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第十章汽车的通过性和行驶平顺性第一节汽车的通过性第二节汽车的行驶平顺性汽车的通过性是指汽车在一定载重下，能以足够高的平均车速，通过各种坏路和无路地带(如松软的土壤、沙漠、雪地、沼泽及坎坷不平地段)，以及克服各种障碍(陡坡、侧坡、台阶、壕沟等)的能力汽车的通过性可分为轮廓通过性和牵引支承通过性。前者是表征车辆通过坎坷不平路段和障碍的能力；后者是指车辆顺利通过松软土壤、沙漠、雪地、冰面、沼泽等地面的能力。山区、矿区、建设工地等使用的车辆和军用车辆，经常行驶在环路和无路地面上。因此，要求这些汽车应具有良好的通过性。一、汽车的通过性在越野行驶时，由于汽车与不规则地面的间隙不足，可能出现汽车被托住而无法通过的现象，称为间隙失效。间隙失效主要有顶起失效、触头失效(或托尾失效)两种形式。顶起失效是车辆中间底部的零件碰到地面，而被顶住的间隙失效。触头失效(或托尾失效)是汽车前端(或车尾)触及地面的间隙失效第一节汽车的通过性下一页返回汽车通过性的几何参数如图10-1所示，这是与防止间隙失效有关的汽车本身的几何参数，主要包括最小离地间隙、接近角、离去角、纵向通过角。另外，汽车的最小转弯直径、最大通道宽度等，也是汽车通过性的重要轮廓参数1．最小离地间隙最小离地间隙(C)是汽车除车轮外的最低点与路面间的距离。它表征汽车无碰撞地越过石块、树桩等障碍物的能力。汽车的前桥、飞轮壳、变速器壳、消声器和主减速器外壳等，通常有较小的离地间隙。在设计越野汽车时，应保证有较大的最小离地间隙2．接近角与离去角接近角(r1)和离去角(r2)是指自车身前、后突出点，向前、后车轮引切线时，切红与路面之间的夹角。它表征了汽车接近或离开障碍物时，不发生碰撞的能力。接近角和离去角越大，则汽车的通过性越好第一节汽车的通过性上一页下一页返回3．纵向通过角当分别切于静载车轮前、后轮胎外线，且垂直于汽车纵向对称平面的两平面，交于车体下部较低部位时，车轮外线两切面之间所夹的最小锐角(α)，为车辆可以超越的最大角度它表征汽车可无碰撞地通过小丘、拱桥等障碍物的轮廓尺寸。纵向通过角越大，汽车的通过性越好。4。最小转弯半径最小转弯半径是指汽车前轮处于最大转角状态行驶时，汽车前轴外侧转向轮中心山在地面上形成的轨迹圆直径。它表征车辆的转向能力和通过狭窄弯曲地带或绕过障碍牧的能力。二、影响汽车通过性的因素1．行驶速度当汽车的行驶速度降低时，土壤的剪切和车轮滑转的倾向减少。因此，困难地段用低速行驶，也可提高汽车的通过性，为此，越野汽车传动系最大总传动比一般较大。第一节汽车的通过性上一页下一页返回越野汽车低稳定车速可按表10-1选取，其值的大小随汽车总质量而定2．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类型、尺寸和气压等，以降低汽车行驶的滚动阻力，提高附着能力。(1)轮胎类型。正确地选择轮胎对提高汽车在一定类型地面上的通过性有很大作用轮胎花纹对附着系数有很大影响，越野汽车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；当汽车在松软地面上行驶时，轮胎下陷，嵌入土壤的凸起花纹的数日增加，与地面接触面积及土壤剪切面积都迅速增加，因而，同样能保证有较好的附着性能第一节汽车的通过性上一页下一页返回当汽车在冰雪路面或表面滑溜底层坚实的道路上行驶时，提高通过性的最简单办法是在轮胎上套防滑链(或使用带防滑钉的轮胎)，相当于在轮胎上增加了一层高而稀的花纹。这时，防滑链能挤出表面的水层，直接与地面接触，有的还会增加土壤剪切面积，从而提高附着能力。(2)轮胎尺寸。轮胎的主要尺寸是轮胎直径和宽度，增大轮胎直径和宽度，能降低轮胎的接地比压。用增加车轮直径的方法来降低接地比压要比增加宽度更为有效。但增大轮胎直径会造成惯性增大，使汽车质心升高，轮胎成本增加，并要采用大传动比的传动系统。因此，大直径轮胎的推广应用受到了限制。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，使汽车在沙漠、雪地、沼泽地面上行驶时，具有良好的通过性。但这种专用于松软地面的特种轮胎，由于花纹较大，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。第一节汽车的通过性上一页下一页返回(3)轮胎的气压。在松软地面上行驶的汽车，应相应降低轮胎的气压，以增大轮胎与地面的接触面积，降低接地比压，提高土壤推力。轮胎气压降低时，虽然土壤的压实阻力随着减小，但轮胎本身的迟滞损失却逐渐增加。为了提高越野汽车通过松软地面的能力；在硬路面上行驶时又不致引起过大的滚动阻力和影响轮胎寿命，可装用轮胎的中央充气系统，使驾驶员能根据道路情况，随时调节轮胎气压(4)前轮距和后轮距。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少，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。(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，比后轮的小20%一30%时，汽车滚动阻力最小。第一节汽车的通过性上一页下一页返回为此，除在设计汽车时，可将负荷按此要求分配于前、后轴，也可以使前、后轮的轮胎气压不同，以产生不同的接地比压3．差速器为了保证各驱动车轮能以不同的角度旋转，在传动系统装有差速器。但普通的齿轮差速器，由于它有使驱动车轮之间转矩平均分配的特性，当某一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。可见，由于差速器的内摩擦，使汽车的驱动力增加了。但是，一般齿轮式差速器的内摩擦不大，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，提高汽车通过性第一节汽车的通过性上一页下一页返回4．驾驶技术驾驶技术对提高汽车通过性有很大影响。汽车通过沙地、泥泞和雪地等松软地面时，应该用低速挡，以保证车辆有较大的驱动力和较低的行驶速度。在行驶中应避免换挡和加速，并保持直线行驶，因为转弯时将引起前后轮辙不重合，增加滚动阻力。后轮是双胎的汽车，常会在两胎间夹杂泥石，或使车轮表面钻附一层很厚的泥，因而使附着系数降低，增加车轮滑转趋势。遇到这种情况，驾驶员适当提高车速，将车轮上的泥甩掉。当汽车传动系统装有差速锁时，驾驶员应该在估计有可能使车轮滑转的地区前，就将差速器锁住。因为车轮一旦滑移后，土壤表面就会被破坏，附着系数下降，再锁住差速锁不会起显著作用。此外，为了提高越野汽车的涉水能力，应注意发动机的分电器总成、火花塞、曲轴箱通气口等的密封问题，并提高空气滤清器的位置，不得浸入水中。普通汽车一般能通过深度为0.5～0.6m的硬底浅水滩第一节汽车的通过性上一页下一页返回三、汽车的倾覆越野汽车在通过障碍物或通过大的侧坡或纵坡时，可能导致汽车的倾覆失效，如图10-2所示在侧坡上直线行驶时，当坡度大到重力通过一侧车轮中心，而另一侧车轮的地面法向反作用力等于零时，则车辆将发生侧翻。此时式中，β为汽车不发生倒翻的极限角。为了防止侧翻，汽车的质心应尽量降低，轮距应尽量宽。第一节汽车的通过性上一页返回汽车是一个复杂的多质量振动系统，其车身通过车架的弹性元件与车桥连接，而车桥又通过弹性轮胎与道路接触，其他如发动机、驾驶室等，也是以橡皮垫固定于车架。在激振力作用下，如道路不平而引起的冲击和加速、减速时的惯性力，以及发动机与传动轴振动等，系统将发生复杂的振动，对乘员的生理反应和所运货物的完整性，均会产生不利的影响。、一、汽车的行驶平顺性汽车的行驶平顺性是指汽车在一般行驶速度范围内行驶时，避免因汽车在行驶过程中所产生的振动和冲击，使人感到不舒服、疲劳，甚至损害健康，或者使货物损坏的性能。由于行驶平顺性主要是根据乘员的舒适程度来评价，所以又称为乘坐舒适性。在坏路上，汽车的允许行驶速度受动力性的影响不大，主要取决于行驶平顺性，而被迫降低行车速度，因而使汽车的平均技术速度减低，运输生产率下降。其次，振动产生的动载荷，加速了零件的磨损，乃至引起损坏，降低了汽车使用寿命。此外，振动还引起能量的消耗，使燃料经济性变坏。第二节汽车的行驶平顺性下一页返回因此，减少汽车本身的振动，不仅关系到乘坐的舒适和所运货物的完整，而且关系到汽车的运输生产率、燃料经济性、使用寿命和工作可靠性等。二、汽车行驶平顺性的评价指标汽车行驶平顺性的评价方法，通常是根据人体对振动的生理反应，及对保持货物完整性的影响制定的，并用振动的物理量，如频率、振幅、加速度等作为行驶平顺性的评价指标目前常用汽车车身振动的固有频率和振动加速度均方根值评价汽车的行驶平顺性。试验表明，为了保持汽车具有良好的行驶平顺性，车身振动的固有频率应为人体所习惯的步行时，身体上、下运动的频率，它为60～80次/min(1～1.6Hz)，振动加速度的极限值为0.2g～0.3g。为了保证运输货物的完整性，车身振动加速度也不宜过大。如果车身加速度达到1g，未经固定的货物，就有可能离开车厢底板，所以，车身振动加速度的极限值应低于0.6～0.7g。第二节汽车的行驶平顺性上一页下一页返回ISO2631-1978E《人体承受全身振动的评价指南》，用加速度的均方根值，给出了在1～80Hz振动频率范围内，人体对振动反应的三个不同的感觉界限。它们分别是暴露极限、疲劳一降低工作效率界限和舒适降低界限。(1)暴露极限。当人体承受的振动强度在这个极限之内，将保持健康或安全。通常把此极限作为人体可以承受振动量的上限。(2)疲劳一降低工作效率界限。这个界限与保持工作效率有关。当驾驶员承受的振动在此界限内时，能保持正常地进行驾驶。(3)舒适降低界限。此界限与保持舒适有关，它影响人在车上进行吃、读、写等动作这三个界限只是容许的振动加速度值不同，暴露极限的值为疲劳一降低效率界限的2倍，舒适降低界限为疲劳一降低工作效率界限的1/3.15。各界限容许加速度值，随频率的变化趋势完全一样。第二节汽车的行驶平顺性上一页下一页返回三、影响汽车行驶平顺性的因素汽车是由多质量组成的复杂振动系统。为了便于分析，需要进行简化。在研究振动时，常将汽车视为由彼此相联系的悬挂质量与非悬挂质量所组成汽车的悬挂质量由车身、车架及其上的总成所构成。该质量由减振器和悬架弹簧与车轴、车轮相连。车轮、车轴构成非悬挂质量，车轮再经过具有一定弹性和阻尼的轮胎支承路面上。悬架结构、轮胎、悬挂质量和非悬挂质量是影响汽车平倾性的重要因素。1.悬架结构悬架结构主要指弹性元件、导向装置与减振装置，其中弹性元件与悬架系统中阻尼对平顺性影响较大第二节汽车的行驶平顺性上一页下一页返回(1)弹性元件。将汽车车身看成一个在弹性悬架上作单自由度振动的质量时，减少悬架刚度，可降低车身的固有频率，提高汽车行驶的平顺性。但是，如果增加高频的非悬挂质量的振动位移，大幅度的车轮振动，有时会使车轮离开地面，在紧急制动时，会产生严重的汽车“点头”现象。为解决这一问题，可采取一些相应措施，如采用具有非线性特性的变刚度悬架，即悬架的刚度随载荷而变，这样可以使得在载荷变化时，保持车身振动的固有频率不变，从而获得良好的平顺性。悬挂的非线性弹性特性，可以通过下述办法来实现：1)在线性悬架中，加入辅助弹簧、复合弹簧，采用适当的导向机构，以及与车架的支承方式等。2)选用具有非线性特性的弹性元件，如空气弹簧、油气弹簧、橡胶弹簧和硅油弹簧(2)阻尼系统的阻尼。为了衰减车身自由振动和抑制车身、车轮的共振，以减小车身的垂直振动加速度和车轮的振幅，悬架系统中应具有适当的阻尼。第二节汽车的行驶平顺性上一页下一页返回在悬架系统中，引起振动衰减的阻尼来源很多。如轮胎变形时，橡胶分子间产生摩擦系统中的减振器、钢板弹簧叶片间的摩擦等减振器的阻尼效果最好，可提高汽车行驶平顺性，改善车轮与道路的接触条件，防止车轮离开路面，因而