汽车通过松软路面的能力.doc

6.1.4 影响汽车通过性的因素本章要点6.1 汽车的通过性6.2 汽车行驶的平顺性6.1.4.1 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，还必须增加汽车的最大单位驱动力汽车的最大单位驱动力为(6-14)式中： -分动器传动比实际上，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，要求越野汽车有较大的比功率以及较大的传动比这些要求可通过提高发动机功率，在传动系中增加副变速器或使分动器具有低档，以增加传动系的总传动比来实现在困难的行驶条件下，限制越野汽车的额定载质量能提高单位驱动力，同时也能降低在松软地面上的滚动阻力6.1.4.2 行驶速度当汽车低速行驶降时，土壤剪切和车轮滑转的倾向减少因此，用低速行驶克服困难地段，可改善汽车的通过性为此，越野汽车传动系最大总传动比一般较大越野汽车最低稳定车速可按表 6-2 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 ，即式中： 为发动机的最低稳定转速，r/min表 6-2 越野汽车的最低稳定车速.78.4最低稳定车速(km/h)≤5 ≤2~3≤1.5~2.5≤0.5~16.1.4.3 汽车车轮车轮对汽车通过性有着决定性的影响，为了提高汽车的通过性，必须正确选择轮胎的花纹尺寸、结构参数、气压等，使汽车行驶滚动阻力较小，附着能力较大。

6.1.4.3.1 轮胎花纹轮胎花纹对附着系数有很大影响正确地选择轮胎花纹，对提高汽车在一定类型地面上的通过性有很大作用越野汽车的轮胎具有宽而深的花纹当汽车在湿路面上行驶时，由于只有花纹的凸起部分与地面接触，使轮胎对地面有较高的单位压力，足以挤出水层而汽车在松软地面上行驶时，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滑溜泥泞而底层坚实的道路上，提高通过性的最简单办法是在轮胎套上防滑链(或使用带防滑钉的轮胎)，它相当在轮胎上增加了一层高而稀的花纹防滑链能挤出表面的水层，直接与地面坚硬部分接触，有的还会增加土壤剪切面积，从而提高附着能力6.1.4.3.2 轮胎直径与宽度增大轮胎直径和宽度都能降低轮胎的接地比压用增加车轮直径的方法来减小接地比压，增加接触面积以减少土壤阻力和减少滑转，要比增加车轮宽度更为有效但增大轮胎直径会使惯性增大，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 2~2.5 倍、气压很低(29.4kPa~83.3kPa) 、断面具有拱形的 “拱形轮胎” 时，接地面积将增大 1.5~3 倍以上，则可大幅度地减小接地比压，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但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，否则将过早损坏和迅速磨损6.1.4.3.3 轮胎的气压在松软地面上行驶的汽车，应相应地降低轮胎气压，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所以，在一定的地面上有一个最小地面阻力的轮胎气压，见图 6-6实际上，轮胎气压应比该气压略高19.2kPa~29.4kPa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将较大的提高，从而可改善汽车的通过性为了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以在 49~343kPa 范围内变化。

在低压条件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6.1.4.3.4 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，则前轮辙与后轮辙重合，后轮就可沿被前轮压实的轮辙行驶，使汽车总滚动阻力减小，提高汽车通过性所以，多数越野汽车的前轮距与后轮距相等6.1.4.3.5 前轮与后轮的接地比压试验证明，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，汽车滚动阻力最小为此，除在设计汽车时，可将负荷按此要求分配于前、后轴，也可使前、后轮的轮胎气压不同，以产生不同的接地比压6.1.4.3.6 从动车轮和驱动车轮在越野行驶中，常以很低的车速去克服某些障碍物，如台阶、壕沟等这时，可用静力学平衡方程式求得障碍物与汽车参数间的关系图 6-7 为硬地面上后轮驱动汽车越过台阶时的受力情况由图 6-7a 可知，前轮(从动轮)碰到台阶时的平衡方程式为(6-16)式中： －台阶作用于前轮(从动轮 )的反作用力。

将方程式(6-16)中的 、 、 消除，可得无因次方程式 (6-17)由图 6-7 中 的几何关系可知  (6-18)将式(6-18) 代入式 (6-17)，并设硬路面上的 ，则式(6-17)成为(6-19)式中： 为前轮单位车轮半径可克服的台阶高度，它表示前轮越过台阶的能力由式(6-19) 可知， 越小及 越大， 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 6-7b)，其平衡方程式为(6-20)式中： －台阶作用于后轮(驱动轮的作用力) 将 及 代式(6-20)，可解得(6-21)式中： 为后轮单位车轮半径可克服的台阶高度，它表征了汽车后轮越过台阶的能力由式(6-21) 可知，后轮越过台阶的能力与汽车的结构参数无关将不同的附着系数代入式(6-19)和式(6-21) 可发现，后轮是限制汽车越过台阶的因素式 (6-21)计算所得的曲线示于图 6-8 下部图 6-9 是 4×4 汽车在硬地面上越过台阶时的受力情况按上述同样的方法，当前轮与台阶相遇时，则有(6-22)同样，以 代入式(6-22)，可求出 。

经分析计算后可知， 随 的增加而降低；另外，增加 的比值时，可使 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半径的台阶当后轮遇到台阶时，有式中： ； 为汽车质心至前后轴心连线的距离对式(6-23) 进行分析可知， 比值的影响正好与 4×4 汽车前轮越过台阶的情况相同长轴距、前轴负荷大的汽车(即 较小) ，其后轮越过台阶的能力要比前轮大较大的 比值不论汽车的总质量如何在轴间分配，总会改善后轮越过台阶的能力图 6-10 也给出了 4×4 汽车的越障性能 由图可见，4×2 汽车的越障能力要比 4×4 汽车差得多4×4 汽车的越障能力与 的比值有关，有关数据均已包含在曲线的阴影区内该区域的上、下限决定于被试验汽车的几何参数由图可知，当 =0.7 时，根据 的参数不同，4×4 汽车的 =0.18~0.26，但是后轮驱动的 4×2 汽车越障能力比 4×4 汽车约降低 50%用同样方法解汽车越过壕沟的问题时，可以看到，沟宽 与车轮直径之比值 ，同上面求得的 值间只有一个换算系数的差别，它们之间的关系为(6-24)将式(6-24) 绘成曲线，如图 6-10 所示因此，只要知道车轮越过垂直障碍的能力 ，就可通过此图查得可越过的壕沟宽度。

如上所述，就 4×4 汽车的 与 比值的变化而言，前后轮在越障能力方面有不同的反映因此，在设计时就应当考虑这两方面的折衷这可将前后轮对不同 值绘制 曲线，找出它们理想交点来求得初步设计时，若结果不够理想，可适当地改变 值，以得出较好的性能驱动轮在汽车上的部位及其数目对通过性的影响还可从克服坡度能力加以论述汽车上坡行驶时，其行驶所能克服的坡度大小与此有密切关系当汽车在坏路上行驶时，其行驶速度较低，故可略去空气阻力和加速阻力，并由第二章式(2-24)和式 (2-25)可知，前驱动汽车上坡的通过性最差，全轮驱动车辆爬坡能力最大此外，增加汽车驱动轮数，还可提高汽车附着质量，增加驱动轮与松软地面的接触面积，是改善汽车通过性的最有效方法因此，越野汽车都采用全轮驱动6.1.4.4 液力传动当汽车装有液力变矩器或液力偶合器时，能提高发动机工作的稳定性，使汽车可以长时间稳定地以低速(0.5km/h~1.5km/h)行驶，从而可减小滚动阻力和提高附着力，改善汽车通过性装有普通机械式传动系的汽车在突然起动时，驱动轮扭矩急剧上升，并产生对土壤起破坏作用的振动(见图 6-11 虚线 1b)即使在缓慢起步时(见图 6-11 虚线 1a)，驱动转矩也比滚动阻力矩 大得多。

在松软地面上起步时，这种过大的驱动转矩并不能使汽车得到较大的加速度，相反地却使土壤被破坏，轮辙加深，起步困难；而液力传动能保证驱动轮扭矩逐渐而平顺地增长(图 6-11 实线 2a、2b)，从而防止土壤被破坏和车轮滑移液力传动还能消除机械式传动系经常发生的扭振现象这种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，增加了轮辙深度，并减少轮胎与土壤间的附着力，因而使车轮滑转的可能性大为增加扭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，致使换档时，因切断功率而停车采用液力传动即可消除因换档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6.1.4.5 差速器为了保证各驱动车轮能以不同的角度旋转，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扭矩平均分配的特性，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 ，则与之对应的另一侧驱动车轮也只能以同样小的附着力 限制其驱动力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(6-25)但在实际道路条件下，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％而且长时间使用差速锁会使半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扭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扭矩不等设传给差速器的扭矩为 M，差速器的内摩擦力矩 ，则旋转较慢和较快的驱动车轮上的扭矩分别为(6-26)这样，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，则传给它的扭矩就会减小到 ，因而可能停止滑转而另一车轮的扭矩增大到 结果在两个驱动车轮上的总驱动力可能达到最大数值，即(6-27)由此可见，由于差速器的内摩擦，使汽车的总驱动力增加了 由于普通齿轮差速器的内摩擦不大，实际上驱动力仅提高 4%~6%为了增加差速器的内摩擦，越野汽车常采用高摩擦式差速器，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6.1.4.6 悬架6×6 型和 8×8 型多轴驱动的越野汽车在异常坎坷不平的地面上行驶时，常会因独立悬架的结构引起某驱动车轮的垂直载荷大幅度减小，乃至离开地面而悬空的现象，使驱动车轮失去与地面的附着而影响通过性。

独立悬架和平衡式悬架允许车轮与车架间有较大的相对位移，使驱动车轮与地面经常保持接触，以保证有。