第六章汽車通過(guò)性及平順性,第一節(jié) 汽車通過(guò)性,定義：汽車在一定載荷下，以足夠高的平均速度通過(guò)壞路或無(wú)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(guò)性可分為輪廓通過(guò)性和牽引支承通過(guò)性 土壤推力 、土壤阻力,一、輪廓通過(guò)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(wú)法通過(guò)的現(xiàn)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(guò)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(guò)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(guò)性 車輛支承通過(guò)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(guò)性的可能性就小。為了保證車輛的支承通過(guò)性，應(yīng)對(duì)車輛附著質(zhì)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(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 越野汽車在通過(guò)障礙時(shí)，過(guò)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(guò)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。,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。,顯然，汽車不側(cè)翻的最大允許 車速為：,在大側(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,四、影響汽車通過(guò)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(guò)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,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(guò)性 a. 式中： 發(fā)動(dòng)機(jī)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。 b. 車越重 越低。,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(guò)性有著決定性的影響，為了提高汽車的通過(guò)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(guò)性的最簡(jiǎn)單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(guò)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,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(guò)垂直障礙和壕溝能力 從動(dòng)輪越臺(tái)階高度：,表示前輪越過(guò)臺(tái)階的能力,42驅(qū)動(dòng)輪克服垂直障礙物 即 經(jīng)整理：,它表征了汽車后輪越過(guò)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(wú)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,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)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。,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(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(wú)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)。 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(wèn)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 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) 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(lái)制訂的。 用振動(dòng)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(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。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。,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 與保持舒適有關(guān)。 在此極限內(nèi)，人體對(duì)所暴露（承受振動(dòng)）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。 疲勞工效降低界限 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。 暴露（承受振動(dòng)）極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。,三個(gè)界限只是振動(dòng)加速度容許值不同。“暴露極限”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(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(guò)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。,ISO 2631推薦的兩種評(píng)價(jià)方法是1/3倍頻帶分別評(píng)價(jià)法和總加速度加權(quán)均方值評(píng)價(jià)法。,倍頻什么意思？ 聲音可以分解為若干（甚至無(wú)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(wú)明顯聯(lián)系，對(duì)人體的影響主要是由單個(gè)影響最突出的頻帶所造成。因此，要改善行駛平順性，主要避免振動(dòng)能量過(guò)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),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),人體對(duì)各頻帶振動(dòng)的敏感程度不同，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48Hz(垂直)、12Hz(水平)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： -第i頻帶的中心頻率，Hz； -頻率加權(quán)函數(shù)。,垂直方向：,水平方向：,1/3倍頻帶評(píng)價(jià)法小結(jié) pwi反映了人體對(duì)各1/3倍頻帶振動(dòng)強(qiáng)度的感覺。1/3倍頻帶分別評(píng)價(jià)法的評(píng)價(jià)指標(biāo)就是pwi中的最大值(pwi)max 1/3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。 要改善行駛平順性，主要避免振動(dòng)能量過(guò)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。,3. 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)。,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)。,二、影響汽車行駛平順性的結(jié)構(gòu)因素,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,懸掛質(zhì)量,非懸掛質(zhì)量,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. 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)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(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：,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(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f(wàn)s（指汽車滿載時(shí)，剛度不變的懸架在靜載荷下的變形量）。為防止經(jīng)常出現(xiàn)沖擊，懸架還需要有足夠大的動(dòng)撓度（fm）。 為解決增加靜撓度帶來(lái)的其它問(wèn)題，通常采用剛度可變的非線性懸架或采用副簧的辦法。 對(duì)變剛度懸架，靜撓度為：fs=G/C mm,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)現(xiàn)了在有限的動(dòng)行程范圍內(nèi)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。通常后懸架剛度較大些。 2）懸架系統(tǒng)的阻尼阻尼來(lái)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。,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。 3. 懸掛質(zhì)量 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M分解為由無(wú)質(zhì)量的剛性桿互相連接的前軸質(zhì)量M1，后軸質(zhì)量M2以及質(zhì)量中心C上的質(zhì)量M3 三個(gè)集中質(zhì)量分別為：,式中：y繞橫軸y的回轉(zhuǎn)半徑； M1、 M2在垂直方向的運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立。,座位距質(zhì)量中心的距離越近振動(dòng)越小。,4. 非懸掛質(zhì)量減少非懸掛質(zhì)量可降低車身振動(dòng)頻率，增高車輪振動(dòng)頻率。有利于將高頻率共振移向更高的行駛速度，對(duì)行駛平順性有利。 常用非懸掛質(zhì)量與懸掛質(zhì)量之比m/M評(píng)價(jià)非懸掛對(duì)行駛平順性的影響。m/M越小，行駛平順性越好。對(duì)于現(xiàn)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(jié)構(gòu)及布置、車身內(nèi)結(jié)構(gòu)及設(shè)施。,總之，影響行駛平順性的結(jié)構(gòu)參數(shù)很多，且其關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，必須對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行綜合分析，以便正確選擇參數(shù)，提高汽車行駛的平順性。,思考題,1、汽車的通過(guò)性主要包含哪些內(nèi)容？ 2、影響汽車通過(guò)性的主要因素有哪些？ 3、驅(qū)動(dòng)輪的位置和數(shù)目如何影響汽車的牽引通過(guò)性？ 4、如何對(duì)汽車的平順性進(jìn)行評(píng)價(jià)？,