1.4 汽车行驶的附着条件与汽车的附着力

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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
（4）滚动阻力偶矩产生的部分
rf F f1 = −G cos α Z L
rf FZf2 = G cosα L
此项较小， 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
G hg du F 1 = FZs1 − FZw1 − Z g L dt hg du G FZ 2 = FZs2 − FZw2 + g L dt
胎面与 思考
的关系？ ϕ 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？ 不同？ 轮胎花纹起什么作用？ 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 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
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 本节将介绍附着力、附着条件、 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。 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 ϕ
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（1）静态轴荷的法向反作用力
hg b F s1 = G cosα − sinα Z L L hg a F s2 = G cosα + sinα Z L L
主要与质心位置 及坡度角有关。 及坡度角有关。
（2）动态分量
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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。 汽车在加速上坡时，附着条件不易满足。 以下将在此工况下， 以下将在此工况下，分析路面作用在车轮上的法向 和切向力F 力FZ和切向力 X。
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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， 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。 使车轮的附着力下降，汽车的车速得以控制。
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2.附着条件
后轮驱动时， 后轮驱动时，附着条件是
i+
1 1 du F + Fj′ i cosα g dt Cϕ2 = = G hg du a hg 1 1 du + i + F s2 + cosα g dt Z g L dt L L
q =i + 1 1 du du cos α g dt
1. 加速、上坡行驶时的附着率 1）后轮驱动汽车
FX 2 Cϕ2 = = F2 Z F + F + F + Fj′ f1 w i G hg du F s2 − F w2 + Z Z g L dt
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忽略空气阻力和滚动阻力
将
hg a 代入 F s2 = G cosα + sin α Z L L
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FX1小
湿滑路面、 湿滑路面、冰雪 路面、沙地等。 路面、沙地等。 用高挡轻踩加速 踏板起步较好。 踏板起步较好。 ？ 解 释 为 什 么
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。 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 （ 装用 ）驱动力控制系统， 动轮作用制动力矩控制起步过程的F 动轮作用制动力矩控制起步过程的 X2。
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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， 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。 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。 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。 ）、从动轮
绝大多数双座跑车采用中置发动机后轮驱动。 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， 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？ 着条件，最理想的驱动方式是什么？ 四轮驱动
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思考：什么车型适合用四轮驱动？ 思考：什么车型适合用四轮驱动？ 高级轿车 自重大， 车速高，车体大， 自重大，Ff大；车速高，车体大，FW大； 发动机排量大， 发动机排量大，Ft大。 超级跑车 车速高， 发动机排量大， 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。 道路条件差，附着系数小。 重型货车 自重大， 道路条件差，附着系数小。 自重大，Ff大，道路条件差，附着系数小。
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前轮驱动时， 如果F 前轮驱动时， 如果 X1小、FZ1大、C 小，附着条件
ϕ1
容易得到满足。 容易得到满足。 路面条件好，车速低， 行驶车速低， 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。 路面平坦， 不急加速， 什么路面条件下， 什么路面条件下，附着条 路面条件下 件不易满足？ 件不易满足？ 当路面有积雪时， 当路面有积雪时，起步用 高挡好还是用低挡好？ 高挡好还是用低挡好？ 汽车在什么工况下工作， 汽车在什么工况下工作， 工况下工作 起步急加速。 起步急加速。 附着条件会不易满足？ 附着条件会不易满足？
FX max = F = F ϕ ϕ Z
FZ—地面作用在车轮上 的法向反力； 的法向反力； 附着系数， 附着系数 ϕ —附着系数，与路面 和轮胎都有关。 和轮胎都有关。
湿土路 滚压后的雪路
思考： 思考：为什么汽车在湿土路上容 易出现打滑现象？ 易出现打滑现象？
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3.附着率
由附着条件可得 前轮驱动时， 前轮驱动时，附着条件是
FX 2 ≤ϕ FZ 2
FX 2 令 Cϕ2 = FZ 2
FX1 FX1 ≤ F 1ϕ 令 Cϕ1 = Z FZ1
C ϕ1—前轮驱动汽车驱动 前轮驱动汽车驱动 轮的附着率； 轮的附着率； 附着率 前轮驱动汽车的附着条件 也可以表达为
G hg g ∑Iw g If igi0 du F d1 = − + Z L G Lr ± G Lr dt g
思考： 思考：汽车加速前进 时，前后轮的垂直载荷 发生什么变化？ 发生什么变化？
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G hg g ∑Iw g If igi0 du F d2 = + Z L G Lr ± G Lr dt g
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
du F 1 = F 2 + F +W sin α + mB p p w B dt
将 F 2 = F 2 + Gw2 sin α + m2 p f 代入得
du dt
du Fp1 = F 2 + Fw + (W +Gw2 )sin α + (mB + m2 ) f B dt
只 F ≥ F才 可 爬 坡 有ϕ 有 能 上 道 i
Gϕ cosα ≥ Gsin α
i =100% α = 45 即
ϕ ≥1
o
即只有附着系数大于1时，才有可能爬上100%的坡道。 即只有附着系数大于 时 才有可能爬上 的坡道。 的坡道
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此时必须依靠越野轮胎花纹的抓地性， 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。 的路面相配合，才能提高附着系数。
FX 2 ≤ F 2ϕ Z
Tt −Tf 2 = FX 2 ≤ FZ 2ϕ r
附着条件：地面作用在驱动轮上的切向反力小于驱动 附着条件： 轮的附着力。 轮的附着力。
驱动轮上的切向反力主要与哪些因素有关？ 驱动轮上的切向反力主要与哪些因素有关？其 思考 大小可否通过驾驶员合理控制？ 大小可否通过驾驶员合理控制？
FX 2 = (Tt −Tr2 −Tf 2 ) / r ≤ FZ 2ϕ
进而减少燃油喷射量
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思考
越野车如何爬上100％的坡道？ ϕmax ≤ 0.8 ，越野车如何爬上 ％的坡道？ 越野汽车爬坡时
F = Gsin α i
FXmax = Fϕ = G cosα ϕ
hg b G hg ∑Iw If igi0 du rf F 1 = G cosα − sin α − Z Z L g L + Lr ± Lr dt − F w1 −G L cosα L hg a G hg ∑Iw If igi0 du − FZw2 +G rf cosα + ± FZ2 = G cosα + sin α + L g L L Lr Lr dt L
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（3）空气升力
1 FZw1 = CLf Aρur2 2
1 F w2 = CLr Aρur2 Z 2
CLf－前空气升力系数；CLr－后空气升力系数。 后空气升力系数。 前空气升力系数；
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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
du F 2 = m2 +Gw2 sin α + FX 2 p dt
FX 2r = Tf 2 +Tjw2
Tf 2 Tjw2 FX 2 = + X2 r r
Tjw2很小，忽略不计 很小，
FX 2 = F 2 f
du F 2 = F 2 +Gw2 sin α + m2 p f dt
常见路面的平均附着系数 常见路面的平均附着系数 平均
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地面对轮胎切向反作
路面条件 附着系数 0.7～0.8 ～ 0.5～0.6 ～ 0.6～0.7 ～ 0.5～0.6 ～ 0.2～0.4 ～ 0.2～0.3 ～
用力的极限值（最大值） 用力的极限值（最大值）
干沥青路面
即为附着力。 即为附着力。 附着力
湿沥青路面 干燥的碎石路 干土路
注意 Fj′与Fj的区别 同理可得： 同理可得： 当汽车由后轮驱动时 当汽车由前轮驱动时
FX1 = F 2 + Fw + F + Fj′ f i
FX 2 = F 1 + Fw + F + Fj′ f i
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
四、附着率
汽车直线行驶状况下， 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。 最低附着系数。
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
du FX1 = F 1 +Gw1 sin α + m p 1 dt
将 Fp1 = Ff 2 + Fw + (WB +Gw2 )sin α + (mB + m2 ) 代入得
du dt
du FX1 = F 2 + Fw +Gsin α + m f dt
= F 2 + F + F + Fj′ f w i
C ϕ2—后轮驱动汽车驱动 后轮驱动汽车驱动 轮的附着率； 轮的附着率； 附着率 后轮驱动汽车的附着条件 也可以表达为
Cϕ2 ≤ϕ
Cϕ1 ≤ ϕ
附着条件越容易满足。 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） 路面附着系数低时车轮会出现滑转（视频）
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？ 思考：加速时，前驱车还是后驱车容易满足附着条件？
后驱车容易满足
加速时 FZd1
FZd2
附着条件
跑车大多采用后轮驱动
保时捷911 保时捷 双座跑车采用 后置式发动机 后轮驱动。 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