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1、第六章汽車通過性及平順性,第一節(jié) 汽車通過性,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 在越野行駛時，由于汽車與不規(guī)則地面的間隙不足，可能出現汽車被托住而無法通過的現象，稱為間隙失效。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是與防止間隙失效有關的汽車本身的幾何參數。它們主要包括: 最小離地間隙、 接近角、 離去角、 縱向通過角 最小轉彎直徑和內輪差、 轉彎通道圓,二、牽引支承通過性 車輛支承通過

2、性的主要評價指標包括附著質量、附著系數及車輛接地比壓。 1. 附著質量和附著質量系數 附著質量是指輪式車輛驅動軸載質量。 車輛附著質量與總質量之比，稱為附著質量系數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，應對車輛附著質量有明確的要求。,2. 車輪接地比壓 車輪接地比壓是指車輪對地面的單位壓力。 車輛在松軟地面上行駛的滾動阻力系數和附著系數都與車輪接地比壓直接有關。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，當汽車行駛在粘性土壤和松軟雪地上時， 降低車輪接地比壓可使得車輪接地面積增加，提高地面承受的剪切力，

3、使車輪不易打滑。,三、汽車的傾覆失效 越野汽車在通過障礙時，過大的側坡或縱坡會導致汽車傾覆失效。 汽車在側坡上直線行駛時，當坡度大到使重力通過一側車輪接地中心，而另一側車輪的地面法向反作用力等于零時，則汽車將發(fā)生側翻。此時有 為了防止側翻，汽車質心高度應低，輪距應 寬。,在良好道路上汽車高速曲線行駛時，側向慣性力的作用也會導致側翻。,顯然，汽車不側翻的最大允許 車速為：,在大側坡角度的坡道上也可能發(fā)生側滑，此時 當側坡角的正切值等于側向附著系數時，汽車發(fā)生整車側滑。通常認為，與其發(fā)生側翻，不如發(fā)生側滑。 滿足下式,四、影響汽車通過性的因素 1. 汽車的最大單位驅動力 由于汽車越野行駛的阻力很大

4、，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動力。 其中： 為分動器傳動比。 a. 提高發(fā)動機功率 b. 提高傳動比（分動箱） c. 限載,為了獲得足夠大的單位驅動力：,2行駛速度 行駛車速低車輪滑轉的可能性通過性 a. 式中： 發(fā)動機最低穩(wěn)定轉速。 b. 車越重 越低。,越野汽車傳動系最大總傳動比一般較大,3汽車輪胎 車輪對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、結構參數、氣壓等，使汽車行駛滾動阻力較小，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

5、面滑溜泥濘而底層堅實的道路上，提高通過性的最簡單辦法是在輪胎套上防滑鏈,b輪胎尺寸 輪胎直徑滾動阻力（接觸面積單位壓力車轍）但，車輪慣性 重心 價格 傳動比i 輪胎寬度 ,c. 輪胎氣壓 P 接地F 比壓 f 當車輪通過不同路面時，要求不同的P，故有“中央充氣系統(tǒng)”，但結構復雜，可靠性差，應用不廣。,所以，在一定的地面上有一個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. 驅動車輪數目：數目，G,F d. 車輪半徑： r 越過垂直障礙和壕溝能力 從動輪越臺階高度：,表示前輪越過臺階的能力,42驅動輪克服垂直障礙物 即 經整理：,

6、它表征了汽車后輪越過臺階的能力。,4液力傳動 提高發(fā)動機工作穩(wěn)定性 消除傳動系扭振現象 5差速器 當有差速作用時： 當無差速作用時 （越野汽車常采用高摩擦式差速器 ） 6懸架 獨立懸架，附著性能，離地間隙 7拖掛 動力因數下降 相對附著重量下降,8. 驅動防滑系統(tǒng)(ASR) 汽車在泥濘道路或冰雪路面行駛時，因路面的附著系數小，常會出現驅動輪滑轉現象。 控制方式有以下幾種： 發(fā)動機輸出轉矩 制動驅動輪 鎖止差速器 這些控制方式的目的都是調節(jié)驅動輪上的驅動力矩。,9駕駛方法 1）低速穩(wěn)定直線行駛，少換檔。 2）行駛到好路時提高車速。 3）合理使用自鎖差速器。 4）涉水時應保護電氣，曲軸箱通風和空濾

7、器及排氣管。,第二節(jié) 汽車平順性,概述 汽車行駛平順性，是指汽車在一般行駛速度范圍內行駛時，能保證乘員不會因車身振動而引起不舒服和疲勞的感覺，以及保持所運貨物完整無損的性能。 振動：路面不平等原因引起汽車振動，它影響舒適性和身體健康。 保持振動環(huán)境的舒適性，以保持駕駛員在復雜行駛和操縱條件下，具有良好的心理狀態(tài)和準確靈敏的反應。 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。 振動產生的動載荷，會加速零件磨損乃至引起

8、損壞 因此，減少汽車本身的振動，不僅關系到乘坐的舒適和所運貨物的完整，而且關系到汽車的運輸生產率（速度）、燃料經濟性、使用壽命和工作可靠性等。,一、汽車行駛平順性的評價指標 汽車行駛平順性的評價方法，通常是根據人體對振動的生理反應及對保持貨物完整性的影響來制訂的。 用振動的物理量，如頻率、振幅、加速度、加速度變化率等作為行駛平順性的評價指標。,平順性評價指標 三個界限：ISO 2631人體承受全身振動的評價指南。用加速度均方根值給出了人體在180Hz振動頻率范圍內對振動反應的三個不同感覺界限： 舒適降低界限、疲勞工效降低界限、暴露極限。,目前，常用汽車車身振動的固有頻率和振動加速度評價汽車的行

9、駛平順性,舒適降低界限 與保持舒適有關。 在此極限內，人體對所暴露（承受振動）的振動環(huán)境主觀感覺良好，并能順利完成吃、讀、寫等動作。 疲勞工效降低界限 與保持工作效率有關。 當駕駛員承受振動在此極限內時，能保持正常地進行駕駛。 暴露（承受振動）極限通常作為人體可以承受振動量的上限。 當人體承受的振動強度在這個極限之內，將保持健康或安全。,三個界限只是振動加速度容許值不同?！氨┞稑O限”值為“疲勞工效降低界限”的2倍(增加6dB)；“舒適降低界限”為“疲勞-工效降低界限的1/3.15；,2. 1/3倍頻帶分別評價法 直接分別評價法是把“疲勞工效降低界限”及由計算或頻譜分析儀處理得到的1/3倍頻帶的

10、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”評價汽車平順性，首先要對經過汽車座椅傳至人體的振動進行頻譜分析(頻率)，得到1/3倍頻帶的加速度均方值譜。,ISO 2631推薦的兩種評價方法是1/3倍頻帶分別評價法和總加速度加權均方值評價法。,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，在聲音信號頻譜分析一般不需要對每個頻率成分進行具體分析。為了方便起見，人們把20Hz到20KHz的聲頻范圍分為幾個段落，每個頻帶成為一個頻程。

11、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十個頻率，后一個頻率均為前一個頻率的兩倍，因此被稱為倍頻程，而且后一個頻率的頻率帶寬也是前一個頻率的兩倍。 在有些更為精細的要求下，將頻率更細地劃分，形成1/3倍頻程，也就是把每個倍頻程再劃分成三個頻帶，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等三十個頻

12、率，后一個頻率均為前一個頻率的 倍。,1/3倍頻帶分別評價法認為，當有多個頻帶的振動能量作用于人體時，各頻帶的作用無明顯聯(lián)系，對人體的影響主要是由單個影響最突出的頻帶所造成。因此，要改善行駛平順性，主要避免振動能量過于集中，尤其是在人體最敏感的頻率范圍內，不應該有突出的尖峰。,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系為 (6-30) 分析帶寬為 (631),將振動傳至人體加速度的功率譜密度 對所對應的1/3倍頻帶中心頻率在帶寬區(qū)間積分，得到各個1/3倍頻帶的加速度均方根值分量 ，即 (6-32),人體對各頻帶振動的敏感程度

13、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強度的大小。,為此，引入人體對不同頻率振動敏感程度的頻率加權函數。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行頻率加權，等效于48Hz(垂直)、12Hz(水平)的分量數值。即按人體感覺的振動強度相等的原則，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間。加權加速度均方根值分量的計算式為 (6-33) 式中： -第i頻帶的中心頻率，Hz； -頻率加權函數。,垂直方向：,水平方向：,1/3倍頻帶評價法小結 pwi反映了人體對各1/3倍頻帶振動強度

14、的感覺。1/3倍頻帶分別評價法的評價指標就是pwi中的最大值(pwi)max 1/3倍頻帶分別評價法認為：多個頻帶振動能量作用于人體時，對人體影響主要由單個影響最突出頻帶所造成。 要改善行駛平順性，主要避免振動能量過于集中，尤其在人體最敏感的頻率范圍內，不應該有突出的尖峰。,3. 總加權值評價法 在處理平順性試驗結果或計算設計參數對振動的影響時，通常還采用傳至人體振動的加速度均方根值 或車身振動的加速度均方根值 作為評價平順性的指標。,方法簡單、適用振動頻率分布相似的條件下進行對比,和 值等于180Hz中20個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

15、。,二、影響汽車行駛平順性的結構因素,為了便于分析，需要對由多質量組成的汽車振動系統(tǒng)進行簡化,懸掛質量,非懸掛質量,懸架結構、輪胎、懸掛質量和非懸掛質量是影響汽車平順性的重要因素。,1. 懸架結構彈性元件、導向裝置和減振裝置。以彈性元件和懸架系統(tǒng)中的阻尼裝置影響較大。 1）彈性元件減少懸架剛度可降低車身的固有振動頻率，改善平順性。 將車身看成在彈性懸架上作單自由度振動的質量時，其固有頻率為：,式中：C 懸架剛度，N/mm；G 懸掛重力，N；g 重力加速度，g =9810 mm/s2,減少C，可降低f0 當汽車的其它結構參數不變，要使懸架具有低的f0，懸架就必須具有很大的靜撓度fs（指汽車滿載時

16、，剛度不變的懸架在靜載荷下的變形量）。為防止經常出現沖擊，懸架還需要有足夠大的動撓度（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采用副簧的辦法。 對變剛度懸架，靜撓度為：fs=G/C mm,對于載荷變化較大的貨車而言，會明顯改善行駛平順性。,懸架剛度隨行程而變化，實現了在有限的動行程范圍內有足夠的動容量。,為減小車身縱向角振動，前后懸架靜撓度要做到合理匹配。通常后懸架剛度較大些。 2）懸架系統(tǒng)的阻尼阻尼來源于減振器、摩擦副、輪胎變形等。 減振器的阻尼系數選擇適當，可以提高汽車行駛平順性。,2. 輪胎減少輪胎徑向剛度，可以使懸架換算剛度減少1015%，改善汽車平順性

17、。 3. 懸掛質量 車身的振動主要以自振頻率進行。,為研究方便，將汽車的懸掛質量M分解為由無質量的剛性桿互相連接的前軸質量M1，后軸質量M2以及質量中心C上的質量M3 三個集中質量分別為：,式中：y繞橫軸y的回轉半徑； M1、 M2在垂直方向的運動相互獨立。,座位距質量中心的距離越近振動越小。,4. 非懸掛質量減少非懸掛質量可降低車身振動頻率，增高車輪振動頻率。有利于將高頻率共振移向更高的行駛速度，對行駛平順性有利。 常用非懸掛質量與懸掛質量之比m/M評價非懸掛對行駛平順性的影響。m/M越小，行駛平順性越好。對于現代轎車m/M=10.5%14.5%，可以保證良好的行駛平順性。 乘座舒適性在很大程度上還取決于座位結構及布置、車身內結構及設施。,總之，影響行駛平順性的結構參數很多，且其關系錯綜復雜，必須對這些參數進行綜合分析，以便正確選擇參數，提高汽車行駛的平順性。,思考題,1、汽車的通過性主要包含哪些內容？ 2、影響汽車通過性的主要因素有哪些？ 3、驅動輪的位置和數目如何影響汽車的牽引通過性？ 4、如何對汽車的平順性進行評價？,