种轿车1挡的动
力性可否得到充分发挥？
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
2. 高速行驶时的附着率
C2

FX 2 FZ 2

Ff1 Fw Fi Fj
FZs 2
FZw2
四、附着率
汽车直线行驶状况下，充分发挥驱动力作用时要求的 最低附着系数。
1. 加速、上坡行驶时的附着率
1）后轮驱动汽车
C2

FX 2 FZ 2

Ff1 Fw Fi Fj
FZs2
FZw2
G g
hg L
du dt
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
忽略空气阻力和滚动阻力
Gw2
sin


FX 2
FX 2r Tf 2 Tjw2
FX 2

Tf 2 r
Tjw2 r
Tjw2很小，忽略不计
FX 2 Ff 2
Fp2

Ff 2
Gw2
sin


m2
du dt
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
Fp1

Fp2

Fw
WB
sin


mB
du dt
将
Fp2
➢前轮驱动时， 如果FX1小、FZ1大、C1 小，附着条件
容易得到满足。
➢路面条件好，车速低，Ff 小；行驶车速低， Fw 小；路面平坦，Fi 小；不急加速，Fj 小。
FX1小
什么路面条件下，附着条
湿滑路面、冰雪
件不易满足？
路面、沙地等。
解
当路面有积雪时，起步用
用高挡轻踩加速
释 为
高挡好还是用低挡好？
进而减少燃油喷射量
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
思考
max 0.8 ，越野车如何爬上100％的坡道？
越野汽车爬坡时
Fi G sin FXmax F G cos 只有F Fi才有可能爬上坡道
G cos G sin i 100%即 45o
BMW325i
0.63
M.B.4Matic
0.65
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
FX 1

(1
)G(sin


1 g
du ) dt
C1

(1 )q
b hg q
LL
FX 2
G(sin


1 g
du ) dt
C 2

a
q
hg
q
LL
➢等效坡度一定时，如果前轮附着率较大，前驱动轮的驱动力将先达 到地面附着力而滑转，后驱动轮驱动力也保持在前轮刚开始滑转时的数 值不再增加。
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
FZ1

G
b L
cos

hg L
sin




G g
hg L

FZ 2

G
a L
cos

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hg L
sin




G g
hg L

Iw Lr
Iw Lr

If igi0 Lr If igi0 Lr

思考
驱动轮上的切向反力主要与哪些因素有关？其 大小可否通过驾驶员合理控制？
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
3.附着率
由附着条件可得
FX 2
FZ 2
令
C 2

FX 2 FZ 2
C 2—后轮驱动汽车驱动
轮的附着率；
后轮驱动汽车的附着条件
也可以表达为 C2
前轮驱动时，附着条件是
（4）滚动阻力偶矩产生的部分
rf FZf1 G L cos
FZf2
G
rf L
cos
此项较小，可以忽略不计
忽略旋转质量惯性阻力偶矩和滚动阻力偶矩之后
FZ1

FZs1

FZw1

G g
hg L
du dt

FZ 2

FZs 2
FZw2
G g
hg L
du

dt
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
➢胎面的四道沟槽减小了车轮和地面间的有效接地面积， 使车轮的附着力下降，汽车的车速得以控制。
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
2.附着条件
后轮驱动时，附着条件是 FX 2 FZ 2
Tt
Tf 2 r
FX 2

FZ 2
附着条件：地面作用在驱动轮上的切向反力小于驱动
轮的附着力。
将
FZs2

G
a L
cos

hg L
sin

代入
C2

FZs2
Fi Fj G hg
gL
du dt
i 1 1 du

cos g dt
a hg LL

i

1
cos
1 g
du dt

令
q

i

1 cos


1 g

du dt
q—包含加速阻力在内的等效坡度。
常见路面的平均附着系数
路面条件 干沥青路面 湿沥青路面
附着系数 0.7～0.8 0.5～0.6
FX max F FZ
FZ—地面作用在车轮上
干燥的碎石路 干土路 湿土路
0.6～0.7 0.5～0.6 0.2～0.4
的法向反力；
滚压后的雪路
0.2～0.3
—附着系数，与路面
和轮胎都有关。
思考：为什么汽车在湿土路上容 易出现打滑现象？
1
即只有附着系数大于1时，才有可能爬上100%的坡道。
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
➢此时必须依靠越野轮胎花纹的抓地性，并与良好 的路面相配合，才能提高附着系数。
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
二、汽车的附着力与地面法向反作用力
➢汽车在加速上坡时，附着条件不易满足。 ➢以下将在此工况下，分析路面作用在车轮上的法向 力FZ和切向力FX。
FX1 FZ1
令
C1

FX 1 FZ1
C1—前轮驱动汽车驱动
轮的附着率；
前轮驱动汽车的附着条件
也可以表达为 C1
附着率越小或路面附着系数越大 ，附着条件越容易满足。
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
路面附着系数低时车轮会出现滑转（视频）
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
（3）空气升力
FZw1

1 2
CLf
Aur2
FZw 2

1 2
CLr Aur2
CLf－前空气升力系数；CLr－后空气升力系数。
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
思考
胎面与 的关系？
➢光面胎和带花纹的轮胎在 干燥硬路面上的附着系数有何 不同？
➢轮胎花纹起什么作用？
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
F1方程式赛车在不同天气条件下 使用的不同胎面花纹的轮胎
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率