第七章 汽车的通过性分析
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汽车理论第七章汽车的通过性
第一节 汽车通过性评价指标及几何参数
支承通过性评价指标
1、 牵引系数TC：单位车重的挂钩牵引力
式中：
TC=Fd/G
Fd —汽车挂钩牵引力；G —车重
2、牵引效率TE：驱动轮输出与输入功率之比。
式中：
TE= Fd u/Tw
u—车速；Tw —驱动轮输入转矩； —驱动轮角速度。
3、燃油利用指数Ef 单位燃油消耗所输出（牵引）的功。
1、前、后轮距 等轮距、单胎布置、增多驱动轴数有利于提高通过性。
2、轴荷分配 使前轮单位压力比后轮小20%-30%，可减少松软路上的
阻力。 3、最低稳定车速
车速低，土壤抗剪切能力较强，可提高附着系数。因此 应用低速通过困难地段。可用增大传动比降低最低稳定车轮按各自附着力分配驱动力， 可按各自附着力分配驱动力矩，可大大提高汽车通 过性。
汽车通过性几何参数
最小离地间隙 h 纵向通过角 接近角 1 离去角 2 最小转弯半径 dmin 转弯通道圆
汽车通过性几何参数
影响通过性的使用因素
1、轮胎气压 在松软路面上行驶，降低胎压可使轮胎接地面
积增加，减少滚动阻力，提高附着系数。
2、轮胎花纹 轮胎花纹宽而深可提高松软路面的附着系数，
但滑行噪声增大。
5、涉水能力
解决汽车电器的水密封问题。
第二节 汽车道路试验
1. 加速性能试验 2. 最高车速试验 3. 滑行试验 4. 制动性试验 5. 燃料消耗量试验
3、拱形轮胎 超低压拱形轮胎在专用越野车上得到广泛应用，其断面
宽度比普通轮胎大2-3倍。 拱形轮胎车辆在沙漠、雪地、沼 泽等具有良好的通过性，但在硬路面上行驶会过早磨损。
4、驾驶方法 通过沙漠、雪地、泥沼地时应用低档，尽量保持直线行
支承通过性评价指标
1、 牵引系数TC：单位车重的挂钩牵引力
式中：
TC=Fd/G
Fd —汽车挂钩牵引力；G —车重
2、牵引效率TE：驱动轮输出与输入功率之比。
式中：
TE= Fd u/Tw
u—车速；Tw —驱动轮输入转矩； —驱动轮角速度。
3、燃油利用指数Ef 单位燃油消耗所输出（牵引）的功。
1、前、后轮距 等轮距、单胎布置、增多驱动轴数有利于提高通过性。
2、轴荷分配 使前轮单位压力比后轮小20%-30%，可减少松软路上的
阻力。 3、最低稳定车速
车速低，土壤抗剪切能力较强，可提高附着系数。因此 应用低速通过困难地段。可用增大传动比降低最低稳定车轮按各自附着力分配驱动力， 可按各自附着力分配驱动力矩，可大大提高汽车通 过性。
汽车通过性几何参数
最小离地间隙 h 纵向通过角 接近角 1 离去角 2 最小转弯半径 dmin 转弯通道圆
汽车通过性几何参数
影响通过性的使用因素
1、轮胎气压 在松软路面上行驶，降低胎压可使轮胎接地面
积增加，减少滚动阻力，提高附着系数。
2、轮胎花纹 轮胎花纹宽而深可提高松软路面的附着系数，
但滑行噪声增大。
5、涉水能力
解决汽车电器的水密封问题。
第二节 汽车道路试验
1. 加速性能试验 2. 最高车速试验 3. 滑行试验 4. 制动性试验 5. 燃料消耗量试验
3、拱形轮胎 超低压拱形轮胎在专用越野车上得到广泛应用，其断面
宽度比普通轮胎大2-3倍。 拱形轮胎车辆在沙漠、雪地、沼 泽等具有良好的通过性，但在硬路面上行驶会过早磨损。
4、驾驶方法 通过沙漠、雪地、泥沼地时应用低档，尽量保持直线行
汽车的通过性
r sin d pdz
Frc b
z0 0
r cos d pdx
n 1 z0 kc n kc ck k z d z b n 1
W b
r sin 0
0
pdx b
r sin 0
0
kc n k z dx b
对于“塑性”土壤
d dj
j 0
max
K
exp j / K
j 0
max
K
22
第二节 松软地面的物理性质
二、土壤法向负荷与沉陷的关系
如果将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，静止沉陷量 z 和单位压力 p 之 间的关系如下。
kc n n p kz k z b k kc k b
三、影响汽车通过性的因素
汽车的通过性与汽车的结构特点、路面质量和行 驶状况有关。
1.传动系的结构
为了保证汽车的通过，除了要减少行驶阻力外， 还必须提高汽车的驱动力和附着力。
①采用副变速器可提高汽车的动力因数；
②采用液力传动能提高传动系工作的稳定性； ③采用高摩擦式差速器可提高在复杂路面上的附 着性能。
两边同除以面积A
max c tan
式中，τmax为剪切强度；σ为剪切面法向压力。
20
第二节 松软地面的物理性质
5.土壤的剪切应力与剪切变形的关系
c tan exp K
ymax
对于“脆性”土壤
2
2 2 K2 1 K1 j exp K 2 K 2 1 K1 j
式中，kc 为土壤的“粘聚”变 形模数； k 为土壤的“摩擦”变 形模数；b 为承载面积的短边长； z 为土壤沉陷量；n 为沉陷指数。
第七章 汽车的通过性
第七章汽车的通过性摘要汽车的通过性(越野性)是指汽车能以足够高的平均车速通过各种不良道路、无路地带和克服各种障碍的能力。
本章首先对学习汽车的通过性意义进行概括性论述，然后具体讨论汽车的地面通过性、汽车的几何通过性的相关参数、分析汽车越过台阶、壕沟的能力，在此基础上分析各种因素对汽车通过性的影响，最后通过一些实例计算来说明以上所述理论内容的具体应用。
引言汽车是一种常用的、高效率的交通运输工具，不同用途的汽车对通过性的要求也不同，用户应根据自己特定的用途选择具有合适通过性的汽车。
高级轿车和公共汽车主要在城市行驶，由于路面条件甚好，所以对汽车通过性的要求不突出。
农林区、矿区、建设工地等使用的车辆和军用车辆，经常行驶在坏路和无路地面上。
因此，要求这些汽车应具有良好的通过性。
汽车通过性，是指汽车在一定载质量条件下能以足够高的平均车速通过各种坏路及无路地带和克服各种障碍的能力。
坏路及无路地带，是指松软土壤、沙漠、雪地、沼泽等松软地面及坎坷不平地段；各种障碍，是指陡坡、侧坡、台阶、壕沟等。
汽车通过性可分为轮廓通过性和牵引支承通过性。
前者是表征车辆通过坎坷不平路段和障碍（如陡坡、侧坡、台阶、壕沟等）的能力；后者是指车辆能顺利通过松软土壤、沙漠、雪地、冰面、沼泽等地面的能力。
汽车在松软地面上行驶时，驱动轮对地面施加向后的水平力，使地面发生剪切变形，相应的剪切变形所构成的地面水平反作用力，被称为土壤推力。
它常比在一般硬路面下的附着力要小得多。
汽车在松软地面上行驶时也受到土壤阻力的作用。
土壤阻力，是指轮胎对土壤的压实作用、推移作用而产生的压实阻力、推土阻力，以及充气轮胎变形引起的弹滞损耗阻力。
它要比在一般硬路面上的滚动阻力大得多。
因此，它们经常不能满足汽车行驶附着条件的要求，这是松软地面限制汽车行驶的主要原因。
牵引车的挂钩牵引力等于土壤最大推力与土壤阻力之差。
它表征了土壤强度的储备能力，它可用于车辆加速、上坡、克服道路不平的阻力和牵引与挂钩连接的挂车等装备，它也反映了汽车通过无路地带的能力。
汽车性能与使用7-汽车的通过性.
7.1.2 接近角与离去角
车接近或离开障碍物(如小丘、沟洼地 等)时，不发生碰撞的能力。
7.1.3 纵向通过角
在汽车空载、静止时，在汽车侧视图上通过前、后车轮外缘 做切线交于车体下部较低部位所形成的最小锐角。它表征汽 车可无碰撞地通过小丘、拱桥等障碍物的轮廓尺寸。纵向通 过半径越小，汽车的通过性越好
7.3 影响汽车通过性的因素
1）汽车的最大单位驱动力 要求越野汽车有较大的比功率以及较大的传动比。
限制越野汽车的额定载质量能提高单位驱动力， 同时也能降低在松软地面上的滚动阻力。 2） 行驶速度 当汽车低速行驶降时，土壤剪切和车轮滑转的倾 向减少。因此，越野汽车传动系最大总传动比 一般较大。 3） 必须正确选择轮胎的花纹尺寸、结构参数、气压 等，使汽车行驶滚动阻力较小，附着能力较大。
（1） 轮胎花纹 （2） （3） 轮胎的气压 （4） 前轮距与后轮距 （5） 前轮与后轮的接地比压 （6）增加汽车驱动轮数，还可提高汽车附着质量，增
加驱动轮与松软地面的接触面积，是改善汽车通过性 的最有效方法。因此，越野汽车都采用全轮驱动。 4） 液力传动 5）高摩擦式差速器 6）独立悬架可显著地提高汽车的最小离地间隙，防止 车轮悬空，从而提高汽车的通过性。 7）拖带挂车
7.1 轮廓通过性
汽车通过性的几何参数是与防止间隙失 效有关的汽车本身的几何参数。它们主 要包括最小离地间隙、接近角、离去角、 纵向通过角，最小转弯直径和内轮差、 转弯通道圆及车轮半径等。
汽车通过性的几何参数
3
2
h
0
hm
D/2
Dr / 2 t
7.1.1 最小离地间隙C
汽车除车轮之外的最低点与路面之间的距离。它表征汽车无 碰撞地越过石块、树桩等障碍物的能力。
车接近或离开障碍物(如小丘、沟洼地 等)时，不发生碰撞的能力。
7.1.3 纵向通过角
在汽车空载、静止时，在汽车侧视图上通过前、后车轮外缘 做切线交于车体下部较低部位所形成的最小锐角。它表征汽 车可无碰撞地通过小丘、拱桥等障碍物的轮廓尺寸。纵向通 过半径越小，汽车的通过性越好
7.3 影响汽车通过性的因素
1）汽车的最大单位驱动力 要求越野汽车有较大的比功率以及较大的传动比。
限制越野汽车的额定载质量能提高单位驱动力， 同时也能降低在松软地面上的滚动阻力。 2） 行驶速度 当汽车低速行驶降时，土壤剪切和车轮滑转的倾 向减少。因此，越野汽车传动系最大总传动比 一般较大。 3） 必须正确选择轮胎的花纹尺寸、结构参数、气压 等，使汽车行驶滚动阻力较小，附着能力较大。
（1） 轮胎花纹 （2） （3） 轮胎的气压 （4） 前轮距与后轮距 （5） 前轮与后轮的接地比压 （6）增加汽车驱动轮数，还可提高汽车附着质量，增
加驱动轮与松软地面的接触面积，是改善汽车通过性 的最有效方法。因此，越野汽车都采用全轮驱动。 4） 液力传动 5）高摩擦式差速器 6）独立悬架可显著地提高汽车的最小离地间隙，防止 车轮悬空，从而提高汽车的通过性。 7）拖带挂车
7.1 轮廓通过性
汽车通过性的几何参数是与防止间隙失 效有关的汽车本身的几何参数。它们主 要包括最小离地间隙、接近角、离去角、 纵向通过角，最小转弯直径和内轮差、 转弯通道圆及车轮半径等。
汽车通过性的几何参数
3
2
h
0
hm
D/2
Dr / 2 t
7.1.1 最小离地间隙C
汽车除车轮之外的最低点与路面之间的距离。它表征汽车无 碰撞地越过石块、树桩等障碍物的能力。
汽车通过性概述
第七章
Vehicle Passability Vehicle Off-Road Performance
Vehicle Mobility over Unprepared Terrain
1/20
第七章 汽车通过性
7.1 概力
2/20
7.1 概述
➢汽车通过性：汽车在一定装载条件下以足 够高的平均速度通过各种无路地带(松软土壤、 沙漠、雪地、沼泽等松软地面)和坏路(坎坷不平地段)地 带及各种障碍(陡坡、侧坡、壕沟、台阶、灌木丛、 水障)的能力。
➢汽车通过性的影响因素：汽车的支承－牵 引参数和几何参数；这些参数也影响汽车的 其它使用性能(如动力性、平顺性、稳定性、机动性、 视野性) 。
3/20
判断正误
并说明原因
中央电视二台2001年12月24日晚播报夏 利2000、羚羊和赛欧三款家用轿车投放 市场和社会反应。其中有一解说：汽车 在水泥块路面以60km/h的速度制动，测 得制动距离12.9m？
a 10.8 m/s 2 1.1 正误?
4/20
Vehicle Passability Vehicle Off-Road Performance
Vehicle Mobility over Unprepared Terrain
1/20
第七章 汽车通过性
7.1 概力
2/20
7.1 概述
➢汽车通过性：汽车在一定装载条件下以足 够高的平均速度通过各种无路地带(松软土壤、 沙漠、雪地、沼泽等松软地面)和坏路(坎坷不平地段)地 带及各种障碍(陡坡、侧坡、壕沟、台阶、灌木丛、 水障)的能力。
➢汽车通过性的影响因素：汽车的支承－牵 引参数和几何参数；这些参数也影响汽车的 其它使用性能(如动力性、平顺性、稳定性、机动性、 视野性) 。
3/20
判断正误
并说明原因
中央电视二台2001年12月24日晚播报夏 利2000、羚羊和赛欧三款家用轿车投放 市场和社会反应。其中有一解说：汽车 在水泥块路面以60km/h的速度制动，测 得制动距离12.9m？
a 10.8 m/s 2 1.1 正误?
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第7章 汽车的通过性
第7章汽车的通过性一、判断题（只判断正确与错误，在正确的小题后括号内画“T”，在错误的小题后括号内画“F”）1、接近角和离去角表示汽车的横向通过能力。
（）2、最小离地间隙表示汽车无碰撞地越过小丘和拱桥的能力。
（）3、最小离地间隙不足，纵向和横向通过半径大，都容易引起“顶起失效”。
（）二、填空题1、根据地面对汽车通过性影响的原因，汽车的通过性分为和。
2、常采用、及燃油利用指数三项指标来评价汽车的支承通过性。
3、汽车的通过性主要取决于地面的及汽车的。
4、常见的汽车通过性几何参数有、、、和最小转弯直径。
5、间隙失效可分为顶起失效、和。
三、名词解释1、汽车的通过性2、牵引系数3、牵引效率4、燃油利用指数5、间隙失效6、顶起失效7、触头失效8、托尾失效9、最小离地间隙10、接近角11、离去角12、最小转弯直径四、问答与分析论述题1、汽车通过性的几何参数主要有哪些？并解释定义？2、从使用角度讲，影响汽车通过性的主要因素有哪些？五、计算题1、当汽车在侧向坡度角为5度，曲率半径为75m、路面附着系数为0.7的弯道上行驶时，试计算汽车不发生侧滑时的所允许的最高行驶速度。
若侧向坡度角为0度时，最高行驶速度为多少？2、 某小客车轮距为1.6m ，重心高为0.49m ，试确定该车在曲率半径为25m 的水平弯道上行驶不发生侧翻所允许的最大车速。
3、 某汽车正常装载的重心位置m L m a 4,3==，重心高度为1.1m ，该车头档最大爬坡度%30=i ，问是否存在纵向翻车的可能性？若重心前后位置不变，问重心高度为多大时存在纵翻的可能性？（不考虑位移问题）4、 某汽车的轮距m B 6.1=，重心高度为0.6m ，该车在附着系数为0.7的水平路面上行驶，是否会因高速转弯而发生侧翻？。
汽车的通过性试验-PPT课件
9
第七节 汽车的通过性试验
剪切环转动时，底面上的平均剪切位移为
j
r o r i
360
式中，θ 为剪切环的转角(°)。
2 π 3 3 T r r o i 3
由
可将 M 与θ 的关系转 换为τ 与 j 的关系。
j
r o r i
360
10
第七节 汽车的通过性试验
由Coulomb定律，最大切应力随法向应力而变化
c p tan max
式中，c为土壤内聚力，又称为土壤的内粘聚指数； 为土
壤的内摩擦角。 由于剪切环侧面存在剪切作用，上式求得的内聚力及 摩擦力为“表观”内聚力及内摩擦角，其与“真实”的内
聚力和内摩擦力之间存在如下关系
c ce / 1Q e
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第七章 汽车的通过性
第七节
汽车的通过性试验
2
第七章 汽车的通过性
一、通过性试验的主要内容
通过性试验的内 容包括： 汽车几何参数的测定 挂钩牵引性能的测定
3
第七节 汽车的通过性试验
通过性几何参数在满载情况下测定，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典型的坏路 下，尤其应在各种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
二、土壤参数的测定
数据采集及处理装置可采用磁带机、A/D板、微型计
算机等。
8
第七节 汽车的通过性试验
假定剪切环产生某一角位移时，底面及侧面上的平 均切应力分别为τ b、τ s ， 则
汽车理论---第七章 汽车通过性
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：
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。
–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。
– 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。
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。
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。
• 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。
• 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：
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。
–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。
– 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。
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。
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。
• 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。
《汽车理论》教案7-汽车通过性
1. 汽车间隙失效
2. 通过性的几何参数
3. 汽车越过台阶的能力
无
1. 汽车通过性评价指标及几何参数（45’）
（1）汽车通过性概述（10’） 1）汽车通过性的定义 2）汽车通过性的分类 支承通过性 几何通过性 （2）汽车的间隙失效与通过性几何参数（35’） 1）汽车间隙失效的概念 2）汽车间隙失效的种类 顶起失效 触头失效 拖尾失效 3）通过性几何参数 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 4）通过性几何参数与间隙失效的关系 最小离地间隙、纵向通过角越大，不易发生顶起失效
（1）2 学时 （ 90’ ） 课情况调 整，总计时 间不超过 2 学时 （90’）。 2）采用多媒 体课件教 学，在多媒 体教室讲 授。 3）板书设 计：左侧一 栏中阴影部 分为板书基 本内容
接近角越大，不易发生触头失效
离去角越大，不易发生拖尾失效
本课程采用多媒体教学，应安排在多媒体教室上课。本课程的多媒体课件 含有较多图片和视频文件，数据较大；同时本课程可同步在课程网站和网络教 学平台上发布课件、视频、案例、预习思考题、课后作业等。因此，应在该教 室配备内存较大、运转速度较快并能上网的计算机或提供笔记本接口。
2
备注
给出实际车辆参数（路面附着系数、车轮直径），让学生课堂计 算车辆的越台高度和跨沟宽度。
本章共 2 学时，1 次课，预习思考题： 第 1 次课预习思考题 汽车通过性几何参数有哪些？与间隙失效的关系如何？ 4×2 汽车越台、跨沟能力由什么车轮确定？如何确定？ 4×4 汽车越台、跨沟能力与 4×2 汽车的比较。 1、什么叫间隙失效？间隙失效有哪几种型式？各与哪些汽车几何参数有关？ 2、4×2R 汽车的越台能力和跨沟能力由哪个车轮决定?各是多大? 1. 《汽车理论》，主编：余志生，机械工业出版社，2009.3，第 5 版 2. 《汽车理论》，主编：杨万福，华南理工大学出版社，2010.8，第 1 版 3.《车辆动力学基础》，著：Thomas D. Gillespie，清华大学出版社，2006.12 4.《汽车动力学》第 4 版，著：Manfred Mitschke，清华大学出版社，2009.12 5.《汽车工程学Ⅰ汽车纵向动力学（英文版）》，著：Henning Wallentowitz，机 械工业出版社，2009.8
汽车通过性概述(教案)
第七章 汽车通过性
第一节 概述
汽车通过性是指汽车以足够高的平均速度通过各种坏路和无路(如松软土壤、沙漠、雪地、沼泽等松软地面及坎坷不平地段)地带及各种障碍（如陡坡、侧坡、壕沟、台阶、灌木丛、水障）的能力。
通过性影响因素主要有汽车的支承－牵引参数和几何参数。
这些参数也影响汽车其他使用性能，如汽车动力性、汽车平顺性、汽车操纵稳定性、汽车机动性及驾驶员视野性。
在松软地面上行驶时，汽车驱动轮对地面施加向后的水平力，使地面发生剪切变形，相应的剪切变形所构成的地面水平反作用力，被称为土壤推力。
它比一般硬路面上的附着力要小。
汽车在松软地面上行驶时也受到土壤阻力的作用。
土壤阻力，是指因轮胎对土壤的压实作用、推移作用而产生的压实阻力、推土阻力，以及充气轮胎变形引起的弹滞损耗阻力。
它要比硬路面上的滚动阻力大。
因此，它们经常不能满足汽车行驶附着条件的要求，这是松软地面限制汽车行驶的主要原因。
牵引车的挂钩牵引力等于土壤最大推力与土壤阻力之差。
它用于表征土壤强
度的贮备能力，也反映了汽车通过无路地带的能力。
挂钩牵引力可用于车辆加速上坡、克服道路不平的阻力和牵引挂车等装备。
农林区、矿区、工地等使用的车辆和军用车辆经常行驶在坏路和无路地面上这些汽车应具有良好的通过性。
7 汽车的通过性
差速器，有使驱动车轮之间转矩平均 分配的特性；当某一驱动车轮陷入泥泞或冰雪路 面上时，得到较小的附着力，则与之对应的另一 驱动车轮，也只能以同样小的附着力限制其驱动 力。为了避免这种情况的发生，某些越野汽车上 装有差速锁，以便必要时能锁止差速器。 但一般齿轮式差速器的内摩擦不大，为了增加差 速器的内摩擦，越野汽车常采用高摩擦式差速器， 提高了汽车通过性。
5
第一节 汽车通过性评价指标及几何参数 （2）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，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。
6
第一节 汽车通过性评价指标及几何参数
（3）接近角γ1
轮胎的气压
在松软地面上行驶的汽车，应相应降低轮胎的气 压，以增大轮胎与地面的接触面积，降低接地比 压，提高土壤推力。轮胎气压降低时，虽然土壤 的压实阻力也相应减小，但轮胎本身的迟滞损失 却逐渐增加。为了提高越野汽车通过松软地面的 能力，在硬路面上行驶时又不致引起过大的滚动 阻力和影响轮胎寿命，可装用轮胎的中央充气系 统，使驾驶员能根据道路情况，随时调节轮胎气 压。
轮胎花纹
在表面滑溜泥泞而底层坚实的道路上，提 高通过性的最简单办法，是在轮胎上套防 滑链(或使用带防滑钉的轮胎)。它相当于在 轮胎上增加了一层高而稀的花纹。这时， 防滑链能挤出表面的水层，直接与地面接 触，有的还会增加土壤剪切面积，从而提 高附着能力。
轮胎直径和宽度
增大轮胎直径和宽度，都能降低轮胎的接 地比压。用增加车轮直径的方法来减小接 地比压，增加接触面积以减少土壤阻力和 减少滑转，要比增加宽度更为有效。 但增大轮胎直径会使惯性增大，汽车质心 升高，轮胎成本增加，并要采用大传动比 的传动系统。因此，大直径轮胎的推广使 用受到了限制。
5
第一节 汽车通过性评价指标及几何参数 （2）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，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。
6
第一节 汽车通过性评价指标及几何参数
（3）接近角γ1
轮胎的气压
在松软地面上行驶的汽车，应相应降低轮胎的气 压，以增大轮胎与地面的接触面积，降低接地比 压，提高土壤推力。轮胎气压降低时，虽然土壤 的压实阻力也相应减小，但轮胎本身的迟滞损失 却逐渐增加。为了提高越野汽车通过松软地面的 能力，在硬路面上行驶时又不致引起过大的滚动 阻力和影响轮胎寿命，可装用轮胎的中央充气系 统，使驾驶员能根据道路情况，随时调节轮胎气 压。
轮胎花纹
在表面滑溜泥泞而底层坚实的道路上，提 高通过性的最简单办法，是在轮胎上套防 滑链(或使用带防滑钉的轮胎)。它相当于在 轮胎上增加了一层高而稀的花纹。这时， 防滑链能挤出表面的水层，直接与地面接 触，有的还会增加土壤剪切面积，从而提 高附着能力。
轮胎直径和宽度
增大轮胎直径和宽度，都能降低轮胎的接 地比压。用增加车轮直径的方法来减小接 地比压，增加接触面积以减少土壤阻力和 减少滑转，要比增加宽度更为有效。 但增大轮胎直径会使惯性增大，汽车质心 升高，轮胎成本增加，并要采用大传动比 的传动系统。因此，大直径轮胎的推广使 用受到了限制。
第7章汽车的通过性
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第7章汽车的通过性
第一节 汽车通过性评价指标及几何参数
•影响通过性的结构因素
•1、前、后轮距 • 等轮距、单胎布置、增多驱动轴数有利于提高通过性。 •2、轴荷分配 • 使前轮单位压力比后轮小20%-30%，可减少松软路上的 阻力。 •3、最低稳定车速 • 车速低，土壤抗剪切能力较强，可提高附着系数。因此 应用低速通过困难地段。可用增大传动比降低最低稳定车 速。
•u—车速；Tw —驱动轮输入转矩； —驱动轮角速度。
•3、燃油利用指数Ef •单位燃油消耗所输出（牵引）的功。
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第7章汽车的通过性
第一节 汽车通过性评价指标及几何参数
•汽车通过性几何参数
•最小离地间隙 h •纵向通过角 •接近角 1 •离去角 2 •最小转弯半径 dmin •转弯通道圆
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2020/11/27
第7章汽车的通过性
第7章汽车的通过性
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2020/11/27
第7章汽车的通过性
第一节 汽车通过性评价指标及几何参数
•支承通过性评价指标
•1、 牵引系数TC：单位车重的挂钩牵引力
• •式中：
TC=Fd/G
•Fd —汽车挂钩牵引力；G —车重
•2、牵引效率TE：驱动轮输出与输入功率之比。
• •式中：
TE= Fd u/Tw
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第7章汽车的通过性
第一节 汽车通过性评价指标及几何参数
•汽车通过性几何参数
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第7章汽车的通过性
第一节 汽车通过性评价指标及几何参数
•影响通过性的使用因素
•1、轮胎气压 • 在松软路面上行驶，降低胎压可使轮胎接地面 积增加，减少滚动阻力，提高附着系数。
汽车的通过性试验
第七节 汽车的通过性试验
1
第七章 汽车的通过性
一、通过性试验的主要内容
通过性试验 的内容包括：
汽车几何参数的测定
挂钩牵引性能的测定
2
第七节 汽车的通过性试验
通过性几何参数在满载情况下测定，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典型的坏路 下，尤其应在各种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。
加载装置包括压力及转矩加载装置，分别用来进行土 壤的承压及剪切特性试验。
5
第七节 汽车的通过性试验
二、土壤参数的测定
测试装置包括不同宽度的压板、压力传感器、位移传 感器、剪切环、转矩传感器、角位移传感器。
6
第七节 汽车的通过性试验
二、土壤参数的测定
数据采集及处理装置可采用磁带机、A/D板、微型计 算机等。
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、田埂及台阶等。
3
第七节 汽车的通过性试验
二、土壤参数的测定
测量土壤参数常用贝氏仪，由加载装置、测试装置和 数据采集及处理装置三部分组成。
4
第七节 汽车的通过性试验
二、土壤参数的测定
b
Qh
，
s
Q
3 ro2 ri2 ro3 ri3
；
ri、ro 为剪切环的内、外径；h为剪切齿片高；ξ为系数，当
剪切环沉陷 z<h/2 时，ξ=1，当 z>h/2 时， 2sin 245 / 2。
1
第七章 汽车的通过性
一、通过性试验的主要内容
通过性试验 的内容包括：
汽车几何参数的测定
挂钩牵引性能的测定
2
第七节 汽车的通过性试验
通过性几何参数在满载情况下测定，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典型的坏路 下，尤其应在各种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。
加载装置包括压力及转矩加载装置，分别用来进行土 壤的承压及剪切特性试验。
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第七节 汽车的通过性试验
二、土壤参数的测定
测试装置包括不同宽度的压板、压力传感器、位移传 感器、剪切环、转矩传感器、角位移传感器。
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第七节 汽车的通过性试验
二、土壤参数的测定
数据采集及处理装置可采用磁带机、A/D板、微型计 算机等。
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、田埂及台阶等。
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第七节 汽车的通过性试验
二、土壤参数的测定
测量土壤参数常用贝氏仪，由加载装置、测试装置和 数据采集及处理装置三部分组成。
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第七节 汽车的通过性试验
二、土壤参数的测定
b
Qh
，
s
Q
3 ro2 ri2 ro3 ri3
；
ri、ro 为剪切环的内、外径；h为剪切齿片高；ξ为系数，当
剪切环沉陷 z<h/2 时，ξ=1，当 z>h/2 时， 2sin 245 / 2。
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1 1 2
＞1
hw ＞ D 1
hw D 2
结论……
武汉科技大学车辆工程教研室
3、 前轮驱动4×2汽车越过台阶能力 L a G b
hw
F1
h0
D
F1
a
L
F2
b
G
D
h0
F1
hw
F1
F2
D
武汉科技大学车辆工程教研室
比较 1 1 hw 1 2 D 2 2 b 2 1 a ( D / 2 )
比较 1 1 hw 1 2 D 1 2 a/L 2 1 1 a / L ( D / 2 L )
后 驱 车
hw D 2
1 1 2
hw
h0
F2
F1
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D
F2
a G
L
b
hw
h0
F2
F1 F2
D
对水平方向列力平衡方程 对垂直方向列力平衡方程 对前轮中心列力矩平衡方程
F1 cos F2 0 F1 sin F2 G 0 D F2 L Ga F2 0 2
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第七章
汽车通过性
第一节 汽车通过性评价指标及几何参数
三、汽车通过性的影响因素 3 差速器 4 驾驶方法 在通过沙地、泥泞、雪地等松软地面时，应 该使用低速档，以保证车辆有较大的驱动力和较 低的行驶速度。在行驶中应避免换档和加速，并 保持直线行驶。
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一、汽车支承通过性评价指标 (2)牵引效率TE
输出功率
输入功率 反映了车轮功率传递过程中的能量损失，又称驱动效率。
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第七章
汽车通过性
第一节 汽车通过性评价指标及几何参数
一、汽车支承通过性评价指标 (3)燃油利用指数Ef
输出功率
单位时间 内的燃油 消耗量 表示单位燃料所输出的功，反映了车辆的燃油经济性。
结论……
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第七章
汽车通过性
第二节 汽车越过台阶、壕沟的能力
一、汽车越过台阶的能力 2、 后轮驱动4×2汽车后轮越过台阶能力 L a G b F2 h 0 D D hw
F1
F2
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L
a
G
b
D
h0 hw
F1
F2
F2
对水平方向列力平衡方程
F2 cos F2 sin 0 F2 sin F2 cos F1 G 0 D Gb F1 L F2 0 2
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第七章
汽车通过性
本章主要内容 汽车通过性的评价指标 汽车通过性几何参数 汽车通过性的影响因素 汽车越过台阶和壕沟的能力的计算方法
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第七章
汽车通过性
汽车通过性的定义
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。越野性
二、汽车通过性几何参数 汽车通过性几何参数 间隙失效有关的汽车整车几何参数，称为汽 车的通过性几何参数。
主要包括最小离地间隙、纵向通过角、接近 角、离去角、最小转弯直径，转弯通道圆等。
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汽车通过性几何参数
1
2
h
Lf
纵向通过角
Lr
1
2
触头失效
托尾失效
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最小转弯直径
汽车前轮处于最大转角状态行驶时，外侧转向 轮中心平面在地面上形成的轨迹圆直径 。
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转弯通道圆
转弯通道 外圆
最小通道宽度
转弯通道 内圆
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第七章
汽车通过性
第一节 汽车通过性评价指标及几何参数
三、汽车通过性的影响因素 1 行驶速度 2 汽车车轮 轮胎的花纹、轮胎直径和宽度 、气压等； 前轮距和后轮距； 前轮与后轮的接地比压 。试验证明，前轮距 与后轮距相等的汽车行驶于松软地面时，当前轮 对地面的单位压力比后轮的小20%～30%时，汽 车滚动阻力最小。
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第七章
汽车通过性
第一节 汽车通过性评价指标及几何参数
二、汽车通过性几何参数 间隙失效 由于汽车与越野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 。
顶起失效
间隙失效类型
触头失效
托尾失效
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第七章
汽车通过性
第一节 汽车通过性评价指标及几何参数
支承通过性
松软地面 几何通过性 各种障碍
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第七章
汽车通过性
第一节 汽车通过性评价指标及几何参数
一、汽车支承通过性评价指标
牵引系数 (1)牵引系数TC
挂钩牵引力
牵引效率
燃油利用指数
表明汽车在松软地面上加速、爬坡及牵引其它车辆的能力
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第七章
汽车通过性
第一节 汽车通过性评价指标及几何参数
第七章
汽车通过性
第二节 汽车越过台阶、壕沟的能力
在越野行驶中的汽车，常常要克服台阶、 壕沟等障碍。这是由于汽车车速很低，因此 可用解静力学平衡方程来求解障碍物与汽车 参数间的关系。
武汉科技大学车辆工程教研室
第七章
汽车通过性
第二节 汽车越过台阶、壕沟的能力
一、汽车越过台阶的能力 1、 后轮驱动4×2汽车前轮越过台阶能力 L a G b
将方程组中 G 、 F1、 F2消去后
D (b ) cos a sin 2
0.5 D hw sin 0.5 D hw 1 2 D
hw
D
F1
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1 hw 1 1 2 D 1 2 a/L 2 1 1 a / L (D / 2 L)
对垂直方向列力平衡方程
对前轮中心列力矩平衡方程
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由第一个方程得：
cos sin
利用
2 hw sin 1 D
1 1 hw 1 2 D 2 2 1
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汽车几何 参数无关