汽车运用工程-第6章 汽车通过性及平顺性

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1、第六章 汽车通过性及平顺性,第一节 汽车通过性,定义：汽车在一定载荷下，以足够高的平均速度通过坏路或无路地带（松软地、砂地、雪地、坎坷路面）和克服各种障碍的能力。 汽车通过性可分为轮廓通过性和牵引支承通过性 土壤推力 、土壤阻力,一、轮廓通过性 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。 汽车通过性的几何参数是与防止间隙失效有关的汽车本身的几何参数。它们主要包括: 最小离地间隙、 接近角、 离去角、 纵向通过角 最小转弯直径和内轮差、 转弯通道圆,二、牵引支承通过性 车辆支承通

2、过性的主要评价指标包括附着质量、附着系数及车辆接地比压。 1. 附着质量和附着质量系数 附着质量是指轮式车辆驱动轴载质量。 车辆附着质量与总质量之比，称为附着质量系数Ku。 显然， Ku值大有利于汽车在坏路面上行驶，丧失通过性的可能性就小。为了保证车辆的支承通过性，应对车辆附着质量有明确的要求。,2. 车轮接地比压 车轮接地比压是指车轮对地面的单位压力。 车辆在松软地面上行驶的滚动阻力系数和附着系数都与车轮接地比压直接有关。车轮接地比压小，轮辙深度小，车轮的行驶阻力和车轮沉陷失效的概率就小。同样，当汽车行驶在粘性土壤和松软雪地上时， 降低车轮接地比压可使得车轮接地面积增加，提高地面承受的剪切力

3、，使车轮不易打滑。,三、汽车的倾覆失效 越野汽车在通过障碍时，过大的侧坡或纵坡会导致汽车倾覆失效。 汽车在侧坡上直线行驶时，当坡度大到使重力通过一侧车轮接地中心，而另一侧车轮的地面法向反作用力等于零时，则汽车将发生侧翻。此时有 为了防止侧翻，汽车质心高度应低，轮距应 宽。,在良好道路上汽车高速曲线行驶时，侧向惯性力的作用也会导致侧翻。,显然，汽车不侧翻的最大允许 车速为：,在大侧坡角度的坡道上也可能发生侧滑，此时 当侧坡角的正切值等于侧向附着系数时，汽车发生整车侧滑。通常认为，与其发生侧翻，不如发生侧滑。 满足下式,四、影响汽车通过性的因素 1. 汽车的最大单位驱动力 由于汽车越野行驶的阻力很

4、大，为了充分利用地面提供的挂钩牵引力，保证汽车通过性，除了减少行驶阻力外，还必须增加汽车的最大单位驱动力。 其中： 为分动器传动比。 a. 提高发动机功率 b. 提高传动比（分动箱） c. 限载,为了获得足够大的单位驱动力：,2行驶速度 行驶车速低车轮滑转的可能性通过性 a. 式中： 发动机最低稳定转速。 b. 车越重 越低。,越野汽车传动系最大总传动比一般较大,3汽车轮胎 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花纹、结构参数、气压等，使汽车行驶滚动阻力较小，附着能力较大。 a.轮胎花纹 粘性土壤轮剌高，沟深抓着力， 脱泥 越野汽车的轮胎具有宽而深的花纹 在

5、表面滑溜泥泞而底层坚实的道路上，提高通过性的最简单办法是在轮胎套上防滑链,b轮胎尺寸 轮胎直径滚动阻力（接触面积单位压力车辙）但，车轮惯性 重心 价格 传动比i 轮胎宽度 ,c. 轮胎气压 P 接地F 比压 f 当车轮通过不同路面时，要求不同的P，故有“中央充气系统”，但结构复杂，可靠性差，应用不广。,所以，在一定的地面上有一个最小地面阻力的轮胎气压,汽车车轮 a. 轮距： 相等车辙重合f b. 前后轮压：前轮单位压力后轮单位压力f c. 驱动车轮数目：数目，G,F d. 车轮半径： r 越过垂直障碍和壕沟能力 从动轮越台阶高度：,表示前轮越过台阶的能力,42驱动轮克服垂直障碍物 即 经整理：

6、,它表征了汽车后轮越过台阶的能力。,4液力传动 提高发动机工作稳定性 消除传动系扭振现象 5差速器 当有差速作用时： 当无差速作用时 （越野汽车常采用高摩擦式差速器 ） 6悬架 独立悬架，附着性能，离地间隙 7拖挂 动力因数下降 相对附着重量下降,8. 驱动防滑系统(ASR) 汽车在泥泞道路或冰雪路面行驶时，因路面的附着系数小，常会出现驱动轮滑转现象。 控制方式有以下几种： 发动机输出转矩 制动驱动轮 锁止差速器 这些控制方式的目的都是调节驱动轮上的驱动力矩。,9驾驶方法 1）低速稳定直线行驶，少换档。 2）行驶到好路时提高车速。 3）合理使用自锁差速器。 4）涉水时应保护电气，曲轴箱通风和空

7、滤器及排气管。,第二节 汽车平顺性,概述 汽车行驶平顺性，是指汽车在一般行驶速度范围内行驶时，能保证乘员不会因车身振动而引起不舒服和疲劳的感觉，以及保持所运货物完整无损的性能。 振动：路面不平等原因引起汽车振动，它影响舒适性和身体健康。 保持振动环境的舒适性，以保持驾驶员在复杂行驶和操纵条件下，具有良好的心理状态和准确灵敏的反应。 汽车的平顺性影响“ 人汽车”系统的操纵稳定性以及行驶安全性。,平顺性问题 : 引起车身共振的行驶速度尽可能地远离汽车行驶的常用速度 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，而被迫降低汽车行车速度。 振动产生的动载荷，会加速零件磨损乃至引

8、起损坏 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（速度）、燃料经济性、使用寿命和工作可靠性等。,一、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来制订的。 用振动的物理量，如频率、振幅、加速度、加速度变化率等作为行驶平顺性的评价指标。,平顺性评价指标 三个界限：ISO 2631人体承受全身振动的评价指南。用加速度均方根值给出了人体在180Hz振动频率范围内对振动反应的三个不同感觉界限： 舒适降低界限、疲劳工效降低界限、暴露极限。,目前，常用汽车车身振动的固有频率和振动加速度评价汽车的

9、行驶平顺性,舒适降低界限 与保持舒适有关。 在此极限内，人体对所暴露（承受振动）的振动环境主观感觉良好，并能顺利完成吃、读、写等动作。 疲劳工效降低界限 与保持工作效率有关。 当驾驶员承受振动在此极限内时，能保持正常地进行驾驶。 暴露（承受振动）极限通常作为人体可以承受振动量的上限。 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。,三个界限只是振动加速度容许值不同。“暴露极限”值为“疲劳工效降低界限”的2倍(增加6dB)；“舒适降低界限”为“疲劳-工效降低界限的1/3.15；,2. 1/3倍频带分别评价法 直接分别评价法是把“疲劳工效降低界限”及由计算或频谱分析仪处理得到的1/3倍频带

10、的加速度均方值画在同一张频谱图上。然后，检查各频带的加速度均方差是否都保持在界限值之下。,为了用“疲劳工效降低界限”评价汽车平顺性，首先要对经过汽车座椅传至人体的振动进行频谱分析(频率)，得到1/3倍频带的加速度均方值谱。,ISO 2631推荐的两种评价方法是1/3倍频带分别评价法和总加速度加权均方值评价法。,倍频什么意思？ 声音可以分解为若干（甚至无限多）频率分量的合成。为了测量和描述声音频率特性，人们使用频谱。人耳听音的频率范围为20Hz到20KHz，在声音信号频谱分析一般不需要对每个频率成分进行具体分析。为了方便起见，人们把20Hz到20KHz的声频范围分为几个段落，每个频带成为一个频程

11、。频率的表示方法常用倍频程和1/3倍频程。 倍频程的中心频率是31.5、63、125、250、500、1K、2K、4K、8K、16KHz十个频率，后一个频率均为前一个频率的两倍，因此被称为倍频程，而且后一个频率的频率带宽也是前一个频率的两倍。 在有些更为精细的要求下，将频率更细地划分，形成1/3倍频程，也就是把每个倍频程再划分成三个频带，中心频率是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等三十个

12、频率，后一个频率均为前一个频率的 倍。,1/3倍频带分别评价法认为，当有多个频带的振动能量作用于人体时，各频带的作用无明显联系，对人体的影响主要是由单个影响最突出的频带所造成。因此，要改善行驶平顺性，主要避免振动能量过于集中，尤其是在人体最敏感的频率范围内，不应该有突出的尖峰。,1/3倍频带上限频率与下限频率的比值为 (6-28) 中心频率为 (629) 上限频率、下限频率与中心频率的关系为 (6-30) 分析带宽为 (631),将振动传至人体加速度的功率谱密度 对所对应的1/3倍频带中心频率在带宽区间积分，得到各个1/3倍频带的加速度均方根值分量 ，即 (6-32),人体对各频带振动的敏感程

13、度不同，带宽加速度均方根值分量的大小，不能真正反映人体感觉振动强度的大小。,为此，引入人体对不同频率振动敏感程度的频率加权函数。将人体最敏感频率范围以外的各1/3倍频带加速度均方根值分量进行频率加权，等效于48Hz(垂直)、12Hz(水平)的分量数值。即按人体感觉的振动强度相等的原则，折算为最敏感的频率范围。用和最敏感频率范围的允许加速度均方值根值比较，确定按疲劳-工效降低界限或舒适降低界限允许的暴露时间。加权加速度均方根值分量的计算式为 (6-33) 式中： -第i频带的中心频率，Hz； -频率加权函数。,垂直方向：,水平方向：,1/3倍频带评价法小结 pwi反映了人体对各1/3倍频带振动强

14、度的感觉。1/3倍频带分别评价法的评价指标就是pwi中的最大值(pwi)max 1/3倍频带分别评价法认为：多个频带振动能量作用于人体时，对人体影响主要由单个影响最突出频带所造成。 要改善行驶平顺性，主要避免振动能量过于集中，尤其在人体最敏感的频率范围内，不应该有突出的尖峰。,3. 总加权值评价法 在处理平顺性试验结果或计算设计参数对振动的影响时，通常还采用传至人体振动的加速度均方根值 或车身振动的加速度均方根值 作为评价平顺性的指标。,方法简单、适用振动频率分布相似的条件下进行对比,和 值等于180Hz中20个1/3倍频带加速度均方根值分量 或 平方和的平方根。即 (6-36) 式中：N频带

15、数。,二、影响汽车行驶平顺性的结构因素,为了便于分析，需要对由多质量组成的汽车振动系统进行简化,悬挂质量,非悬挂质量,悬架结构、轮胎、悬挂质量和非悬挂质量是影响汽车平顺性的重要因素。,1. 悬架结构弹性元件、导向装置和减振装置。以弹性元件和悬架系统中的阻尼装置影响较大。 1）弹性元件减少悬架刚度可降低车身的固有振动频率，改善平顺性。 将车身看成在弹性悬架上作单自由度振动的质量时，其固有频率为：,式中：C 悬架刚度，N/mm；G 悬挂重力，N；g 重力加速度，g =9810 mm/s2,减少C，可降低f0 当汽车的其它结构参数不变，要使悬架具有低的f0，悬架就必须具有很大的静挠度fs（指汽车满载

16、时，刚度不变的悬架在静载荷下的变形量）。为防止经常出现冲击，悬架还需要有足够大的动挠度（fm）。 为解决增加静挠度带来的其它问题，通常采用刚度可变的非线性悬架或采用副簧的办法。 对变刚度悬架，静挠度为：fs=G/C mm,对于载荷变化较大的货车而言，会明显改善行驶平顺性。,悬架刚度随行程而变化，实现了在有限的动行程范围内有足够的动容量。,为减小车身纵向角振动，前后悬架静挠度要做到合理匹配。通常后悬架刚度较大些。 2）悬架系统的阻尼阻尼来源于减振器、摩擦副、轮胎变形等。 减振器的阻尼系数选择适当，可以提高汽车行驶平顺性。,2. 轮胎减少轮胎径向刚度，可以使悬架换算刚度减少1015%，改善汽车平顺性。 3. 悬挂质量 车身的振动主要以自振频率进行。,为