6.1.4 影响汽车通过性的因素
本章要点
6.1 汽车的通过性
6.2 汽车行驶的平顺性
6.1.4.1 汽车的最大单位驱动力
(6-14)
式中： -分动器传动比。
实际上，在汽车低速行驶时，若忽略空气阻力，最大单位驱动力等于最大动力因数。为了获得足够大的单位驱动力，要求越野汽车有较大的比功率以及较大的传动比。这些要求可通过提高发动机功率，在传动系中增加副变速器或使分动器具有低档，以增加传动系的总传动比来实现。在困难的行驶条件下，限制越野汽车的额定载质量能提高单位驱动力，同时也能降低在松软地面上的滚动阻力。
6.1.4.2 行驶速度
当汽车低速行驶降时，土壤剪切和车轮滑转的倾向减少。因此，用低速行驶克服困难地段，可改善汽车的通过性。为此，越野汽车传动系最大总传动比一般较大。越野汽车最低稳定车速可按表6-2选取，其值随汽车总质量而定。也可由发动机的最低稳定转速求得汽车的最低稳定行驶速度 ，即
式中： 为发动机的最低稳定转速，r/min。
表6-2 越野汽车的最低稳定车速
.北京越野bj40
<19.6
<63.7
<78.4
>78.4
最低稳定车速(km/h)
≤5
≤2~3
≤1.5~2.5
≤0.5~1
阿尔法罗密欧报价 6.1.4.3 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花纹尺寸、结构参数、气压等，使汽车行驶滚动阻力较小，附着能力较大。
6.1.4.3.1 轮胎花纹
轮胎花纹对附着系数有很大影响。正确地选择轮胎花纹，对提高汽车在一定类型地面上的通过性有很大作用。越野汽车的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。而汽车在松软地面上行驶时，因轮胎下陷而嵌入土壤的花纹凸起数目增加，与地面接触面积及土壤剪切面积都迅速增加。因而能保证有较好的附着性能。越野轮胎花纹的形状应具有脱掉自身泥泞的性能。
在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(或使用带防滑钉的轮胎)，它相当在轮胎上增加了一层高而稀的花纹。防滑链能挤出表面的水层，直接与地面坚硬部分接触，有的还会增加土壤剪切面积，从而提高附着能力。
6.1.4.3.2 轮胎直径与宽度
增大轮胎直径和宽度都能降低轮胎的接地比压。用增加车轮直径的方法来减小接地比压，增加接触面积以减少土壤阻力和减少滑转，要比增加车轮宽度更为有效。但增大轮胎直径会使惯性增大，汽车质心升高，轮胎成本增加，并要采用大传动比的传动系。因此，大直径轮胎的推广使用受到了限制。
加大轮胎宽度不仅直接降低了轮胎的接地面比压，而且因轮胎较宽，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。若将后轮的双胎换为一个断面比普通轮胎大2~2.5倍、气压很低(29.4kPa~83.3kPa)、断面具有拱形的“拱形轮胎”时，接地面积将增大1.5~3倍以上，则可大幅度地减小接地比压，使汽车在沙漠、雪地、沼泽地面上行驶时，具有特别良好的通过性。但这种专用于松软地面的特种轮胎，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。
6.1.4.3.3 轮胎的气压
在松软地面上行驶的汽车，应相应地降低轮胎气压，以增大轮胎与地面的接触面积，降低接地比压，从而减小轮胎在松软地面的沉陷量及滚动阻力，提高土壤推力。轮胎气压降低时，虽然土壤的压实阻力减小，但却使轮胎本身的迟滞损失增加。所以，在一定的地面上
有一个最小地面阻力的轮胎气压，见图6-6。实际上，轮胎气压应比该气压略高19.2kPa~29.4kPa。此时，地面阻力虽稍有增加，但由于在潮湿地面上的附着系数将较大的提高，从而可改善汽车的通过性。
为了提高越野汽车通过松软地面的能力，而在硬路面上行驶时又不致引起大的滚动阻力和影响轮胎寿命，可装用轮胎中央充气系统，使驾驶员能根据道路情况，随时调节轮胎气压。通常，越野汽车的超低压轮胎气压可以在49~343kPa范围内变化。
在低压条件下工作的超低压越野轮胎，其帘布层数较少，具有薄而坚固，又富有弹性的胎体，以减少由于轮胎变形引起的迟滞损失，并保证其使用寿命。
6.1.4.3.4 前轮距与后轮距
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小，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。
6.1.4.3.5 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比压小20%~30%时，汽车滚动阻力最小。为此，除在设计汽车时，可将负荷按此要求分配于前、后轴，也可使前、后轮的轮胎气压不同，以产生不同的接地比压。
6.1.4.3.6 从动车轮和驱动车轮
在越野行驶中，常以很低的车速去克服某些障碍物，如台阶、壕沟等。这时，可用静力学平衡方程式求得障碍物与汽车参数间的关系。
图6-7为硬地面上后轮驱动汽车越过台阶时的受力情况。由图6-7a可知，前轮(从动轮)碰到台阶时的平衡方程式为
消防车尺寸 (6-16)
式中： －台阶作用于前轮(从动轮)的反作用力。
将方程式(6-16)中的 、 、 消除，可得无因次方程式
索兰托4s店 (6-17)
由图6-7中 的几何关系可知
(6-18)
将式(6-18)代入式(6-17)，并设硬路面上的 ，则式(6-17)成为
(6-19)
式中： 为前轮单位车轮半径可克服的台阶高度，它表示前轮越过台阶的能力。
由式(6-19)可知， 越小及 越大， 就越大，即汽车前轮越容易越过较高的台阶。
当后轮(驱动轮)碰到台阶时(图6-7b)，其平衡方程式为
(6-20)
式中： －台阶作用于后轮(驱动轮的作用力)。
将 及 代式(6-20)，可解得
(6-21)
式中： 为后轮单位车轮半径可克服的台阶高度，它表征了汽车后轮越过台阶的能力。
由式(6-21)可知，后轮越过台阶的能力与汽车的结构参数无关。
将不同的附着系数代入式(6-19)和式(6-21)可发现，后轮是限制汽车越过台阶的因素。式(6-21)计算所得的曲线示于图6-8下部。
图6-9是4×4汽车在硬地面上越过台阶时的受力情况。按上述同样的方法，当前轮与台阶相遇时，则有
(6-22)
东莞奇瑞同样，以 代入式(6-22)，可求出 。经分析计算后可知， 随 的增加而降低；另外，增加 的比值时，可使4×4汽车前轮越过台阶的能力显著提高，甚至可使车轮爬上高度大于半径的台阶。
当后轮遇到台阶时，有
式中： ； 为汽车质心至前后轴心连线的距离。
对式(6-23)进行分析可知， 比值的影响正好与4×4汽车前轮越过台阶的情况相同。长轴距、前轴负荷大的汽车(即 较小)，其后轮越过台阶的能力要比前轮大。较大的 比值不论汽
车的总质量如何在轴间分配，总会改善后轮越过台阶的能力。
图6-10也给出了4×4汽车的越障性能 。由图可见，4×2汽车的越障能力要比 4×4汽车差得多。4×4汽车的越障能力与 的比值有关，有关数据均已包含在曲线的阴影区内。该区域的上、下限决定于被试验汽车的几何参数。由图可知，当 =0.7时，根据 的参数不同，4×4汽车的 =0.18~0.26，但是后轮驱动的4×2汽车越障能力比4×4汽车约降低50%。
用同样方法解汽车越过壕沟的问题时，可以看到，沟宽 与车轮直径之比值 ，同上面求得的 值间只有一个换算系数的差别，它们之间的关系为
(6-24)
将式(6-24)绘成曲线，如图6-10所示。因此，只要知道车轮越过垂直障碍的能力 ，就可通过此图查得可越过的壕沟宽度。
如上所述，就4×4汽车的 与 比值的变化而言，前后轮在越障能力方面有不同的反映。因此，
在设计时就应当考虑这两方面的折衷。这可将前后轮对不同 值绘制 曲线，出它们理想交点来求得。初步设计时，若结果不够理想，可适当地改变 值，以得出较好的性能。
驱动轮在汽车上的部位及其数目对通过性的影响还可从克服坡度能力加以论述。汽车上坡行驶时，其行驶所能克服的坡度大小与此有密切关系。
当汽车在坏路上行驶时，其行驶速度较低，故可略去空气阻力和加速阻力，并由第二章式(2-24)和式(2-25)可知，前驱动汽车上坡的通过性最差，全轮驱动车辆爬坡能力最大。此外，增加汽车驱动轮数，还可提高汽车附着质量，增加驱动轮与松软地面的接触面积，是改善汽车通过性的最有效方法。因此，越野汽车都采用全轮驱动。
6.1.4.4 液力传动
当汽车装有液力变矩器或液力偶合器时，能提高发动机工作的稳定性，使汽车可以长时间稳定地以低速(0.5km/h~1.5km/h)行驶，从而可减小滚动阻力和提高附着力，改善汽车通过性。装有普通机械式传动系的汽车在突然起动时，驱动轮扭矩急剧上升，并产生对土壤起破坏作用的振动(见图6-11虚线1b)。即使在缓慢起步时(见图6-11虚线1a)，驱动转矩也比滚
动阻力矩 大得多。在松软地面上起步时，这种过大的驱动转矩并不能使汽车得到较大的加速度，相反地却使土壤被破坏，轮辙加深，起步困难；而液力传动能保证驱动轮扭矩逐渐而平顺地增长(图6-11实线2a、2b)，从而防止土壤被破坏和车轮滑移。
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