汽车动力学作业

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1、一轮胎的分类及各自特点轮胎作为连接车身与路面的唯一部件,除空气阻力以外,车辆的其它外力几乎都是通过其与路面的作用产生的。轮胎的力学特性对汽车的操纵稳定性、舒适性、动力性和制动安全性起着极其重要的作用。（一） 按用途分类1.轿 车 轮 胎 是 装 于 轿 车 上 的 轮 胎 ， 它 主 要 用 于 良 好 路 面 上 高 速 行 使 ， 最 高 行 驶速 度 可 达 200 千 米 /小 时 以 上 ， 要 求 乘 坐 舒 适 ， 噪 声 小 ， 具 有 良 好 的 操 纵 性 和 稳 定 性 。轮 胎 结 构 多 数 采 用 子 午 线 结 构 。 根 据 行 驶 速 度 的 要 求 分 为

2、不 同 系 列 ， 在 标 准 与 手 册 中 常见 的 有 95、 88 系 列 为 斜 交 轮 胎 ， 80、 75、 70、 65 系 列 为 子 午 线 轮 胎 。2. 轻 型 载 重 汽 车 轮 胎 通 常 指 轮 辋 直 径 16 英 寸 及 其 以 下 的 断 面 宽 9 英 寸 及其 以 上 的 载 重 汽 车 轮 胎 。 这 类 轮 胎 主 要 行 驶 于 公 路 ， 行 驶 速 度 一 般 可 达80 100km/h.3. 载 重 和 公 共 汽 车 轮 胎 通 常 指 轮 辋 直 径 18 24 英 寸 ， 断 面 宽 7 英 寸及 其 以 上 的 载 重 汽 车 ， 自

3、 卸 货 车 ， 各 种 专 用 和 拖 车 等 轮 胎 。 其 行 驶 路 面 较 为 复 杂 ， 有良 好 的 柏 油 路 ， 也 有 较 差 的 碎 石 路 ， 泥 土 路 ， 泥 泞 路 ， 冰 雪 路 ， 甚 至 无 路 面 条 件 等 ， 行驶 速 度 一 般 不 超 过 80km/h.4.工 程 机 械 轮 胎 工 程 机 械 轮 胎 是 装 于 专 用 性 作 业 的 工 程 机 械 车 辆 上 ， 例 如 装 载机 、 推 土 机 、 挖 掘 机 、 平 整 土 地 机 、 压 路 机 和 石 方 作 业 机 等 。 行 驶 速 度 不 高 ， 但 使 用 的路 面 条 件

4、和 载 荷 性 能 要 求 苛 刻 。 轮 胎 主 要 采 用 斜 交 胎 结 构 ， 但 如 法 国 米 其 轮 (粤 音 ，普 通 话 叫 米 其 林 ） 公 司 也 采 用 子 午 线 结 构 。 从 轮 胎 断 面 宽 度 分 类 可 分 为 标 准 轮 胎 和 宽 基轮 胎 两 种 系 列 。5. 越 野 汽 车 轮 胎 越 野 汽 车 为 前 后 轮 驱 动 。 越 野 汽 车 轮 胎 主 要 行 驶 在 坏 路 面 上如 沙 漠 、 泥 泞 地 、 松 软 土 壤 或 其 它 无 路 面 道 路 ， 要 求 轮 胎 具 有 较 高 的 通 过 性 能 ， 越 野 轮胎 往 往 采

5、 用 低 气 压 ， 有 的 还 采 用 调 压 轮 胎 ， 根 据 路 面 条 件 来 调 节 轮 胎 气 压 的 大 小 。 为 了提 高 越 野 通 过 性 ， 一 般 采 用 加 宽 轮 胎 断 面 和 轮 辋 宽 度 ， 及 降 低 轮 辋 直 径 等 措 施 ， 以 便 增大 接 地 面 积 和 降 低 接 地 压 力 。 轮 胎 结 构 除 采 用 斜 交 胎 结 构 外 ， 也 用 子 午 线 结 构 。 6. 农 业 和 林 业 机 械 轮 胎 农 用 轮 胎 主 要 装 在 拖 拉 机 、 康 拜 因 联 合 收 割 机 和 农 机具 车 辆 上 使 用 。 林 业 机 械

6、 轮 胎 装 在 林 业 拖 拉 机 和 林 业 机 械 上 ， 进 行 林 业 的 采 伐 、 集 材 、铲 运 和 挖 掘 等 作 业 。 这 两 种 轮 胎 的 特 点 都 是 行 驶 速 度 要 求 不 高 ， 但 其 使 用 条 件 苛 刻 ， 经常 行 驶 于 状 况 不 良 的 田 间 小 路 和 坚 硬 的 留 茬 地 或 石 子 山 路 ， 甚 至 是 无 路 面 的 道 路 ， 轮 胎易 被 划 伤 或 割 破 。 另 一 个 特 点 是 间 歇 作 业 、 里 程 短 ， 但 使 用 期 较 长 ， 因 此 要 求 轮 胎 具 有较 好 的 耐 屈 挠 龟 裂 和 耐 老

7、 化 性 能 。 轮 胎 以 斜 交 结 构 为 主 ， 但 也 采 用 子 午 线 结 构 。7.工 业 车 辆 轮 胎 主 要 用 于 工 业 车 辆 上 的 充 气 轮 胎 、 半 实 心 轮 胎 和 实 心 轮 胎 。 分电 瓶 车 轮 胎 、 叉 车 轮 胎 和 平 板 车 轮 胎 等 。8.摩 托 车 轮 胎 用 于 摩 托 车 上 的 轮 胎 。 包 括 摩 托 车 轮 胎 、 轻 便 摩 托 车 轮 胎 和 小 轮径 摩 托 车 轮 胎 。9.航 空 轮 胎 用 于 航 空 飞 行 器 上 的 充 气 轮 胎 。10.特 种 车 辆 轮 胎 包 括 炮 车 轮 胎 、 坦 克

8、轮 胎 、 装 甲 车 轮 胎 、 沙 漠 轮 胎 、 防 爆 车辆 轮 胎 等 。11.力 车 轮 胎 用 于 自 行 车 、 三 轮 车 和 手 推 车 的 充 气 轮 胎 。（二） 按结构分类1.斜交轮胎的帘线按斜线交叉排列，故而得名。特点是胎面和胎侧的强度大，但胎侧刚度较大，舒适性差，由于高速时帘布层间移动与磨擦大，并不适合高速行驶。随着子午线轮胎的不断改进，斜交轮胎将基本上被淘汰。2. 子午线轮胎的帘线排列方向与轮胎子午断面一致，其帘布层相当于轮胎的基本骨架。由于行驶时轮胎要承受较大的切向作用力，为保证帘线的稳固，在其外部又有若干层由高强度、不易拉伸的材料制成的带束层(又称箍紧层)

9、，其帘线方向与子午断面呈较大的交角。从设计上讲，斜交线轮胎有很多局限性，如由于交叉的帘线强烈摩擦，使胎体易生热，因此加速了胎纹的磨损，且其帘线布局也不能很好地提供优良的操控性和舒适性；而子午线轮胎中的钢丝带则具有较好的柔韧性以适应路面的不规则冲击，又经久耐用，它的帘布结构还意味着在汽车行驶中有比斜交线小得多的摩擦，从而获得了较长的胎纹使用寿命和较好的燃油经济性。子午线轮胎与普通斜线轮胎相比，弹性大，耐磨性好，滚动阻力小，附着性能好，缓冲性能好，承载能力大，不易刺穿；缺点是胎侧易裂口，由于侧向变形大，导致汽车侧向稳定性稍差，制造技术要求高，成本较高。二 回正力矩的产生回正力矩计算前转向轮的回正力

10、矩主要由侧偏力、主销内倾和纵向力提供。现分述如下：1. 侧偏力产生回正力矩侧偏力产生回正力矩的力臂来自两个方面。一是主销后倾产生的主销后倾拖矩；另一是轮胎侧偏特性产生的气胎拖距。计算轮胎侧偏力的轮胎模型有多种，而由 Fiala 轮胎模型计算侧偏力较为准确且参数较容易获得。因此，选用该轮胎模型且考虑前轮定位参数影响，使用该侧偏力修正模型，得出：式中 是车轮的侧偏力； 是轮胎垂直载荷； 是滑动摩擦系数； 是轮胎外倾刚yFzFrK度； 是车轮外倾角； 的量纲是侧偏角，k 是轮胎侧偏刚度， 是轮胎侧偏角，在小侧偏角时 = 0.0267(4.5 . L) + 0.0064，其中 L 是轴距。具有主销后倾

11、的车轮总拖距为：式中： 是轮胎的总拖距； 是气胎拖距； 是主销后倾拖距； 是前轮主销后倾角；tcR 是轮胎静力半径； L 是轮胎接地印迹的长度。关于轮胎接地印迹长度的计算本文选用Komandi 的轮胎印迹长度计算式，即：式中：D 是前轮名义外径； 是前桥垂直载荷下径向变形量；b 是轮胎宽度；C 和 Q 是系数（C 是轮胎设计参数，斜交胎 =1.15，子午胎=1.5；Q = 0.0015b + 0.42） ； 是前桥垂1G直载荷； p 是轮胎气压。该公式参数易获取且计算较准确。左右轮侧偏力产生的总回正力矩为：2. 主销内倾产生回正力矩由于前轮主销内倾，前轮偏转时使前轮有抬高的倾向，使前桥产生位能

12、而由其产生回正力矩。本文选用清华大学魏道高博士的计算公式：式中：q是转向节节点到前轮安装中心平面的距离；是主销内倾角；1是前轮转向角； B是前轮两主销轴线与地面交点间距离。3. 纵向力产生的回正力矩由于左右轮胎纵向力对主销产生的回正力矩方向相反，可以近似看作相互抵消。因此，左右轮胎纵向力产生的总回正力矩近似为零。4. 总回正力矩在忽略纵向力产生的回正力矩的条件下，前轮转向后产生总回正力矩：三 推导汽车纵向运动方程图 3.1 汽车纵向运动模型车身前轮后轮而总质量和总重量有几部分组成另外为了赢得正的轮缘轴向力，来自发动机输出力矩的驱动力矩必须大于车轮处的阻力。从式（4.1.2）和式（4.1.3）得

13、出其中 因此得四 风阻部分的推导汽车行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力称为空气阻力。对于汽车车身，空气阻力分为摩擦阻力和压力阻力。摩擦阻力是由空气的粘性在车身表面产生的切向力的合力在行驶方向的分力；压力阻力则是作用在汽车车身表面上的正压力的合力在行驶方向的分力，它可分为形状阻力、干扰阻力、内循环阻力和诱导阻力。其中，形状阻力占压力阻力的大部分，与车身形状有直接关系；干扰阻力是车身表面突起部分(如后视镜、挡泥板、门把、引水槽、悬架导向杆、驱动轴等零件)引起的气流干扰而产生的阻力；发动机冷却和车身内部通风等使进入的空气在排出时流速降低所产生的阻力称为内循环阻力；诱导阻力则是空气升力在水平方向

14、的分力。在空气阻力中，形状阻力约占6O ，可见，车身形状是影响空气阻力的主要因素。在汽车行驶范围内，空气阻力F 通常与气流相对速度的动压力；成正比，即2/1 2/1rDwACF式中： 为空气阻力系数，一般应是雷诺数 的函数，在车速较高、动压力较高而相应DCeR气体的粘性摩擦较小时， 不随 而变化；A 为迎风面积，即汽车行驶方向的投影面积De( )； 为空气密度，一般 =12258 ； 为相对速度，在无风时即汽车2m42.mSNru的行驶速度(ms)。五 ABS 控制原理和布置形式（1）ABS 控制原理ABS的控制方法主要有逻辑门限值控制、最优控制和滑动模态变结构控制等，但目前绝大多数ABS采用

15、逻辑门限值控制方式。逻辑门限值控制方式通常是将车轮的减速度(或角减速度)和加速度(或角加速度)作为主要控制门限，而将车轮滑移率作为辅助控制门限。因为采用其中任何一种门限作为控制都存在着较大的局限性。例如，仅以车轮的加、减速度作为控制门限时，当汽车在湿滑路面上高速行驶过程中进行紧急制动，车轮滑移率离开稳定区域较远时，车轮减速度可达到控制门限值；而对于驱动轮，如果制动时没有分离离合器，由于车轮系统存在很大的转动惯量，又会造成车轮滑移率进入不稳定区域而车轮减速度仍未达到控制门限值，会严重影响控制效果。仅以车轮的滑移率作为控制门限值时，由于路面情况不同，峰值附着系数滑移率的变化范围较大(8 3O )，

16、因此仅以固定的滑移率门限值作为控制门限，很难保证在各种路面的条件下都能获得最佳的制动效果。而将车轮加、减速度和滑移率控制门限结合起来，将有助于路面情况的识别，提高系统的自适应控制能力。控制系统中车轮加速度或减速度信号可以由ECU根据轮速传感器输入的信号经过计算确定。在确定实际的滑移率时，先要确定车轮中心的实际纵向速度(车身速度)，制动时确定车轮中心的实际纵向速度相当困难，因此通常由ECU根据各轮速传感器输入的信号按一定的逻辑确定汽车的参考速度，再计算出车轮的参考滑移率，此值与实际滑移率存在一定的差异。逻辑门限值控制方法中的车轮加速度(或角加速度)、减速度(或角减速度)、参考滑移率等控制门限值都是通过反复试验获得的经验数据。图5.1 ABS控制单元（2）ABS布置形式按照控制通道数目的不同，ABS系统分为四通道、三通道、双通道和单通道四种形式，而其布置形式却多种多样。 1. 四通道ABS