【汽车理论-吴光强(第二版)】第七章

第二节
牵引通过性计算
轮胎在土壤上的挂钩牵引力的计算
在图7-7 中ＢＣ部分的区间[ -θ２，θ２]内，近似认为轮胎下 垂直应力均匀分布，可表示为： 由车轮运动学可推出界面ＢＣ上一点处的土壤位移j2 为：
于是：
第二节
牵引通过性计算
轮胎在土壤上的挂钩牵引力的计算
在图7-7中，对弹性轮胎列出平衡方程得：
间隙失效的障碍条件
触头失效的障碍条件
图7-15表示一辆前悬长为Ｌf 的汽车，通过平面障碍并驶 进深h 、沟底坡角为β１ 的沟内的情形。
第三节
间隙失效的障碍条件
触头失效的障碍条件
由图中几何关系可知，发生触头失效的条件是：
上式中的α 角可由图7-15中的几何关系求得：
由上式确定α(０ < α < β)后，代入公式(7-29)即可求得不发 生触头现象的Ｌf 极限值。
根据式(7-20)也可预测不同滑转率下的驱动转矩值。图710表示驱动转矩的预测与实测结果比较。
第二节
牵引通过性计算
轮胎在土壤上的挂钩牵引力的计算
第二节
牵引通过性计算
在松软土壤上的驱动轮牵引效率的计算
驱动轮在松软土壤上滚动时产生滑转，主要由以下三种方 式组成：
（1）轮胎的切向变形 （2）土壤的切向变形 （3）车轮在接地面积内的滑移，或者黏附在轮胎上的土 壤层与邻近土壤层的相对位移 试验表明，由土壤切向变形产生的车轮滑转是主要部分。
第一节
汽车通过性评价指标及几何参数
第二节
牵引通过性计算
第三节 第四节 第五节
第六节
间隙失效的障碍条件 汽车越过台阶或壕沟的能力 汽车通过性的影响因素
汽车通过性试验
第一节
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
（1）牵引系数Ｔ Ｃ
（2）牵引效率（驱动效率）Ｔ Ｅ
第一节
汽车通过性评价指标及几何参数
式中，(hｂ/Ｄ)1 为前轮单位车轮直径可克服的台阶高，它 表示了汽车前轮越过台阶的能力。
第四节
汽车越过台阶或壕沟的能力
由式(7-33)可知，l /Ｄ 越小及l f /l 越大， (hｂ/Ｄ)1 就越大， 即汽车前轮越容易越过较高的台阶。
当后轮(驱动轮)碰到台阶时(图7-16ｂ)，其平衡方程式为：
（6）转弯通道圆 当转向盘转到极限位置时，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 ，如图7-3所示。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。转弯通道圆越小，汽车的机动性越好。
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
（2）纵向通过角βp 汽车满载、静止时，分别通过前、后车轮外圆作垂直于汽 车纵向对称面的切平面，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， βp 越大，顶起失效的可能 性越小，汽车的通过性越好。
第三节
间隙失效的障碍条件
顶起失效的障碍条件
第三节
间隙失效的障碍条件
顶起失效的障碍条件
将上式与式(7-25)联立求解，可得以β 为参数的Ｄr 值：
将式(7-28)代入式(7-26)，可得在顶起失效条件下，汽车中 部地隙hｍ 与轴距Ｌ、车轮直径Ｄ及角β (β0 ＝180°－ β) 之间的关系。
第三节
第四节
汽车越过台阶或壕沟的能力
图7-17是４×４ 汽车在硬路面上越过台阶时的受力情况。
第四节
汽车越过台阶或壕沟的能力
当前轮与台阶相碰时，有：
同样以sinα ＝1－2hｂ/Ｄ代入，可求出(hｂ/Ｄ)１，经分析计 算后可知， (hｂ/Ｄ)１是随着l /Ｄ 的增加而降低的；另外， 增加l f / l 的值时，可以使４ ×４ 汽车前轮越过台阶的能 力显著提高，甚至可使车轮爬上高度大于其半径的台阶。
（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。它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， γ１越大，越不易发生触头失效。
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
（4）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。它表征汽车离去障碍物（如小丘、沟洼地等）时 ，不发生碰撞的能力， γ2越大，越不易发生托尾失效。
第五节
汽车结构
汽车通过性的影响因素
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。 （1）副变速器和分动器 降低行驶车速，可以提高附着系数。用低速去克服附着条 件差的地段，可以改善通过性。在汽车的传动系中增设副 变速器或，可以增加传动系总传动比，使汽车能在极低的 车速下稳定行驶，以获得足够大的驱动力，提高汽车的通 过性。
第三节
间隙失效的障碍条件
顶起失效的障碍条件
由如图7-13所示的几何关系可得汽车顶起失效条件为：
或：
第三节
间隙失效的障碍条件
顶起失效的障碍条件
因
将式(7-25)代入上述不等式，得顶起失效条件为：
由图7-14可知，若β0为障碍的上升平面与下降平面之夹角, 而β0 ＝180°－β；δ＝ α0 － (90°－β )，则有：
如图7-8所示，在刚性轮下某点x 处的垂直(径向)应力 为σ１，该点处的切应力公式为： 由车轮运动学可知：
图7-8中， x 点的下陷量表示为：
第二节
牵引通过性计算
轮胎在土壤上的挂钩牵引力的计算
因此，在图7-8中的ＡＢ区，垂直应力σ１ 和切应力τ１的合 力的夹角为 ：
x 点处的垂直应力公式为：
于是：
（1）被牵引点(Ｔ Ｐ )。这时驱动转矩为零，车轮必须由外 力牵引，而所需克服的阻力也在图中示出。
（2）自力推进点(Ｓ Ｐ)。这时挂钩牵引力为零，图上也表 明必要的输入转矩。 （3）滑转率20％点。它表示挂钩牵引力为最大时的车轮 工况。
第三节
间隙失效的障碍条件
顶起失效的障碍条件
图7-12表示汽车通过凸起障碍时，汽车与障碍间的相对位 置改变情况。
第二节
牵引通过性计算
轮胎在土壤上的挂钩牵引力的计算
这里，轮胎与土壤界面由两 部分组成：一部分是圆弧面 ＡＢ，另一部分是平面ＢＣ 。在图中的Ｂ 点，垂直（径 向）应力最大；在ＡＢ 部分 的[θ２，θ１]区间内，应力分 布规律同刚性车轮一样(图78)。
第二节
牵引通过性计算
轮胎在土壤上的挂钩牵引力的计算
第四节
汽车越过台阶或壕沟的能力
图7-16表示后轮驱动的四轮汽车越过硬地面台阶时的受力 情况。
第四节
汽车越过台阶或壕沟的能力
前轮(从动轮)碰到台阶时有下列平衡方程：
将上式中的Ｇ、Ｆ１、Ｆ２消去，可得如下无因次方程式：
第四节
汽车越过台阶或壕沟的能力
由图7-16中的几何关系可知：
代入式(7-32)并设硬路面上f ≈ 0，则得：
第二节
牵引通过性计算
轮胎在土壤上的挂钩牵引力的计算
如图7-5所示，在驱动轮上作用有力和力矩，Ｆ为土壤的 合反力。这时水平力的平衡方程为：
第二节
牵引通过性计算
轮胎在土壤上的挂钩牵引力的计算
若地面有足够的抗切强度，则传递至驱动车轮的驱动转矩 Ｔ增加时，牵引力Ｆ Ｔ 也增大，并直至地面附着能力所允许 的值Ｆa ，这时，Ｆ Ｔ 就变为Ｆa － Ｆf 。通常，Ｆ Ｔ 这个值 是直接在牵引钩上测量的，故称之为“挂钩牵引力”。因 此，对于驱动轮，可以将其挂钩牵引力表示为：
第四节
汽车越过台阶或壕沟的能力
汽车越过壕沟的情形如图7-18所示。
与越过台阶时情况相似，故可用 同样方法求解汽车越过壕沟的问 题。沟宽l d 与车轮直径Ｄ之比值 与上面求得的hｂ/Ｄ值只有一个 换算系数的差别，它们之间的关 系为：
第四节
汽车越过台阶或壕沟的能力
因此，只要知道车轮越过垂直障碍的能力hｂ/Ｄ，即可由式 (7-39)求得越过壕沟的宽度与车轮直径的比值 lｂ/Ｄ，从而 求得越过壕沟的宽度。 如上所述，对４×４汽车，就Ｄ/ l 与l f / l 值的变化而言， 前、后轮在越障能力方面有不同的表现。设计时应考虑这 两方面的折衷，可通过将前、后轮对不同的l f / l 值绘制 hｂ/Ｄ＝Ｆ(φ)曲线，找出它们的理想交点。初步设计时，若 结果不够理想，可适当改变参数，以获得较好的通过性。
第二节
牵引通过性计算
在松软土壤上的驱动轮牵引效率的计算
考虑式(7-2)，将其分子、分母各除以车轮载荷Ｗt ，于是：
对在沙土上滚动的车轮来说， 图7-11所示为具有代表性的 Ｆｄ /Ｗt 和Ｔ/ (Ｗ rｄ )与滑转 率s 的关系曲线。图中曲线 给出了车轮的三种典型工况：
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牵引通过性计算
在松软土壤上的驱动轮牵引效率的计算
第二节
牵引通过性计算
轮胎在土壤上的挂钩牵引力的计算
已知轮胎载荷Ｗt ，由式(7-14)至式(7-19)可算出θ１和θ２， 再代入式(7-20)，即可求出挂钩牵引力Ｆｄ 。
第二节
牵引通过性计算
轮胎在土壤上的挂钩牵引力的计算
图7-9给出了弹性轮胎在沙土上挂钩牵引力的预测和实测 结果。根据半经验公式(7-8)计算的挂钩牵引力预测值也示 于图中。由图可见，按式(7-20)的计算值与实测值比较接 近。
（5）最小转弯直径dmin 当转向盘转到极限位置时、汽车以最低稳定车速转向行驶 时，外侧转向轮的中心平面在支承平面上滚过的轨迹圆直 径，如图7-2所示。它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，dmin 越小，汽车 的机动性越好。