汽车行驶的附着条件与汽车的附着率(汽车理论第五版)

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
du Fp 2 m2 Gw 2 sin FX 2 dt
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
FX 2 C 2 FZ 2 Ff 1 Fw Fi Fj G hg du FZs2 FZw 2 g L dt
du 0 dt
FX 1 Ff 2 Fw Fi Fj
FX 2 Ff 1 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
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
FX 2 C 2 FZ 2 Ff 1 Fw Fi Fj G hg du FZs2 FZw2 g L dt
将 Fp1 Ff 2 Fw (WB Gw 2 ) sin (mB m2 )
du dt
du FX 1 Ff 2 Fw G sin m dt
代入得
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
1 FZw1 CLf Aur2 2
FZw 2
1 CLr Aur2 2
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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
（4）滚动阻力偶矩产生的部分
rf FZf1 G cos L
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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
C 2
将
FZs 2
1 1 du Fi Fj cos g dt G hg du a hg 1 1 du i FZs2 g L dt L L cos g dt i
hg a 代入 G L cos L sin
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 45
2）前轮驱动汽车
当汽车由后轮驱动时
q C 2 a hg q L L
a L q 1 hg L
思考：如果a=b，
哪种驱动方式的 等效坡度更大？
同理可得，当汽车由前轮驱动时
q C1 b hg q L L
b L 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
1
o
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。
1
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。 什么路面条件下，附着条 湿滑路面、冰雪
FX1小
件不易满足？ 当路面有积雪时，起步用
高挡好还是用低挡好？ 汽车在什么工况下工作，
路面、沙地等。
用高挡轻踩加速 踏板起步较好。 起步急加速。
3）四轮驱动汽车
驱动方式或 车型 前轮驱动
令后轴的转矩分配系数为
Ψ
0
Tt 2 Tt1 Tt2
后轮驱动
Audi BMW325i
1
0.5 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
C1 (1 )q b hg q L L
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。
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
hg b G FZ 1 G L cos L sin g hg a G FZ 2 G L cos L sin g
令
1 1 du qi cos g dt
C 2
q—包含加速阻力在内的等效坡度。
C 2 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。
q a hg q L L
q
a L 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
用力的极限值（最大值）
即为附着力。
路面条件
附着系数
干沥青路面
湿沥青路面
0.7～0.8
0.5～0.6
FX max F FZ
FZ—地面作用在车轮上 的法向反力；
干燥的碎石路
干土路
0.6～0.7
0.5～0.6
湿土路
滚压面
和轮胎都有关。
思考：为什么汽车在湿土路上容
FZf2
rf G cos L
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 FZ 1 FZs1 FZw1 g L dt h G g du FZ 2 FZs 2 FZw 2 g L dt
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
解 释 为 什 么 ？
10
附着条件会不易满足？
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 Tr 2 Tf 2 / r FZ 2
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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 FX 2 FZ 2 r
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。
加速时 FZd1
FZd2
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？ 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
1 du ) g dt
FX 2
1 du G (sin ) g dt
C 2
q
a hg q L L
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。
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
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 前轮驱动时，附着条件是
FX 2 FZ 2
令 C 2
FX 2 FZ 2
FX 1 FX 1 FZ1 令 C1 FZ 1
C 1—前轮驱动汽车驱动 轮的附着率； 前轮驱动汽车的附着条件
思考：汽车加速前进
时，前后轮的垂直载荷
FZd 2
hg g I w g I f ig i0 du G g L G Lr G Lr dt
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
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
驱动轮的限制。
b L 1
若C1 C 2
q


hg L
若C1 C 2
q
a L 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 du G cos G sin 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
令i 0
Ff 1 Fw C 2 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
FX 2 r Tf 2 Tjw 2
FX 2 Tf 2 Tjw 2 r r
Tjw2很小，忽略不计
du Fp 2 Ff 2 Gw 2 sin m2 dt
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FX 2 Ff 2
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
du Fp1 Fp 2 Fw WB sin mB dt
hg
I f ig i0 du rf FZw1 G cos L Lr Lr dt L hg I w I f ig i0 du FZw 2 G rf cos L Lr Lr L dt
w
I
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
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
常见路面的平均附着系数
地面对轮胎切向反作
（1）静态轴荷的法向反作用力
hg b FZs1 G L cos L sin hg a FZs 2 G L cos L sin
主要与质心位置 及坡度角有关。
（2）动态分量
hg g I w g I f ig i0 du G FZd1 g L G Lr G Lr dt
易出现打滑现象？
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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
4
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
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
（3）空气升力
CLf－前空气升力系数；CLr－后空气升力系数。
将 Fp 2 Ff 2 Gw 2 sin m2
代入得
du dt
du Fp1 Ff 2 Fw (WB Gw 2 ) sin (mB m2 ) dt
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
du FX 1 Fp1 Gw1 sin m1 dt
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
C 2
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
前轮驱动时， 如果FX1小、FZ1大、C 小，附着条件