汽車轉(zhuǎn)彎的力學(xué)分析

1、.編號(hào)2021021223畢 業(yè) 論 文 14 屆本科論文題目：汽車轉(zhuǎn)彎的力學(xué)分析 學(xué) 院： 電氣工程學(xué)院 專 業(yè)： 物理學(xué) 班 級(jí)： 10本二 作者XX： 王久飛 指導(dǎo)教師： 楊麗寰 職稱： 工程師完成日期： 2021 年 4 月 25 日. v.目 錄誠(chéng)信聲明1論文題目2中文摘要2英文摘要21 引言 21.1 歷史背景及意義21.2 主要研究問(wèn)題及目的32 汽車構(gòu)造力學(xué)簡(jiǎn)易33 汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)析43.1 側(cè)翻63.2 漂移64 綜合分析7 5 結(jié)論7參考文獻(xiàn)8致謝9. v.隴東學(xué)院本科生畢業(yè)論文誠(chéng)信聲明本人X重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文，是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)展研究工作所取得的成果，

2、成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要奉獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承當(dāng)。 作者簽名：二O一 四 年月日汽車轉(zhuǎn)彎的力學(xué)分析王久飛，楊麗寰隴東學(xué)院 電氣工程學(xué)院， 慶陽(yáng) 745000 摘 要：本文用理論分析的方法，對(duì)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)發(fā)生側(cè)翻、漂移等情況進(jìn)展了受力分析。并推出了汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式。接著結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)展了討論，導(dǎo)出汽車平安轉(zhuǎn)彎條件。當(dāng)汽車車輪距一定時(shí)，汽車和路面的摩擦系數(shù)越大，汽車的平安速率越大。 關(guān)鍵詞:平安車速；汽車轉(zhuǎn)彎；側(cè)翻；漂移the Mec

3、hanic Analysis of Car TurningWANG Jiu-fei, YANG Li-huan(Electrical Engineering College, Longdong University, Qingyang 745000, Gansu) Abstract: It is based on the method of theoretical analysis to analyze rollover and drift of car turning. Then the formula of vehicle cornering are derived. bined with

4、 the actual situation, the safety conditions of car turning are deduced. The friction coefficient of car and road is greater, the rate of security is greater when the distance of wheel is fixed.Key Words: safe vehicle speed; vehicle cornering ; rollover; drift1 引 言1.1 歷史背景及意義 在現(xiàn)代這個(gè)科技高度興旺的時(shí)代，汽車作為一項(xiàng)簡(jiǎn)便

5、快捷的交通工具被人們廣泛使用，這就涉及到了汽車平安行使的問(wèn)題了。而汽車轉(zhuǎn)彎問(wèn)題在其中占有很大的份量，汽車轉(zhuǎn)彎被作為一個(gè)研究課題。許多文獻(xiàn)只是側(cè)重于對(duì)汽車轉(zhuǎn)彎的某一方面的研究，而不能全面的、系統(tǒng)的對(duì)汽車平安轉(zhuǎn)彎問(wèn)題進(jìn)展分析。XXXX職業(yè)技術(shù)學(xué)院周侃、周軍二人在"汽車轉(zhuǎn)彎的平安速度"一文中，選取了幾個(gè)條件運(yùn)用質(zhì)點(diǎn)論進(jìn)展了分析,只是將其當(dāng)作一個(gè)物理問(wèn)題來(lái)處理。文中分水平路面和斜坡路面兩個(gè)方面，運(yùn)用公式1(1-1)做了公式推導(dǎo)。XXXX束敏女士在"車輛側(cè)翻的運(yùn)動(dòng)力學(xué)分析及防御措施"中，僅將一些現(xiàn)實(shí)中的特例“車輪下的奇跡列出來(lái)并分析其是否符合原理，然后運(yùn)用離心公式

6、及力矩平衡公式如下2：(1-2)(1-3) 用(1-2)和(1-3)式進(jìn)一步推導(dǎo)計(jì)算及分析解釋，最后簡(jiǎn)單地提了些防御措施。由烏魯木齊部隊(duì)訓(xùn)練處杜國(guó)瑞等人寫的"汽車轉(zhuǎn)彎不容無(wú)視的力學(xué)問(wèn)題"中，主要分析討論爆胎、翻車、漂移、“推頭、甩尾等一些現(xiàn)實(shí)中常發(fā)生的交通事故，該文的著眼點(diǎn)主要放在了司機(jī)駕駛及汽車性能方面，文中只是做了許多的文字分析，并沒(méi)有涉及到系統(tǒng)的計(jì)算3。XX孫衍賓教授在"汽車平安轉(zhuǎn)彎的力學(xué)分析"一文中，超越了前面將汽車看作質(zhì)點(diǎn)的力學(xué)分析方法，對(duì)汽車本身也做一定的力學(xué)分析，重點(diǎn)研究汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)可能發(fā)生側(cè)翻、側(cè)滑等情況并對(duì)其進(jìn)展了一定的討論，文中既涉及

7、到了圓周運(yùn)動(dòng)定理又涉及到了角動(dòng)量定理，把一些現(xiàn)實(shí)中容易忽略的情形也考慮了進(jìn)去，如向內(nèi)側(cè)翻、向內(nèi)側(cè)滑等。通過(guò)對(duì)汽車轉(zhuǎn)彎的力學(xué)分析，導(dǎo)出汽車在不同情況下平安轉(zhuǎn)彎的行車條件，從而減小汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)發(fā)生側(cè)翻、漂移等等的可能4。1.2 主要研究問(wèn)題及目的 本文采用理論分析的方法，突破把汽車看作質(zhì)點(diǎn)的常規(guī)分析法，運(yùn)用構(gòu)造力學(xué)、圓周運(yùn)動(dòng)及牛頓運(yùn)動(dòng)定律等對(duì)汽車轉(zhuǎn)彎進(jìn)展力學(xué)分析。本文以汽車平安行駛為目的來(lái)研究汽車轉(zhuǎn)彎問(wèn)題。用圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，并結(jié)合實(shí)際情況對(duì)方程中的一些變量進(jìn)展X圍限定，如：摩擦因數(shù)，傾角，汽車車寬a及重心等。最后得出結(jié)論，汽車平安轉(zhuǎn)彎的速率X圍及側(cè)翻、漂移等發(fā)生的可能性。本文全方位、多角度、深

8、層次的對(duì)汽車轉(zhuǎn)彎進(jìn)展了系統(tǒng)的力學(xué)分析，并結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)展了討論，從而導(dǎo)出汽車平安轉(zhuǎn)彎條件。2汽車構(gòu)造力學(xué)簡(jiǎn)易分析如圖2-1，將水平地面上的汽車看作一勻質(zhì)矩形,設(shè)質(zhì)心在A且汽車質(zhì)量為m，那么汽車受重力為mg，四個(gè)車輪分別為N1，N2，N3，N4，其中N1，N3在汽車的一邊，N2，N4在汽車的另一邊，那么有 (2-1)圖2-1 汽車簡(jiǎn)易模型及受力 設(shè)汽車的左右兩輪之間的距離為a，質(zhì)心距地面的高度為h，對(duì)圖2-2分析得，(2-2)(2-3) 根據(jù)杠桿原理有：(2-4)(2-5)可得(2-6)且(2-7)圖2-2靜止汽車的受力分析圖3 汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)不同情況的受力分析 設(shè)車輪與路面間的摩擦系數(shù)為，公路彎道

9、的曲率半徑為R，路面傾角為。當(dāng)汽車一速率v在此路面上轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，汽車的受力情況如圖3-1所示。由質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理，可得到公式如下。圖3-1 傾斜路面上運(yùn)動(dòng)的汽車受力示意圖(3-1) (3-2)式中和是靜摩擦力，當(dāng)汽車輪沿斜坡有向下滑動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，前面取負(fù)號(hào)(如圖3-1所示)，當(dāng)汽車輪沿斜面有向上滑動(dòng)的趨勢(shì)時(shí)，前面取正號(hào)5。再分別以左、右輪觸地點(diǎn)和汽車的質(zhì)心為矩心，用角動(dòng)量定理，有(3-3) (3-4) (3-5) 設(shè)汽車以速率v0。在彎道上行駛時(shí)，汽車沿側(cè)向無(wú)滑動(dòng)趨勢(shì)，即將它代入方程(3-2),(3-5)兩式，分別得到:(3-6) (3-7) 將(3-6) , (3-7)兩式代人(3-1)得: (3-

10、8) 此時(shí)，路面對(duì)車輪的支承力的合力為必定垂直于路面且通過(guò)汽車的質(zhì)心，因此，無(wú)論以左、右輪觸地點(diǎn)為矩心還是以質(zhì)心為矩心，其合外力矩都為零。由此可知，汽車在彎道上以速率轉(zhuǎn)彎時(shí)，既無(wú)沿側(cè)向滑動(dòng)的趨勢(shì)，也不可能向彎道的內(nèi)、外兩側(cè)向翻倒6。我們把這個(gè)速率v0稱為該彎道的設(shè)計(jì)速率。當(dāng)汽車的速率不等于v0時(shí)，汽車將會(huì)出現(xiàn)漂移的趨勢(shì)和側(cè)翻的趨勢(shì)。3.1 側(cè)翻情況 汽車不發(fā)生側(cè)翻的條件為 :由方程(3-3)、(3-4)聯(lián)立，可求的汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)不發(fā)生側(cè)翻的速率X圍：式中 (3-9)(3-10) 其中，當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎的速率時(shí)，汽車將向外側(cè)翻；當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎的速率時(shí)，汽車將向內(nèi)側(cè)翻。3.2 漂移情況 汽車不發(fā)生漂移的條件為：

11、(3-11)及 (3-12)其中，；且，為最大靜摩擦力。 根據(jù)上述汽車平安轉(zhuǎn)彎的條件，由方程(3-1)、(3-11)、(3-12)聯(lián)立可求的汽車平安轉(zhuǎn)彎時(shí)不發(fā)生漂移速率X圍為：式中 (3-13)(3-14) 其中，當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎速率時(shí)汽車將沿斜坡向外漂移；當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎速率時(shí)汽車將沿斜坡向內(nèi)漂移。4綜合分析 由上可知，汽車不發(fā)生側(cè)向翻轉(zhuǎn)的速率X圍顯然與靜摩擦力的大小無(wú)關(guān)，而與汽車的質(zhì)心高度有關(guān)。有些教科書中認(rèn)為“摩擦力不夠時(shí)汽車就會(huì)發(fā)生事故的說(shuō)法是不全面的，汽車平安轉(zhuǎn)彎的速率區(qū)間不能僅由靜摩擦力的大小來(lái)決定。下面分三種情況進(jìn)展討論。第一種情況，當(dāng)時(shí)，由式(3-9)、(3-10)、(3-13)、(3-1

12、4)有(4-1)(4-2) 假設(shè)汽車轉(zhuǎn)彎速率在到及到這個(gè)速率區(qū)間之中，那么汽車的翻轉(zhuǎn)將先于滑動(dòng)，故汽車平安轉(zhuǎn)彎的速率區(qū)間應(yīng)是保證汽車不發(fā)生側(cè)向翻轉(zhuǎn)的速率區(qū)間。第二種情況，當(dāng)時(shí)，由(3-9)、(3-10)、(3-13)、(3-14)式可知(4-3)(4-4)假設(shè)汽車速率為或時(shí)，汽車的側(cè)向打滑和側(cè)向翻轉(zhuǎn)都會(huì)同時(shí)發(fā)生，汽車的平安轉(zhuǎn)彎速度為(4-5)5結(jié) 論實(shí)際問(wèn)題中，公路轉(zhuǎn)彎處的路面不會(huì)很滑，路面的傾角不會(huì)很大，且載重汽車的質(zhì)心不會(huì)太高，因而汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)向內(nèi)側(cè)滑動(dòng)和向內(nèi)側(cè)傾翻的可能性很小,一般是汽車由于車速過(guò)大而導(dǎo)致的向外側(cè)滑動(dòng)和向外側(cè)傾翻7。 當(dāng)汽車車輪距a一定時(shí)，汽車和路面間的摩擦系數(shù)越大，汽車的

13、質(zhì)心越低，汽車的平安速率越大。 當(dāng)汽車在平地上轉(zhuǎn)彎時(shí)，在一樣條件下在平地轉(zhuǎn)彎的最大平安速率比在有一定傾斜度的路面上轉(zhuǎn)彎時(shí)小得多，所以汽車平地高速急轉(zhuǎn)彎時(shí)比擬容易發(fā)生事故。參考文獻(xiàn)：1 周侃,周軍.汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的平安速度J.物理教師,2021.06:1221302 束敏.車輛側(cè)翻的運(yùn)動(dòng)力學(xué)分析及防御措施J.道路交通與平安,2021.02:23273杜瑞國(guó).汽車轉(zhuǎn)彎不容無(wú)視的力學(xué)問(wèn)題J.力學(xué)與實(shí)踐,2021.04:72774孫衍賓.汽車平安轉(zhuǎn)彎的力學(xué)分析J.濰坊學(xué)院學(xué)報(bào),2004.06:35385 X立平.汽車轉(zhuǎn)彎的物理學(xué)思考J.創(chuàng)造與創(chuàng)新,2021.04:84876 王愛(ài)國(guó).汽車轉(zhuǎn)彎駕駛J.養(yǎng)護(hù)指南,2001.07:36407陳軍.載貨汽車轉(zhuǎn)彎制動(dòng)模擬研究與評(píng)價(jià)J.汽車研究與開發(fā),1999.01:6569致 本論文在楊麗寰導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下完成的。導(dǎo)師淵博的專業(yè)知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人