汽车运用工程课件第五章

车轮接地比压 p 与轮胎气压 pw有关，车轮在硬路面上承受额定载荷
时，其关系式为： p Kw pw
系数 K w =1.05～1.20，其大小取决于轮胎刚度。轮胎的帘布层多时， 其值较大。
车轮的接地比压与轮胎气压成正比，当汽车在松软地面上行驶时，降 低车轮接地比压，可减小轮辙深度，从而可减小滚动阻力。
为了获得足够大的单位驱动力，要求越野汽车有较大的比功率以及较大
的传动比。因此，必须提高发动机功率，并在传动系中增加副变速器或
分动器，以增大传动系的总传动比。同时，限制额定载质量能提高单位
驱动力，还能降低滚动阻力。
2）附着质量和附着质量系数 附着质量指汽车驱动轴的载质量 M ，附着质量系数K 即汽车附着 质量 M 与总质量 M 之比。 汽车在松软地面上行驶，首先应满足附着条件的要求，即：
sin
G
B 2
cos
侧翻时，侧向坡度角 f 满足：
tg f
B 2 hg
为了防止侧翻，汽车质心
高度 hg （m）应较小，轮距
B （m）应较宽。
同样，在侧向力作用下汽车也可能发生侧滑，此时有：
G sin h G cos h g
侧滑对应的侧向坡度角 h 满足：
tg h g 若使侧滑发生在侧翻之前，h 应小于 f ，此时所应满足的条件是：
二、汽车的倾覆失效 1．汽车纵向倾覆 总重为G（N）的汽车在纵向坡道上等速行驶时的受力情况如图所示。
随着坡度角 a（°）增大，前轮的地面法向反作用力 Fz1 逐渐减小，当
Fz1 =0时，汽车将绕后轴纵翻。当坡度较大时，车速较低。若忽略空 气阻力，则此时有：
L2 G cos a hg sin a 0
4）纵向通过角 纵向通过角（°）指满载、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，表征汽车可无碰 撞地通过小丘、拱桥等障碍物的轮廓尺寸。纵向通过角越大，汽车顶起 失效的可能性越小。 5）最小转弯直径和内轮差 最小转弯直径（m）指转向盘向左或向右转到极限位置，汽车以最低 稳定车速转向行驶时，车辆外转向轮印迹中心在其支承面上的轨迹圆直 径中的较大者，表征汽车在最小面积内的回转能力和通过狭窄弯曲地带 或绕过障碍物的能力。内轮差（m）指：转向轴和末轴的内轮印迹中心 在车辆支承平面上的轨迹圆半径之差。 6）转弯通道圆 转向盘转至极限位置，汽车以最低稳定车速转向行驶时，车辆所有点 在车辆支承平面上的投影均位于圆外的最大内圆称为转弯通道内圆；包 含车辆所有点在车辆支承平面上的投影均位于圆内的最小外圆称为转弯 通道外圆。转弯通道外圆与转弯通道内圆间的通道称为转弯通道圆。
B 2 hg
＞ g
2）侧向惯性力引起的侧翻
汽车高速曲线行驶时，由于惯性力的作用也可能导致侧翻。汽车等速
圆周运动时的受力情况见图，若车速为 Va（km/h），圆周半径 R（m），
汽车总重为G（N），则所产生的惯性力
F
（N）为：
j
Fj
G g
Va 2 12.96 R
wk.baidu.com
为：
侧翻时，有： Fj
hg
G B。因此，侧翻时所对应的车速
L2 ＞ g
hg
2．汽车侧向倾覆 与纵翻比较，汽车侧翻更为常见。侧翻分为由于侧坡引起的侧翻和由
于侧向惯性力引起的侧翻两种情况。 1）侧坡引起的侧翻 汽车在侧坡上直线行驶时，当坡度角 （°）大到使重力通过一侧车
轮接地中心，而另一侧车轮的地面法向反作用力等于零时，则汽车将发 生侧翻。此时有：
G
hg
1 最小离地间隙h（mm）指满载、静止时，汽车除车轮之外的最低点与 支撑平面之间的距离，用于表征汽车无碰撞地越过石块、树桩等障碍物 的能力。 2）接近角 接近角 1 （°）指满载、静止时，自车身前端突出点向前车轮所引切 线与路面之间的夹角，表征汽车接近障碍物（如小丘、沟洼地等）时， 不发生碰撞的能力。接近角越大，越不易发生触头失效。 3）离去角 离去角 2（°）指满载、静止时，自车身后端突出点向后车轮所引切 线与路面之间的夹角，表征汽车离开障碍物（如小丘、沟洼地等）时， 不发生碰撞的能力。离去角越大，越不易发生托尾失效。
2
Vaf （km/h）
6.48 g B R
Vaf =
hg
在惯性力 F（j N）作用下，汽车也可能发生侧滑，此时有：
Fj
G Va2 g 12.96 R
=
G g
所对应的车速 Va（h km/h）为：
Vah 12.96 R g g 3.6 R g g
若使侧滑发生在侧翻之前，Vah 应小于 Vaf ，此时须满足的条件也是：
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。
1．轮廓通过性及评价指标 当通过坎坷不平路段和障碍时，由于汽车与不规则地面的间隙不足， 可能出现汽车被托住而无法通过的现象，称为间隙失效。中间底部的零 件碰到地面，而被顶住的间隙失效称为顶起失效；前端或车尾触及地面 而不能通过的间隙失效称为触头失效或托尾失效。 与间隙失效有关的整车几何尺寸，决定着汽车的轮廓通过性，称为汽 车通过性的几何参数。主要包括：最小离地间隙、接近角、离去角、纵 向通过角、最小转弯直径等，其数值范围见表5-1。
（4）前轮距和后轮距 在松软地面上行驶时，各车轮都要克服形成轮辙的阻力。如果前后轮
距相等，且轮胎宽度相同，则前后轮辙重合，后轮可沿被前轮压实的轮 辙行驶，滚动阻力减小，可以提高汽车通过性。所以，多数越野车的前 轮距与后轮距相等。
（5）前后车轮接地比压 前后轮距相等的汽车行驶在松软地面时，当前轮接地比压比后轮的接 地比压小20% ～30%时，汽车滚动阻力最小。为此，设计汽车时，可将 负荷合理分配于前、后轴；也可改变使前、后轮的气压，以产生不同接 地比压。 （6）从动车轮数和驱动车轮数 在越野行驶中，经常以很低的车速去越过某些障碍物，如台阶、壕沟 等。后轮驱动的4×2汽车的越障能力比4×4汽车约降低一半。 驱动轮及其数目对上坡时通过性有很大影响。前驱动汽车上坡时的通 过性最差，全轮驱动车辆爬坡能力最大。此外，增加汽车驱动轮数，还 可提高附着质量，增大驱动轮与地面的接触面积，改善汽车通过性。
2）悬架 装用非独立悬架多轴驱动的越野汽车通过坎坷不平地面 时，常会引起某个驱动车轮的垂直载荷大幅度减小，乃至离 开地面而悬空，使驱动车轮失去与地面的附着而影响通过性。 独立悬架和平衡式悬架允许车轮与车架间有较大的相对位 移，使驱动车轮与地面经常保持接触，可以保证有较好的附 着性能。同时独立悬架可显著地增大汽车的最小离地间隙， 提高汽车的通过性。
B 2 hg
＞ g
B
2 hg 称为侧向稳定性系数。因此，为了保证汽车高速行驶的横向 稳定性，汽车都力求保持一定轮距，并尽量降低质心高度，以增大汽
车的侧向稳定性系数。
三、结构因素对汽车通过性的影响 1．行驶系结构 1）汽车车轮 轮胎花纹、结构参数、气压等对汽车越野行驶的滚动阻力和附着能力 有较大影响。 （1）轮胎花纹 轮胎花纹对附着系数有很大影响。轮胎花纹可分为三类：通用花纹、 越野花纹及混合型花纹。通用花纹有纵向肋，花纹细而浅，在较好路面 上行驶时，其附着性较好且滚动阻力较小。 越野花纹宽而深，在松软地面上行驶时，嵌入土壤的花纹增加了土壤 的剪切面积，提高了附着系数。当路面潮湿时，由于只有凸起部分与地 面接触，压强增大，可以挤出水层保持足够的附着系数。矿山、建筑工 地以及一些在松软路面上使用的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，适用于在城市乡村之间路面 上行驶的汽车。现代重型货车驱动轮的轮胎也采用这种花纹。
第五章 汽车的通过性 和行驶平顺性
第一节 汽车的通过性
在一定载质量下，汽车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，称为汽车的通过性。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。
整理得，汽车纵翻时的
坡度角满足：
tga f
L2 hg
汽车在坡度角 a 大于 a f 的道路上行驶时，汽车将发生纵向翻倾。质
心高度 hg（m）较小，质心距后轴的距离 L2 （m）较大时，汽车较不易 发生纵翻。
另一方面，汽车所能驶上的最大坡道，受到附着条件限制。因此，汽 车上坡时也可能发生车轮滑转。越野汽车大多是全轮驱动，当以较低速
（2）轮胎直径与宽度 增大轮胎直径和宽度都能降低轮胎的接地比压。但增大轮胎直径会使 惯性增大，汽车重心升高，还需增大传动系传动比。增大轮胎宽度不仅 能降低轮胎接地面比压，还允许胎体有较大变形，因此可降低轮胎气压。 若将后轮的双胎换为一个断面比普通轮胎大2～2.5倍的低气压拱形轮 胎，接地面积将增大1.5～3倍，接地比压大幅减小，使汽车在沙漠、雪 地、沼泽地面上行驶的通过性得以提高。但这种特种轮胎，由于花纹较 大，气压过低，不宜在硬路面上工作，否则轮胎将过早损坏和迅速磨损。 （3）车轮和驱动桥 实践证明，在松软的地面上，采用双轮胎车轮的滚动阻力比采用单轮 胎车轮的滚动阻力大。因此，采用单轮胎可减小行驶阻力。增加驱动桥 数，不但增大了附着质量及驱动轮接地面积，发挥更大的驱动力并减少 滑转，而且有利于提高通过垂直台阶和壕沟的能力。因此，越野汽车都 采用全轮驱动。
度等速上坡时，若道路的滑动附着系数为 s ，有：
G sin ah G cos ah s
车轮发生滑转所对应的坡度角 ah 满足：
tgah s
若在坡度 a ＞ ah 的道路上行驶，汽车将发生纵向滑移。为避免汽车
纵翻，汽车纵向滑移应发生在纵翻之前，即应满足 ah ＜ a f 。此时， 应满足如下条件：
图5-2 最小转弯直径和内轮差图
5-3 转弯通道圆
2．牵引支承通过性 牵引支承通过性的主要评价指标包括：最大单位驱动力、附着质量、
附着质量系数及车辆接地比压。 1）最大单位驱动力 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，相应剪切变形所构成的地面水平反作用力，称为土壤推力； 而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 及轮胎变形引起的弹滞损耗阻力之和统称为土壤阻力。牵引车的挂钩牵 引力等于土壤最大推力与土壤阻力之差，表征了土壤强度的贮备能力。 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，反映了汽车通过无路地带的能力。
2．传动系结构 1）副变速器和分动器 越野汽车传动系中增设了副变速器，或使分动器具有低挡，可以增大 总传动比，获得足够大的驱动力；同时，可使汽车能在极低的速度下稳 定行驶，减轻对土壤的剪切破坏，提高附着力。 2）液压传动 装有普通机械传动系的汽车在起动或负荷变化时，由于各部件刚性结 合传递扭矩，因此驱动轮转矩急剧上升，对土壤产生振动和剪切，土壤 结构被破坏，使轮辙加深，起步及行驶困难。 传动系装有液压变矩器或液压偶合器时，能提高发动机工作稳定性， 使汽车长时间低速稳定行驶，以减小滚动阻力并提高附着力。而液压传 动能使驱动轮转矩逐渐而平顺增长，防止土壤被破坏和车轮滑移。液压 传动还能消除机械式传动系经常发生的扭转震动现象，避免驱动力的周 期性冲击，可减轻土壤结构的破坏，减小轮辙深度，从而提高附着力， 避免车轮滑转。
M g g M g
式中： -道路阻力系数；
g -滑动附着系数。 要满足附着条件，汽车的附着质量系数应满足：
K
M M
g
K 值大时，有利于汽车在坏路面上行驶，通过性得以提高。
3）车轮接地比压
车轮接地比压 p（ kPa）指车轮对地面的单位压力。汽车在松软地面上
行驶时，其滚动阻力系数和附着系数都与车轮接地比压直接有关。车轮 接地比压小，轮辙深度小，车轮的行驶阻力和车轮沉陷失效的概率就小。 同样，当汽车行驶在粘性土壤和松软雪地上时，降低车轮接地比压可使 得车轮接地面积增加，提高地面承受的剪切力，使车轮不易打滑。
为了充分利用地面提供的挂钩牵引力，保证汽车的通过性，除了减小
行驶阻力外，还必须增加汽车的最大单位驱动力。汽车的最大单位驱动
力 Fx ma（x N）为：
Fx m ax
Te
m
ax
ig i0 Gr
iR
t
max
式中：iR -分动器传动比。
低速行驶时，若忽略空气阻力，最大单位驱动力等于最大动力因数。