汽车通过性检测与评价

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1、10.1汽车通过性评价指标汽车通过性评价指标松软土壤沙漠雪地沼泽坎坷不平地段在一定载质量条件下，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。陡坡侧坡台阶壕沟坏路及无路地带障碍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。轮廓通过性牵引支承通过性汽车通过性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 在松软地面上行驶时，汽车驱动轮对地面施加向后的水平力，使地面发生剪切变形，相应的剪切变形所构成的地面水平反作用力，被称为土壤推力。它常比在一般硬路面上的附着力要小得多。汽车在松软地面上行驶时也受到土壤阻力的作用。土壤阻力，

2、是指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，以及充气轮胎变形所引起的弹性迟滞损耗阻力。它要比在硬路面上的滚动阻力大得多。它们经常不能满足汽车行驶附着条件的要求，这是松软地面限制汽车行驶的主要原因。在越野行驶时，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。顶起失效触头失效或托尾失效间隙失效车辆中间底部的零件碰到地面，而被顶住的间隙失效。汽车前端(或车尾)触及地面的间隙失效。1.轮廓通过性轮廓通过性汽车通过性几何参数是与防止间隙失效有关的汽车本身的几何参数。最小离地间隙接近角离去角纵向通过角 汽车通过性的主要几何参数汽车的最小转弯直径和内轮差

3、转弯通道圆车轮半径 汽车通过性的重要轮廓参数 汽车通过性的几何参数 汽车类型驱动形式最小离地间隙C(mm)r1()r2()最小转弯直径dH(m)轿车4212020020301522142644210370455035402030货车4225030025602545162844、66260350456035452242越野车(乘用)44210370455035402030客车64、4222037010406202844 1.最小离地间隙 最小离地间隙C是汽车除车轮之外的最低点与路面之间的距离。它表征汽车无碰撞地越过石块、树桩等障碍物的能力。汽车的前桥、飞轮壳、变速器壳、消声器和主传动器外壳等通常

4、有较小的离地间隙。汽车前桥的离地间隙一般比飞轮壳的还要小，以便利用前桥保护较弱的飞轮壳免受冲撞。后桥内装有直径较大的主传动齿轮，一般离地间隙最小。在设计越野汽车时，应保证有较大的最小离地间隙。2.接近角与离去角 接近角r1和离去角r2，是指自车身前、后突出点向前、后车轮引切线时，切线与路面之间的夹角。它表征了汽车接近或离开障碍物(如小丘、沟洼地等)时，不发生碰撞的能力。接近角和离去角越大，则汽车的通过性越好。3.纵向通过角 在汽车空载、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。它表征汽车可无碰撞地通过小丘、拱桥等障碍物的轮廓尺寸。汽车纵向通过角越大其通

5、过性就越好。4.最小转弯直径和内轮差 车辆在转向过程中，转向盘向左或向右转到极限位置时，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，称为车辆最小转弯直径。它表征车辆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。4.最小转弯直径和内轮差 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之差，被称为内轮差。汽车转弯直径示意图 5.转弯通道圆 转向盘转至极限位置时，图中两圆之间的通道为车辆转弯通道圆。车辆所有点在车辆支承平面上的投影均位于最大内圆和最小外圆之间。附着质量附着质量系数车辆接地比压车辆支承通过性的主要评价指标2.牵引支撑通过性牵引支撑通过性附着质量是指轮式车辆

6、驱动轴载质量m。附着质量系数K 定义为车辆附着质量与总质量ma之比。为了满足车辆行驶附着条件的要求，应有1.附着质量和附着质量系数gmgmag道路阻力系数（=fri，其中：fr为车轮阻力系数，i为坡度）ug滑移系数ga/mmKk附着质量系数，值大有利于汽车在坏路面上行驶，丧失通过性的可能性就小。车轮接地比压是指车轮对地面的单位压力。车辆在松软地面上行驶的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，当汽车行驶在黏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。2.车轮

7、接地比压车轮接地比压p与轮胎气压Pw有关。车轮在硬路面上承受额定载荷时，关系式wwpkp kw附着质量系数通常 kw=1.051.20其大小取决于轮胎刚度的大小，帘布层多的轮胎kw值较大。越野汽车在通过障碍时，过大的侧坡或纵坡会导致汽车倾覆失效。是汽车不发生侧翻的极限角。为防止侧翻，汽车质心高度hg应降低，轮距B应宽。g2tanhB 汽车在侧坡上直线行驶时，当坡度大到使重力通过一侧车轮接地中心，另一侧车轮的地面法向反作用力等于零时，汽车就会发生侧翻。此时有cos2singBGGh R圆周半径，m Va汽车行驶速度，Km/h 在良好道路上汽车高速曲线行驶时，侧向惯性力的作用也会导致侧翻。设汽车作

8、等速圆周运动，汽车受力，侧向惯性力Fj。RvgGF2aj96.12作用在汽车左、右车轮上的法向反力分别为BhFGFZgj12BhFGFZgj22在将侧翻的临界状态Fz1=0，则gj2hFGB汽车不侧翻的最大允许车速gmaxa48.6hgBRv为保证汽车高速行驶的横向稳定性，轿车都力求保持一定轮距，并尽量降低质心高度。在大侧坡角度的坡道上也可能发生侧滑，此时sincosgGGgtang侧向滑移系数。当侧坡角的正切值等于侧向滑移系数时，汽车发生整车侧滑。与其发生侧翻，不如发生侧滑。所以，应满足tantan，即gg2hB纵向倾覆的条件也取决于质心高度与质心至前轴或后轴的距离。10.2汽车通过性的影响

9、因素汽车通过性的影响因素 1.汽车的最大单位驱动力 由于汽车越野行驶的阻力很大，为了充分利用地面提供的挂钩牵引力，保证汽车通过性，除了减少行驶阻力外，还必须增加汽车最大单位驱动力。汽车最大单位驱动力为分动器传动比maxtRgemaxGriiMGFXRi 1.汽车的最大单位驱动力在汽车低速行驶时，若忽略空气阻力，最大单位驱动力等于最大动力因数。为了获得足够大的单位驱动力，越野汽车要有较大的比功率和传动比。这些要求可通过提高发动机功率、增加传动系的总传动比来满足。在困难行驶条件下，限制越野汽车额定载质量可提高单位驱动力，同时也能降低在松软地面上的滚动阻力。2.行驶速度当汽车低速行驶降时，土壤剪切和

10、车轮滑转的倾向减少。用低速行驶克服困难地段，可改善汽车的通过性。越野汽车传动系最大总传动比一般较大。越野汽车的最低稳定车速汽车总质量(kN)19.6 63.778.4最低稳定车速(km/h)5231.52.5 0.51越野汽车最低稳定车速可按上表选取，其值随汽车总质量而定。也可由发动机的最低稳定转速求得汽车的最低稳定行驶速度vamin，即0Rgminemina377.0iiirnv amin发动机的最低稳定转速，r/min 3.汽车车轮1)轮胎花纹2)轮胎直径与宽度3)轮胎气压4)前轮距与后轮距5)前轮与后轮的接地比压6)从动车轮和驱动车轮1)轮胎花纹越野汽车的轮胎具有宽而深的花纹。当汽车在湿

11、路面上行驶时，只有花纹凸起部分与地面接触，使轮胎对地面有较高的单位压力，足以挤出花纹内的积水。在松软地面上行驶时，汽车因轮胎下陷而嵌入土壤的花纹凸起数目增加，与地面接触面积及土壤剪切面积都迅速增加。因而能保证有较好的附着性能。越野轮胎花纹的形状应具有脱掉自身泥泞的性能。在表面泥泞滑溜而底层坚实的道路上，提高通过性的最简单办法是在轮胎上套防滑链(或带防滑钉轮胎)，它相当于在轮胎上增加了一层高而稀的花纹。防滑链能直接与地面坚硬部分接触，还会增加土壤剪切面积，提高附着能力。2)轮胎直径与宽度 增加车轮直径可减小接地比压，增加接触面积，减少土壤阻力和减少滑转。这要比增加车轮宽度更为有效。增大轮胎直径会

12、使惯性增大，汽车质心升高，轮胎成本增加，并要采用大传动比的传动系。因此，大直径轮胎的推广使用受到了限制。加大轮胎宽度不仅直接降低了轮胎的接地面比压，而且因轮胎较宽，允许胎体有较大的变形，而不降低其使用寿命，因而可使轮胎气压取得低些。若将后轮的双胎换为一个断面比普通轮胎大22.5倍、气压很低(29.483.3kPa)、断面具有拱形的“拱形轮胎”时，接地面积将增大1.53倍以上，就可大幅度减小接地比压，使汽车在沙漠、雪地、沼泽地面上行驶时，具有特别良好的通过性。这种专用于松软地面的特种轮胎，花纹较大，气压过低，不应在硬路面上工作，否则将使轮胎过早损坏和迅速磨损。3)轮胎气压 在松软地面上行驶的汽车

13、，应相应降低轮胎气压，以增大轮胎与地面的接触面积，降低接地比压，从而减小轮胎在松软地面的沉陷量及滚动阻力，提高土壤推力。轮胎气压降低时，虽然土壤的压实阻力减小，但却使轮胎本身的迟滞损失增加。轮胎气压与地面阻力的关系轮 胎 气 压 应 比 该 气 压 略 高19.229.4kPa。此时，地面阻力虽稍有增加，但由于在潮湿地面上的附着系数有较大的提高，从而可改善汽车的通过性。为提高越野汽车通过松软地面的能力，而在硬路面上行驶时又不致引起大的滚动阻力和影响轮胎寿命，可装用轮胎中央充气系统，使驾驶员能根据道路情况，随时调节轮胎气压。通常，越野汽车的超低压轮胎气压可在49343kPa范围内变化。在低压条件

14、下工作的超低压越野轮胎，其帘布层数较少，具有薄而坚固，又富有弹性的胎体，以减少由于轮胎变形引起的迟滞损失，并保证其使用寿命。4)前轮距与后轮距当汽车在松软地面上行驶时，各车轮都需克服形成轮辙的阻力(滚动阻力)。如果汽车前轮距与后轮距相等，并有相同的轮胎宽度，则在直线上行驶时前轮辙与后轮辙重合，后轮就可沿着被前轮压实的轮辙行驶，使汽车总滚动阻力减小，提高汽车通过性。多数越野汽车的前轮距与后轮距相等。5)前轮与后轮的接地比压前轮距与后轮距相等的汽车行驶于松软地面时，当前轮对地面的单位压力比后轮的比压小20%30%时，汽车滚动阻力最小。除在设计汽车时，可将负荷按此要求分配于前、后轴，也可以使前、后轮

15、的轮胎气压不同，以产生不同的接地比压。当汽车装有液力变矩器或液力耦合器时，能提高发动机工作的稳定性，使汽车可长时间稳定地以低速(0.51.5km/h)行驶，从而可减小滚动阻力和提高附着力，改善汽车通过性。4.液力传动液力传动还能消除机械式传动系常见的扭振现象。扭振现象会引起驱动力产生周期性冲击，减少土壤颗粒间的摩擦，增加轮辙深度，并减少轮胎与土壤间的附着力，使车轮滑转的可能性大为增加。转矩脉动所引起的土壤内摩擦力的减小，还会使汽车前轮所造成的轮辙立即展平，使后轮滚动阻力增加。装有普通机械传动系的汽车，在松软地面行驶时，由于车速低，汽车惯性不足以克服较大的行驶阻力，致使换挡时，因切断功率而停车。

16、采用液力传动即可消除因换挡所引起的功率传递间断现象，因而使汽车通过性有显著提高。为了保证各驱动车轮能以不同的角速度旋转，在传动系中装有差速器。但普通齿轮差速器由于具有使驱动车轮之间转矩平均分配的特性，当某一侧驱动车轮陷入泥泞或冰雪路面上时，得到较小的附着力F()min，则与之对应的另一侧驱动车轮也只能以同样小的附着力F()min限制其驱动力。5.差速器在实际道路条件下，各驱动车轮上的附着力差别很小，汽车总驱动力的增加一般不超过20%25。为了避免这种情况的发生，某些越野汽车上装有差速锁，以便必要时能锁止差速器。此时汽车可能得到的驱动力为maxgming)()(ZZXFFF长时间使用差速锁会使半

17、轴过载引起功率循环，而当驱动车轮滑转导致停车后，再挂差速锁起步，有时会因滑转处土壤表面已被破坏或因全部转矩突然传至另一驱动车轮引起土壤破坏而失去效果。差速器的内摩擦能使左右车轮传递的转矩不等。设传给差速器的转矩为M，差速器的内摩擦力矩为Mr，则旋转较慢和较快的驱动车轮上的转矩分别为2/2/r2r1MMMMMM如果一个驱动车轮由于附着力不足而开始滑转，因其转速加快，则传给它的转矩就会减小到M2，因而可能停止滑转。而另一车轮的转矩增大到M1。结果在两个驱动车轮上的总驱动力可能达到最大数值。rMFFZX/)(2)(rmingmax 差速器内摩擦使汽车的总驱动力增加。普通齿轮差速器内摩擦力矩不大，实际

18、上驱动力仅提高4%6%。为了增加差速器内摩擦力矩，越野汽车常用高摩擦式差速器，如凸轮式或蜗杆式差速器等。这时总驱动力可增加10%15%，因而能提高汽车通过性。在行驶中应避免换挡和加速，并保持直线行驶。因为转弯时将引起前后轮辙不重合，而增加滚动阻力。6.驾驶方法在通过沙地、泥泞、雪地等松软地面时，应该使用低速挡，以保证车辆有较大的驱动力和较低的行驶速度。后轮双胎的汽车，常会在两胎间夹杂泥石，或使车轮表面黏附一层很厚的泥，因而使附着系数降低，增加车轮滑转趋势。遇到这种情况，驾驶员可适当提高车速，甩掉车轮上的泥。当汽车传动系装有差速锁时，驾驶员应在估计有可能使车轮滑转的地区前就将差速器锁住。因为车轮一旦滑移后，土壤表面就会被破坏，附着系数下降，再锁住差速锁不会起显著作用。当汽车离开坏路地段后，驾驶员应将差速锁脱开，避免由于功率循环现象使发动机、传动系和轮胎磨损增加，燃料经济性和动力性变坏，以及通过性降低等不良后果。为了提高越野汽车涉水能力，应注意发动机的火花塞、曲轴箱通气口等的密封问题，并提高空气滤清器的位置，不得使其浸入水中。普通汽车能通过深度为0.50.6m的硬底浅水滩。