汽車運(yùn)用工程---第6章--汽車通過性及平順性完整版

1、 定義：汽車在一定載荷下，以足夠高的平均速 度通過壞路或無路地帶（松軟地、砂地、雪地、坎 坷路面）和克服各種障礙的能力。 汽車通過性可分為輪廓通過性和牽引支承通 過性 土壤推力 、土壤阻力 一、輪廓通過性一、輪廓通過性 在越野行駛時(shí)，由于汽車與不規(guī)則地面的間隙不足，可能出 現(xiàn)汽車被托住而無法通過的現(xiàn)象，稱為間隙失效間隙失效。間隙失效 主要有“頂起失效”、“觸頭失效”或“托尾失效”兩種形 式。 汽車通過性的幾何參數(shù)是與防止間隙失效有關(guān)的汽車本身的 幾何參數(shù)。它們主要包括: 最小離地間隙、 接近角、 離去角、 縱向通過角 最小轉(zhuǎn)彎直徑和內(nèi)輪差、 轉(zhuǎn)彎通道圓 二、牽引支承通過性二、牽引支承通過性 車

2、輛支承通過性的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)包括附著質(zhì) 量、附著系數(shù)及車輛接地比壓。 1. 附著質(zhì)量和附著質(zhì)量系數(shù) 附著質(zhì)量是指輪式車輛驅(qū)動(dòng)軸載質(zhì)量。 車輛附著質(zhì)量與總質(zhì)量之比，稱為附著質(zhì)量 系數(shù)Ku。 顯然， Ku值大有利于汽車在壞路面上行駛， 喪失通過性的可能性就小。為了保證車輛 的支承通過性，應(yīng)對(duì)車輛附著質(zhì)量有明確 的要求。 K 2. 車輪接地比壓車輪接地比壓 車輪接地比壓是指車輪對(duì)地面的單位壓力。 車輛在松軟地面上行駛的滾動(dòng)阻力系數(shù)和附著系數(shù)都與車 輪接地比壓直接有關(guān)。車輪接地比壓小，輪轍深度小，車 輪的行駛阻力和車輪沉陷失效的概率就小。同樣，當(dāng)汽車 行駛在粘性土壤和松軟雪地上時(shí)， 降低車輪接地比壓可

3、使得車輪接地面積增加，提高地面承受的剪切力，使車輪 不易打滑。 三、汽車的傾覆失效三、汽車的傾覆失效 越野汽車在通過障礙時(shí)，過大的側(cè)坡或縱坡 會(huì)導(dǎo)致汽車傾覆失效。 汽車在側(cè)坡上直線行駛時(shí)，當(dāng)坡度大到使重 力通過一側(cè)車輪接地中心，而另一側(cè)車 輪的地面法向反作用力等于零時(shí)，則汽 車將發(fā)生側(cè)翻。此時(shí)有 為了防止側(cè)翻，汽車質(zhì)心高度應(yīng)低，輪距應(yīng) 寬。 cos 2 sin B GGhg g h B tg 2 在良好道路上汽車高速曲線行駛時(shí)，側(cè)向 慣性力的作用也會(huì)導(dǎo)致側(cè)翻側(cè)翻。 R u g G F a jl 2 96.12 顯然，汽車不側(cè)翻的最大允許 車速為： g a h gBR u 48. 6 max 在

4、大側(cè)坡角度的坡道上也可能發(fā)生 側(cè)滑，此時(shí) 當(dāng)側(cè)坡角的正切值等于側(cè)向附著系 數(shù)時(shí)，汽車發(fā)生整車側(cè)滑。通 常認(rèn)為，與其發(fā)生側(cè)翻，不如 發(fā)生側(cè)滑。 滿足下式 cossin tan l l GG 2 l g B h g h B tg 2 四、影響汽車通過性的因素四、影響汽車通過性的因素 1. 汽車的最大單位驅(qū)動(dòng)力 由于汽車越野行駛的阻力很大，為了充分利用地面提供的 掛鉤牽引力，保證汽車通過性，除了減少行駛阻力外，還 必須增加汽車的最大單位驅(qū)動(dòng)力。 其中： 為分動(dòng)器傳動(dòng)比。 a. 提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率 b. 提高傳動(dòng)比（分動(dòng)箱） c. 限載 0Ttekk aa FMiii GG r k i 為了獲得足夠大的單

5、位驅(qū)動(dòng)力：為了獲得足夠大的單位驅(qū)動(dòng)力： 2行駛速度 行駛車速低車輪滑轉(zhuǎn)的可能性通過性 a. 式中： 發(fā)動(dòng)機(jī)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。 b. 車越重 越低。 0 min min 377. 0 iii rn V kk ra a mina V mina n 越野汽車傳動(dòng)系最大總傳動(dòng)比一般較大越野汽車傳動(dòng)系最大總傳動(dòng)比一般較大 3汽車輪胎 車輪對(duì)汽車通過性有著決定性的影響，為了提高汽車 的通過性，必須正確選擇輪胎的花紋、結(jié)構(gòu)參數(shù)、 氣壓等，使汽車行駛滾動(dòng)阻力較小，附著能力較大。 a.輪胎花紋 粘性土壤輪剌高，溝深抓著力， 脫泥 越野汽車的輪胎具有寬而深的花紋 在表面滑溜泥濘而底層堅(jiān)實(shí)的道路上，提高通過性的 最簡(jiǎn)單

6、辦法是在輪胎套上防滑鏈 b輪胎尺寸 輪胎直徑滾動(dòng)阻力（接觸面積單位壓力車 轍）但，車輪慣性 重心 價(jià)格 傳動(dòng)比i 輪胎寬度 c. 輪胎氣壓 P 接地F 比壓 f 當(dāng)車輪通過不同路面時(shí)，要求不同的P，故有 “中央充氣系統(tǒng)”，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性差，應(yīng)用 不廣。 所以，在一定的地面上有一個(gè)最小地面阻力的輪胎氣壓所以，在一定的地面上有一個(gè)最小地面阻力的輪胎氣壓 汽車車輪 a. 輪距： 相等車轍重合f b. 前后輪壓：前輪單位壓力后輪單位壓力f c. 驅(qū)動(dòng)車輪數(shù)目：數(shù)目，G,F d. 車輪半徑： r 越過垂直障礙和壕溝能力 從動(dòng)輪越臺(tái)階高度： max 22 1 1 1 1 / 1() 1/ w g g

7、hr LL LLr L 表示前輪越過臺(tái)階的能力 42驅(qū)動(dòng)輪克服垂直障礙物 即 經(jīng)整理： tg max 2 1 1 1 w g hr u maxw h cossin 22 GG w w hr hrr 22 )( 它表征了汽車后輪越過臺(tái)階的能力。 4液力傳動(dòng) 提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作穩(wěn)定性 消除傳動(dòng)系扭振現(xiàn)象 5差速器 當(dāng)有差速作用時(shí)： 當(dāng)無差速作用時(shí) （越野汽車常采用高摩擦式差速器 ） 6懸架 獨(dú)立懸架，附著性能，離地間隙 7拖掛 動(dòng)力因數(shù)下降 相對(duì)附著重量下降 minmin )()(zzFt maxmin )()(zzFt 8. 驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)(ASR) 汽車在泥濘道路或冰雪路面行駛時(shí)，因路面 的附著系數(shù)

8、小，常會(huì)出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象。 控制方式有以下幾種： 發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪 鎖止差速器 這些控制方式的目的都是調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)輪上的驅(qū) 動(dòng)力矩。 9駕駛方法 1）低速穩(wěn)定直線行駛，少換檔。 2）行駛到好路時(shí)提高車速。 3）合理使用自鎖差速器。 4）涉水時(shí)應(yīng)保護(hù)電氣，曲軸箱通風(fēng)和空 濾器及排氣管。 概述 汽車行駛平順性，是指汽車在一般行駛速度范圍內(nèi)行駛 時(shí)，能保證乘員不會(huì)因車身振動(dòng)而引起不舒服和疲勞 的感覺，以及保持所運(yùn)貨物完整無損的性能。 振動(dòng)：路面不平等原因引起汽車振動(dòng)，它影響舒適性和 身體健康。 保持振動(dòng)環(huán)境的舒適性，以保持駕駛員在復(fù)雜行駛 和操縱條件下，具有良好的心理狀態(tài)和準(zhǔn)確靈敏的反 應(yīng)。

9、 汽車的平順性影響“ 人汽車”系統(tǒng)的操縱穩(wěn)定性 以及行駛安全性。 平順性問題 : 引起車身共振的行駛速度盡可能地遠(yuǎn)離汽車行駛的常用 速度 在壞路上，汽車的允許行駛速度受動(dòng)力性的影響不大， 主要取決于行駛平順性，而被迫降低汽車行車速度。 振動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)載荷，會(huì)加速零件磨損乃至引起損壞 1.因此，減少汽車本身的振動(dòng)，不僅關(guān)系到乘坐的舒適和 所運(yùn)貨物的完整，而且關(guān)系到汽車的運(yùn)輸生產(chǎn)率（速 度）、燃料經(jīng)濟(jì)性、使用壽命和工作可靠性等。 一、汽車行駛平順性的評(píng)價(jià)指標(biāo)一、汽車行駛平順性的評(píng)價(jià)指標(biāo) 汽車行駛平順性的評(píng)價(jià)方法，通常是根據(jù)人體對(duì)振動(dòng)的 生理反應(yīng)及對(duì)保持貨物完整性的影響來制訂的。 用振動(dòng)的物理量，如頻

10、率頻率、振幅、加速度加速度、加速度變化 率等作為行駛平順性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。 平順性評(píng)價(jià)指標(biāo) 三個(gè)界限：ISO 2631人體承受全身振動(dòng)的評(píng)價(jià)指南人體承受全身振動(dòng)的評(píng)價(jià)指南。用加速度均 方根值給出了人體在180Hz振動(dòng)頻率范圍內(nèi)對(duì)振動(dòng)反應(yīng) 的三個(gè)不同感覺界限： 舒適降低界限、疲勞工效降低界限、暴露極限。舒適降低界限、疲勞工效降低界限、暴露極限。 目前，常用汽車車身振動(dòng)的固有頻率和振動(dòng)加速度評(píng)價(jià)汽車的行駛平順性目前，常用汽車車身振動(dòng)的固有頻率和振動(dòng)加速度評(píng)價(jià)汽車的行駛平順性 舒適降低界限舒適降低界限 與保持舒適有關(guān)與保持舒適有關(guān)。 在此極限內(nèi)，人體對(duì)所在此極限內(nèi)，人體對(duì)所暴露暴露（承受振動(dòng)）（承受振動(dòng)

11、）的振動(dòng)環(huán)境主觀感覺良好，的振動(dòng)環(huán)境主觀感覺良好， 并能順利完成吃、讀、寫等動(dòng)作。并能順利完成吃、讀、寫等動(dòng)作。 疲勞工效降低界限疲勞工效降低界限 與保持工作效率有關(guān)與保持工作效率有關(guān)。 當(dāng)駕駛員承受振動(dòng)在此極限內(nèi)時(shí)，能保持正常地進(jìn)行駕駛。當(dāng)駕駛員承受振動(dòng)在此極限內(nèi)時(shí)，能保持正常地進(jìn)行駕駛。 暴露暴露（承受振動(dòng)）（承受振動(dòng)）極限極限通常作為人體可以承受振動(dòng)量的上限通常作為人體可以承受振動(dòng)量的上限。 當(dāng)人體承受的振動(dòng)強(qiáng)度在這個(gè)極限之內(nèi)，將保持健康或安全。當(dāng)人體承受的振動(dòng)強(qiáng)度在這個(gè)極限之內(nèi)，將保持健康或安全。 三個(gè)界限只是振動(dòng)加速度容許值不同。三個(gè)界限只是振動(dòng)加速度容許值不同?！氨┞稑O限暴露極限”

12、值為值為“疲勞工效降低界疲勞工效降低界 限限”的的2倍倍(增加增加6dB)；“舒適降低界限舒適降低界限”為為“疲勞疲勞-工效降低界限的工效降低界限的1/3.15； 2. 1/3倍頻帶分別評(píng)價(jià)法 直接分別評(píng)價(jià)法直接分別評(píng)價(jià)法是把“疲勞工效降低界限”及由計(jì)算或 頻譜分析儀處理得到的1/3倍頻帶的加速度均方值畫在同 一張頻譜圖上。然后，檢查各頻帶的加速度均方差是否都 保持在界限值之下。 為了用“疲勞工效降低界限”評(píng)價(jià)汽車平順性，首先要對(duì)經(jīng) 過汽車座椅傳至人體的振動(dòng)進(jìn)行頻譜分析(頻率)，得到1/3倍頻 帶的加速度均方值譜加速度均方值譜。 ISO 2631推薦的兩種評(píng)價(jià)方法是推薦的兩種評(píng)價(jià)方法是1/3倍

13、頻帶倍頻帶分別評(píng)價(jià)法和分別評(píng)價(jià)法和總加速度加權(quán)均方值總加速度加權(quán)均方值評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)法。 倍頻什么意思？倍頻什么意思？ 聲音可以分解為若干（甚至無限多）頻率分量的合成。為了測(cè)量 和描述聲音頻率特性，人們使用頻譜。人耳聽音的頻率范圍為 20Hz到20KHz，在聲音信號(hào)頻譜分析一般不需要對(duì)每個(gè)頻率成 分進(jìn)行具體分析。為了方便起見，人們把20Hz到20KHz的聲頻 范圍分為幾個(gè)段落，每個(gè)頻帶成為一個(gè)頻程。頻率的表示方法常 用倍頻程和1/3倍頻程。 倍頻程的中心頻率是31.5、63、125、250、500、1K、2K、4K、 8K、16KHz十個(gè)頻率，后一個(gè)頻率均為前一個(gè)頻率的兩倍，因此 被稱為倍頻程，而

14、且后一個(gè)頻率的頻率帶寬也是前一個(gè)頻率的兩 倍。 在有些更為精細(xì)的要求下，將頻率更細(xì)地劃分，形成1/3倍 頻程，也就是把每個(gè)倍頻程再劃分成三個(gè)頻帶，中心頻率是20、 31.5、40、50、63、80、100、125、160、200、250、315、 400、500、630、800、1K、1.25K、1.6K、2K、2.5K、3.15K、 4K、5K、6.3K、8K、10K、12.5K、16K、20KHz等三十個(gè)頻率， 后一個(gè)頻率均為前一個(gè)頻率的 倍。 1 3 2 1/3倍頻帶分別評(píng)價(jià)法認(rèn)為，當(dāng)有多個(gè)頻帶 的振動(dòng)能量作用于人體時(shí)，各頻帶的作用 無明顯聯(lián)系，對(duì)人體的影響主要是由單個(gè) 影響最突出的頻帶

15、所造成。因此，要改善 行駛平順性，主要避免振動(dòng)能量過于集中， 尤其是在人體最敏感的頻率范圍內(nèi)，不應(yīng) 該有突出的尖峰。 1/3倍頻帶上限頻率與下限頻率的比值為 (6-28) 中心頻率為 (629) 上限頻率、下限頻率與中心頻率的關(guān)系為 (6-30) 分析帶寬為 (631) 3 1 2/ lu ff lluc ffff 6 1 2/ cl cu ff ff 89.0 12.1 lu fff 將振動(dòng)傳至人體加速度的功率譜密度 對(duì)所對(duì)應(yīng)的1/3倍頻帶中心頻率在帶寬區(qū)間積分， 得到各個(gè)1/3倍頻帶的加速度均方根值分量 ， 即 (6-32) )( fGp pi 1.12 0.89 ( ) ci ci f

16、pip f Gf df 人體對(duì)人體對(duì)各頻帶振動(dòng)的敏感程度各頻帶振動(dòng)的敏感程度不同，不同，帶寬加速度均方根 值分量的大小，不能真正反映人體感覺振動(dòng)強(qiáng)度感覺振動(dòng)強(qiáng)度的大小。 為此，引入人體對(duì)不同頻率振動(dòng)敏感程度的頻率 加權(quán)函數(shù)。將人體最敏感頻率范圍以外的各1/3倍頻 帶加速度均方根值分量進(jìn)行頻率加權(quán)，等效于等效于4 8Hz(垂直垂直)、12Hz(水平水平)的分量數(shù)值的分量數(shù)值。即按人體感 覺的振動(dòng)強(qiáng)度相等的原則，折算為最敏感的頻率范圍。 用和最敏感頻率范圍的允許加速度均方值根值比較， 確定按疲勞-工效降低界限或舒適降低界限允許的暴 露時(shí)間。加權(quán)加速度均方根值分量的計(jì)算式為 (6-33) 式中： -

17、第i頻帶的中心頻率，Hz； -頻率加權(quán)函數(shù)。 picipwi fW)( ci f )( ci fW ci ci ci ci ci ciN f f f f f fW 8 84 41 , , , /8 1 5 . 0 )( ci ci ci ciL f f f fW 2 21 , , / 2 1 )( 垂直方向：垂直方向：水平方向：水平方向： 1/3倍頻帶評(píng)價(jià)法小結(jié)倍頻帶評(píng)價(jià)法小結(jié) pwi反映了人體對(duì)各反映了人體對(duì)各1/3倍頻帶振動(dòng)強(qiáng)度的感覺。倍頻帶振動(dòng)強(qiáng)度的感覺。1/3倍頻帶倍頻帶 分別評(píng)價(jià)法的評(píng)價(jià)指標(biāo)就是分別評(píng)價(jià)法的評(píng)價(jià)指標(biāo)就是pwi中的最大值中的最大值(pwi)max 1/3倍頻帶分別評(píng)價(jià)法

18、認(rèn)為：多個(gè)頻帶振動(dòng)能量作用于人倍頻帶分別評(píng)價(jià)法認(rèn)為：多個(gè)頻帶振動(dòng)能量作用于人 體時(shí)，對(duì)人體影響主要由單個(gè)影響最突出頻帶所造成。體時(shí)，對(duì)人體影響主要由單個(gè)影響最突出頻帶所造成。 要改善行駛平順性，主要避免振動(dòng)能量過于集中，尤其在要改善行駛平順性，主要避免振動(dòng)能量過于集中，尤其在 人體最敏感的頻率范圍內(nèi)，不應(yīng)該有突出的尖峰。人體最敏感的頻率范圍內(nèi)，不應(yīng)該有突出的尖峰。 3. 總加權(quán)值評(píng)價(jià)法總加權(quán)值評(píng)價(jià)法 在處理平順性試驗(yàn)結(jié)果或計(jì)算設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)振動(dòng)的影響 時(shí)，通常還采用傳至人體振動(dòng)的加速度均方根值 或車 身振動(dòng)的加速度均方根值 作為評(píng)價(jià)平順性的指標(biāo)。 p z 方法簡(jiǎn)單、適用振動(dòng)頻率分布相似的條件下進(jìn)行

19、對(duì)比方法簡(jiǎn)單、適用振動(dòng)頻率分布相似的條件下進(jìn)行對(duì)比 和 值等于180Hz中20個(gè)1/3倍頻帶加速度 均方根值分量 或 平方和的平方根。即 (6-36) 式中：N頻帶數(shù)。 p z pi zi N i zipwizp 1 2 , )( 為了便于分析，需要對(duì) 由多質(zhì)量組成的汽車振 動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化 M 懸掛質(zhì)量 非懸掛質(zhì)量m 懸架結(jié)構(gòu)、輪胎、懸掛質(zhì) 量和非懸掛質(zhì)量是影響汽 車平順性的重要因素。 1. 1. 懸架結(jié)構(gòu)懸架結(jié)構(gòu)彈性元件、導(dǎo)向裝置和減振裝置。以彈性元件和懸架系統(tǒng)彈性元件、導(dǎo)向裝置和減振裝置。以彈性元件和懸架系統(tǒng) 中的阻尼裝置影響較大。中的阻尼裝置影響較大。 1 1）彈性元件）彈性元件減少懸架

20、剛度可降低車身的固有振動(dòng)頻率，改善平順性。減少懸架剛度可降低車身的固有振動(dòng)頻率，改善平順性。 將車身看成在彈性懸架上作單自由度振動(dòng)的質(zhì)量時(shí)，其固有頻率為：將車身看成在彈性懸架上作單自由度振動(dòng)的質(zhì)量時(shí)，其固有頻率為： )( 2 1 0 Hz G gC f 式中：式中：C 懸架剛度，懸架剛度，N/mm；G 懸掛重力，懸掛重力，N；g 重力加速度，重力加速度，g =9810 mm/s2 減少減少C，可降低，可降低f0 當(dāng)汽車的其它結(jié)構(gòu)參數(shù)不變，要使懸架具有低的當(dāng)汽車的其它結(jié)構(gòu)參數(shù)不變，要使懸架具有低的f0， 懸架就必須具有很大的靜撓度懸架就必須具有很大的靜撓度fs（指汽車滿載時(shí)，剛度不變的懸架在靜（

21、指汽車滿載時(shí)，剛度不變的懸架在靜 載荷下的變形量）。載荷下的變形量）。為防止經(jīng)常出現(xiàn)沖擊，懸架還需要有足夠大的動(dòng)撓為防止經(jīng)常出現(xiàn)沖擊，懸架還需要有足夠大的動(dòng)撓 度（度（fm）。）。 為解決增加靜撓度帶來的其它問題，通常采用剛度可變的非線性懸架或?yàn)榻鉀Q增加靜撓度帶來的其它問題，通常采用剛度可變的非線性懸架或 采用副簧的辦法。采用副簧的辦法。 對(duì)變剛度懸架，靜撓度為：對(duì)變剛度懸架，靜撓度為：fs=G/C mm )( 2 1 0 Hz G gC f 對(duì)于載荷變化較大的貨車而言，會(huì)明顯改善行駛平順性。對(duì)于載荷變化較大的貨車而言，會(huì)明顯改善行駛平順性。 懸架剛度隨行程而變化，實(shí)懸架剛度隨行程而變化，實(shí)

22、現(xiàn)了在有限的動(dòng)行程范圍內(nèi)現(xiàn)了在有限的動(dòng)行程范圍內(nèi) 有足夠的動(dòng)容量。有足夠的動(dòng)容量。 為減小車身縱向角振動(dòng)，前后懸架靜撓度要做到合理匹配。通常后懸為減小車身縱向角振動(dòng)，前后懸架靜撓度要做到合理匹配。通常后懸 架剛度較大些。架剛度較大些。 2）懸架系統(tǒng)的阻尼）懸架系統(tǒng)的阻尼阻尼來源于減振器、摩擦副、輪胎變形等。阻尼來源于減振器、摩擦副、輪胎變形等。 減振器的阻尼系數(shù)選擇適當(dāng)，可以提高汽車行駛平順性。減振器的阻尼系數(shù)選擇適當(dāng)，可以提高汽車行駛平順性。 2. 輪胎輪胎減少輪胎徑向剛度，可以使懸架換算剛度減少減少輪胎徑向剛度，可以使懸架換算剛度減少 1015%，改善汽車平順性。，改善汽車平順性。 3. 3. 懸掛質(zhì)量懸掛質(zhì)量 車身的振動(dòng)主要以自振頻率進(jìn)行。車身的振動(dòng)主要以自振頻率進(jìn)行。 為研究方便，將汽車的懸掛質(zhì)量為研究方便，將汽車的懸掛質(zhì)量M分解為由無質(zhì)量的剛性桿互相連分解為由無質(zhì)量的剛性桿互相連 接的前軸質(zhì)量接的前軸質(zhì)量M1，后軸質(zhì)量，后軸質(zhì)量M2以及質(zhì)量中心以及質(zhì)量中心C上的質(zhì)量上的質(zhì)量M3 三個(gè)集中質(zhì)量分別為：三個(gè)集中質(zhì)量分別為： 22 2 3 2 2 2 1 2 1 1; LL MM LL