第七章汽车的通过性课件

第七章汽车的通过性 汽车的通过性汽车的通过性（越野性）是指它能以足够高的平均（越野性）是指它能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、凹凸不平车速通过各种坏路和无路地带（如松软地面、凹凸不平地面等）及各种障碍（如陡坡、侧坡、壕沟、台阶、灌地面等）及各种障碍（如陡坡、侧坡、壕沟、台阶、灌木丛、水障等）的能力。木丛、水障等）的能力。通过性又分为通过性又分为支承通过性和几何通过性支承通过性和几何通过性。通过性取决于地面的物理和力学性质及汽车的结构通过性取决于地面的物理和力学性质及汽车的结构参数和几何参数。参数和几何参数。第一节汽车通过性评价指标及几何参数 本节将主要介绍汽车支承通过性的评价指标本节将主要介绍汽车支承通过性的评价指标和影响通过性的汽车几何参数。和影响通过性的汽车几何参数。返回目录返回目录一、汽车支承通过性评价指标汽车支承通过性的指标评价：牵引系数、牵引效率及燃汽车支承通过性的指标评价：牵引系数、牵引效率及燃油利用指数。油利用指数。单位车重的挂钩牵引力（净牵引力）。表明汽车在松软单位车重的挂钩牵引力（净牵引力）。表明汽车在松软地面上加速、爬坡及牵引其他车辆的能力。地面上加速、爬坡及牵引其他车辆的能力。汽车的挂钩牵引力；汽车的挂钩牵引力；G汽车重力。汽车重力。1.牵引系数牵引系数TC驱动轮输出功率与输入功率之比。反映了车轮功率传递过驱动轮输出功率与输入功率之比。反映了车轮功率传递过程中的能量损失。程中的能量损失。单位燃油消耗所输出的功，单位燃油消耗所输出的功，。式中，式中，Qt为单位时间内的燃油消耗量。为单位时间内的燃油消耗量。2.牵引效率（驱动效率）TE 3.燃油利用指数Ef式中，式中，为汽车行驶速度；为汽车行驶速度；TW为驱动轮输入转矩；为驱动轮输入转矩；为驱为驱动轮角速度；动轮角速度；r为驱动轮动力半径；为驱动轮动力半径；为滑转率。为滑转率。二、汽车通过性几何参数 间隙失效间隙失效：汽车与：汽车与地面间的间隙不足而地面间的间隙不足而被地面托住，无法通被地面托住，无法通过的情况。过的情况。顶起失效顶起失效：当车辆中间底部的：当车辆中间底部的零件碰到地面而被顶住的情况。零件碰到地面而被顶住的情况。触头失效触头失效：当车辆前端触及地：当车辆前端触及地面而不能通过的情况。面而不能通过的情况。托尾失效托尾失效：当车辆尾部触及地：当车辆尾部触及地面而不能通过的情况。面而不能通过的情况。与间隙失效有关的汽车整车几何尺寸，称为与间隙失效有关的汽车整车几何尺寸，称为汽车通过性汽车通过性几何参数几何参数，包括最小离地间隙、纵向通过角、接近角、离去包括最小离地间隙、纵向通过角、接近角、离去角、最小转弯直径等。角、最小转弯直径等。（1）最小离地间隙h 汽车满载、静止时，支承平面与汽车上的中间区汽车满载、静止时，支承平面与汽车上的中间区域最低点之间的距离。域最低点之间的距离。它反映了汽车无碰撞地通过地面凸起的能力。它反映了汽车无碰撞地通过地面凸起的能力。（2）纵向通过角 汽车满载、静止时，分别通过前、后车轮外缘作垂汽车满载、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。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。的轮廓尺寸。（3）接近角1 汽车满载、静止时，前端突出点向前轮所引切线与汽车满载、静止时，前端突出点向前轮所引切线与地面间的夹角。地面间的夹角。1越大，越不容易发生触头失效。越大，越不容易发生触头失效。（4）离去角2 汽车满载、静止时，后端突出点向后轮所引切线与汽车满载、静止时，后端突出点向后轮所引切线与地面间的夹角。地面间的夹角。2越大，越不容易发生托尾失效。越大，越不容易发生托尾失效。（5）最小转弯直径 转向盘转到极限位置、汽车以最低稳定车速转向行驶时，转向盘转到极限位置、汽车以最低稳定车速转向行驶时，外侧转向轮的中心平面在支承平面上滚过的轨迹圆直径。外侧转向轮的中心平面在支承平面上滚过的轨迹圆直径。它表征了汽车能够通过狭窄弯曲地带或绕过不可越过的障它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。碍物的能力。（6）转弯通道圆 转向盘转到极限位置、汽车以最低稳定车速转向行驶时，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，称为圆，称为转弯通道内圆转弯通道内圆；车体上所有点在支承平面上的投影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，称为均位于圆周以内的最小外圆，称为转弯通道外圆转弯通道外圆。第二节松软地面的物理性质 本节将主要介绍土壤的物理性质，包括土壤的抗压性本节将主要介绍土壤的物理性质，包括土壤的抗压性和抗剪性。和抗剪性。抗压性直接影响到车辆通过时的滚动阻力；抗剪性直抗压性直接影响到车辆通过时的滚动阻力；抗剪性直接影响到在土壤条件下驱动轮所能产生的最大驱动力，即接影响到在土壤条件下驱动轮所能产生的最大驱动力，即附着力。附着力。返回目录返回目录一、土壤切应力与剪切变形的关系 对于粘性土壤或雪，最大切应力仅与土壤或雪的粘聚对于粘性土壤或雪，最大切应力仅与土壤或雪的粘聚性和轮胎与地面的接地面积有关性和轮胎与地面的接地面积有关式中，式中，A为驱动轮的接地面积；为驱动轮的接地面积；c为土壤或雪的粘聚系数。为土壤或雪的粘聚系数。1.粘性土壤的最大土壤推力 对于摩擦性土壤（干沙、冻结的粒状雪），按照库仑对于摩擦性土壤（干沙、冻结的粒状雪），按照库仑摩擦定律，最大切应力与负荷摩擦定律，最大切应力与负荷W成正比地增加成正比地增加式中，式中，W为作用在驱动轮上的垂直载荷，为作用在驱动轮上的垂直载荷，为摩擦角。为摩擦角。2.摩擦性土壤的最大土壤推力 大部分土壤既不是纯粘性土壤，也不是纯摩擦性壤，大部分土壤既不是纯粘性土壤，也不是纯摩擦性壤，而是这两种土壤的混合物，此时最大土壤推力为而是这两种土壤的混合物，此时最大土壤推力为3.中性土壤的最大土壤推力思考：在什么样思考：在什么样的土壤条件下，的土壤条件下，增加驱动轮上的增加驱动轮上的垂直载荷有利于垂直载荷有利于提高车辆的通过提高车辆的通过性？性？4.剪切强度max两边同除以面积两边同除以面积A式中，式中，max为为剪切剪切强强度；度；为剪切面法向剪切面法向压力。力。5.土壤的切应力与剪切变形的关系对于对于“脆性脆性”土壤土壤式中，式中，K1、K2为系数，为系数，j为剪切变形量，为剪切变形量，为为 中的最大值。中的最大值。土壤的切应力与剪切变形的关系曲线土壤的切应力与剪切变形的关系曲线5.土壤的切应力与剪切变形的关系对于对于“塑性塑性”土壤土壤式中，式中，K为土壤剪切变形模数。为土壤剪切变形模数。二、土壤法向负荷与沉陷的关系 如果如果将一块表示充气轮胎或履带接地面积的平板用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，静止沉陷量均匀负荷压入地面土壤，静止沉陷量 z 和单位压力和单位压力 p 之之间的关系如下。间的关系如下。式中，式中，为土壤的为土壤的“粘聚粘聚”变形模数；变形模数；为土为土壤的壤的“摩擦摩擦”变形模数；变形模数；b 为承载面积的短边为承载面积的短边长；长；z 为土壤沉陷量；为土壤沉陷量；n 为沉陷指数。为沉陷指数。三、半流体泥浆及雪的密度对通过性的影响 车辆在半流体泥浆中所受到的阻力除与其行驶速度、浸车辆在半流体泥浆中所受到的阻力除与其行驶速度、浸入面积等有关外，还与泥浆的密度入面积等有关外，还与泥浆的密度及阻力系数及阻力系数CD有关，有关，及及CD越大，阻力也越大。越大，阻力也越大。车辆在雪地的通过性，与雪的密度及厚度有关。如果雪车辆在雪地的通过性，与雪的密度及厚度有关。如果雪层厚度小于汽车的离地间隙，车辆可以通过，与雪的密度无层厚度小于汽车的离地间隙，车辆可以通过，与雪的密度无关。如果雪的厚度大于汽车离地间隙的关。如果雪的厚度大于汽车离地间隙的150%时，轻型汽车时，轻型汽车可在密度大于可在密度大于350kg/m3的雪地上通过，重型汽车可在密度大的雪地上通过，重型汽车可在密度大于于500kg/m3的雪地上通过。这里均指没有渗过水的雪，渗有的雪地上通过。这里均指没有渗过水的雪，渗有水的雪密度大，但强度却很低。水的雪密度大，但强度却很低。第三节车辆的挂钩牵引力 本节将分析车辆在松软土壤条件下行驶时所遇到本节将分析车辆在松软土壤条件下行驶时所遇到的各种滚动阻力；分析松软地面给履带和驱动轮的土的各种滚动阻力；分析松软地面给履带和驱动轮的土壤推力，从而确定车辆的挂钩牵引力。壤推力，从而确定车辆的挂钩牵引力。返回目录返回目录一、车辆在松软地面上的土壤阻力土壤的压实阻力土壤的压实阻力推土阻力推土阻力轮胎的弹滞损耗阻力轮胎的弹滞损耗阻力 当车辆在松软地面当车辆在松软地面上行驶时，滚动阻力上行驶时，滚动阻力由三部分构成：由三部分构成：增加车轮直径和宽度都能增加车轮直径和宽度都能降低压实土壤阻力，但增加车降低压实土壤阻力，但增加车轮直径比增加宽度更有效，即轮直径比增加宽度更有效，即直径越大，沉陷量越小。直径越大，沉陷量越小。思考：思考：SUV越野汽车和轿车相越野汽车和轿车相比比，哪种车型的轮胎直径应该哪种车型的轮胎直径应该更大？为什么？更大？为什么？1.刚性车轮滚动时的土壤阻力式中，式中，z0 为沉陷量；为沉陷量；s 为单位体积土壤重量；为单位体积土壤重量；c为粘聚系数；为粘聚系数；b为轮为轮胎宽度。胎宽度。在松软地面上，除了压实土壤阻力外，滚动着的车轮前缘将推在松软地面上，除了压实土壤阻力外，滚动着的车轮前缘将推动土壤形成隆起的前缘波，产生推土阻力动土壤形成隆起的前缘波，产生推土阻力 ：式中，式中，及及 Nr 是土壤承载能力系数；是土壤承载能力系数；为摩擦角。为摩擦角。在在泥浆地面泥浆地面，车辆浸入泥浆部分的形状对运动阻力的，车辆浸入泥浆部分的形状对运动阻力的影响特别明显，此时影响特别明显，此时推土阻力大于压实阻力推土阻力大于压实阻力而成为主要而成为主要矛盾。在有硬底层的粘性泥浆里行驶的车辆，推土阻力矛盾。在有硬底层的粘性泥浆里行驶的车辆，推土阻力的大小决定于泥浆的密度的大小决定于泥浆的密度、粘度、粘度、行驶速度、行驶速度 以及以及车辆行走部分浸入泥浆中的尺寸，即车辆行走部分浸入泥浆中的尺寸，即式中，式中，CD为泥浆的阻力系数，是雷诺数为泥浆的阻力系数，是雷诺数Re的函数，的函数，h为浸入泥浆的深度；为浸入泥浆的深度；A为浸入泥浆中的为浸入泥浆中的面积。面积。2.充气轮胎的土壤阻力 当轮胎按照刚性轮一样维持圆形，轮胎圆周上最当轮胎按照刚性轮一样维持圆形，轮胎圆周上最低点处土壤的支承压力为低点处土壤的支承压力为 由由此式确定的此式确定的pg值称为充气轮胎的临界压力值称为充气轮胎的临界压力 。如果如果 ，轮胎维持圆形。，轮胎维持圆形。pc可由试验测得。可由试验测得。部分轮缘将变成平面，接地压力为部分轮缘将变成平面，接地压力为 轮胎变形轮胎变形t引起的弹滞损失是充气轮胎滚动时的弹引起的弹滞损失是充气轮胎滚动时的弹滞损耗阻力滞损耗阻力 。单位负荷弹滞损单位负荷弹滞损耗阻力耗阻力 式中，式中，为经验系数。为经验系数。3.前后串联车轮和车轮重复通过时的土壤压实阻力 当车轮第二次通过松软的土壤时，土壤阻力会有所当车轮第二次通过松软的土壤时，土壤阻力会有所减小。减小。一般越野汽车都是采用前、后轮距相等，并均为单一般越野汽车都是采用前、后轮距相等，并均为单胎的形式，以减小在松软地面上行驶时的阻力。胎的形式，以减小在松软地面上行驶时的阻力。车辆的土壤推力车辆的土壤推力FX与土与土壤阻力壤阻力 Fr 之差，称为之差，称为挂钩挂钩牵引力牵引力二、挂钩牵引力土壤条件、接地面积和产生的驱土壤条件、接地面积和产生的驱动力相同的条件下，不同行走机动力相同的条件下，不同行走机构的滑动率构的滑动率类型类型滑动率滑动率(%)直径大宽度小的轮胎直径大宽度小的轮胎40直径小宽度大的轮胎直径小宽度大的轮胎100履带履带10 在松软土壤条件下，相对于运动方向窄长的接地面积比较理想。在松软土壤条件下，相对于运动方向窄长的接地面积比较理想。第五节间隙失效的障碍条件 本节将介绍顶起失效和触头失效两种间本节将介绍顶起失效和触头失效两种间隙失效情况下的障碍条件。隙失效情况下的障碍条件。返回目录返回目录一、顶起失效的障碍条件汽车通过由两个汽车通过由两个相交平面形成的凸相交平面形成的凸起障碍时，障碍顶起障碍时，障碍顶点点A的轨迹为直径的轨迹为直径等于等于Dr的圆，的圆，Dr称称为为地隙直径地隙直径。一、顶起失效的障碍条件 当当hb，后轮是限制汽车，后轮是限制汽车越过台阶的因素。越过台阶的因素。将将代入代入当前轮与台阶相碰时，当前轮与台阶相碰时，以以 代入，可以求出代入，可以求出(hw/D)1。(hw/D)1随随L/D的增加而的增加而降低；增加降低；增加a/L时，可以使时，可以使44汽车前轮越过台阶的能力显著提高，甚至可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。使车轮爬上高度大于其半径的台阶。当后轮与台阶相碰时当后轮与台阶相碰时 a/L比值的影响正好与比值的影响正好与前轮越过台阶的情况相反。长轴距、前轴负荷大前轮越过台阶的情况相反。长轴距、前轴负荷大的汽车（即的汽车（即a/L较小），其后轮越过台阶的能力要比前轮大。较大的较小），其后轮越过台阶的能力要比前轮大。较大的L/D比比值时，不论汽车总质量如何在轴间分配，总会改善后轮的越障能力。值时，不论汽车总质量如何在轴间分配，总会改善后轮的越障能力。42汽车的汽车的越障能力要比越障能力要比44差很多。差很多。44汽车的越汽车的越障能力与障能力与a/L的比的比值有关，基本取值有关，基本取值如图中的阴影值如图中的阴影所示。所示。只要已知车轮越过垂直障碍的能力只要已知车轮越过垂直障碍的能力hw/D，就可，就可用上式确定越过沟壕的宽度用上式确定越过沟壕的宽度ld。用同样的方法解汽车用同样的方法解汽车越过壕沟越过壕沟的问题时，沟宽与的问题时，沟宽与车轮直径之比车轮直径之比ld/D与上面求得的与上面求得的hw/D值用下式换算。值用下式换算。一、通过性试验的主要内容汽车几何参数的测定汽车几何参数的测定挂钩牵引性能的测定挂钩牵引性能的测定通过性试验的通过性试验的内容包括：内容包括：第七节 汽车的通过性试验p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后谢谢大家荣幸这一路，与你同行ItS An Honor To Walk With You All The Way演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日