汽车的通过性和平顺性
项目五 汽车的通过性和平顺性
（2）顶起失效：车辆前端或尾部触 及地面而不能通过的现象。
（4）几何参数：最小离地间隙、横向通过半 径、纵向通过半径、接近角、离去角等。
二、牵引支承通过性 指车辆能顺利通过松软 土壤、沙漠、雪地、冰面、沼泽等地面的能 力。
任务一 汽车的通过性
汽车的通过性(越野性)是指它在一定载质 量下能以足够高的平均车速通过各种坏路 和无路地带（如松软地面、凸凹不平地面 等)及各种障碍(如陡坡、侧坡、壕沟、台 阶、灌木丛、水障等)的能力。
汽车通过性可分为轮廓通过性和牵引支承 通过性。
一、轮廓通过性 表征车辆通过坎坷不平路段 和障碍（如陡坡、侧坡、台阶、壕沟等）的 能力。主要概念如下。
车辆支承通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。
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。
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。
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。
一、平顺性的评价指标
平顺性主要靠主观感觉判断。
国际标准ISO 2631，以短时间简谐振动的实验 结果为基础。ISO 2631用加速度均方根值给出了 1～80Hz振动频率范围内人体对振动反应的三个不 同界限。
（1）暴露界限：当人体承受的振动强度在此界限内， 将保持人的健康或安全。它作为人体可承受振动量 的上限。
（2）疲劳－工效降低界限：当人承受的振动强 度在此界限内时，能准确灵敏地反应，正常地进行 驾驶。它与保持人的工作效能有关。
平顺性和通过性及其评价指标11
1、汽车行驶平顺性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成员的舒适程度来评价，所以有称为乘坐舒适性。
汽车行驶平顺性评价方法，是根据人体对震动的生理反应，以及对货物完整性的影响制定的，并用震动的物理量，如频率、振幅、加速度等作为行驶平顺性的评价指标。
车身震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，它约为60—80次∕秒（1—1.6Hz），所以，车身振动加速度的极限值应低于0.6—0.7g。
人体是一个复杂的振动系统，大量的试验资料表明，人体包括心脏、胃部在内的胸腹系统，在垂直振动4—8Hz、水平振动1—2Hz范围内会出现明显的共振，这就是人体对振动最敏感的频率范围。
国际标准（ISO2631）对人体承受的振动加速度划分出3种不同的感觉界限；《1》暴露极限；振动加速度值在这个极限以下，人能保持健康或安全，这个极限作为能够承受的上限。
《2》疲劳降低工作效率界限；振动加速度在这个界限以下，能保证驾驶员正常地驾驶车辆，不至太疲劳和使工作效率降低。
《3》舒适降低界限；振动加速度在此界限时，能在车上进行吃、读、写等动作，超过此界限会降低舒适性。
2，汽车的通过性是指汽车在一定载质量下能以足够高的平均车速通过各种坏路及无路地带和克服各种障碍的能力。
（1）轮廓通过性。
由于汽车与地面间的间隙不足而被地面托住，无法通过的情况，称为间隙失效。
当车辆中间底部的零件碰到地面而被顶住时，称为顶起失效。
当车辆前端或尾部触及地面而不能通过时，则分别称为触头失效和托尾失效。
汽车通过性的几何参数包括最小离地间隙、纵向通过角、接近角、离去角、最小转弯直径等。
（2）支撑通过性《1》牵引系数TC；单位车重的挂钩牵引力（净牵引力）挂钩牵引力表明汽车在松软地面上加速、爬坡、克服道路不平的阻力或牵引其他车辆的能力。
汽车的通过性和平顺性
)max
iR — 分动器传动比
增大发动机扭矩、提高传动系统的传动比、限制载荷
通过性好。
2. 最低稳定车速
行驶车速低 车轮滑转的可能性小
通过性好。
也可按照发动机的最低稳定转速计算最低稳定行驶车速
va min
0.377
ne minr igiR i0
二、影响汽车通过性的因素
3. 汽车轮胎
车轮对汽车通过性有决定性影响。必须正确选择轮胎花纹、结构参数、轮胎气压、前 后轮距、车轮的接地比压、从动轮和驱动轮等，使附着力较大。 （1）轮胎花纹 对附着系数影响很大，应正确地选择轮胎花纹。
①前轮越障能力 (hw/r)随结构参数L/r的增加而减少； 当L1/L增加时，(hw/r)可以显著提高，甚至可使车轮爬上高度大于半径的 台阶。
②后轮越障能力
长轴距、前轴负荷大的汽车( L1/L 较小)，后轮越过台阶的能力大于前轮； 结构参数L/r较大时，可改善后轮越过台阶的能力（与轴荷分配无关）。
二、影响汽车通过性的因素
侧滑的临界条件：
1(G cos ) G sin tan 1 m ax arctan1
式中，1— 侧向附着系数
侧滑和侧翻哪一种更危险？
宁可侧滑，避免侧翻
max m ax
即
B 2hg
1
3.汽车在良好道路上高速曲线行驶不发生侧翻的最大车速
转向时
①侧向惯性力
Fjl
G 12.96g
va2 R
在侧向力的作用下，开始发生侧滑的临界条件：
Fy 1 FZ
Gva2 12.96gR
1G
汽车不侧滑的最大允许车速为：
vm ax 12.96gR1
特别说明：与汽车的质心高度和轮距无关，但与转向半径有关
汽车性能评价指标
汽车性能评价指标汽车性能到底与哪些参数有关？通常用来评定汽车的性能指标主要有：动力性、燃油经济性、制动性、操控稳定性、平顺性以及通过性等。
动力性汽车的动力性是用汽车在良好路面上直线行使时所能达到的平均行驶速度来表示。
汽车动力性主要用三个方面的指标来评定：最高车速；汽车的加速时间；汽车所能爬上的最大坡度。
最高车速——是指汽车在平坦良好的路面上行驶时所能达到的最高速度。
数值越大，动力性就越好。
汽车的加速时间——表示汽车的加速能力也形象的称为反映速度能力，它对汽车的平均行驶车速有很大的影响，特别是轿车，对加速时间更为重要。
常用原地起步加速时间以及超车加速时间来表示。
汽车的爬坡能力——用满载时的汽车所能爬上的最大坡度。
燃油经济性汽车的燃油经济性常用一定工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量或一定燃油量能使汽车行驶的里程来衡量。
在我国及欧洲，汽车燃油经济性指标的单位为L/100km,而在美国，则用MPG或mi/gall表示，即每加仑燃油能行驶的公里数。
燃油经济性与很多因素有关，如行驶速度，当汽车在接近于低速的中等车速行驶时燃油消耗量最低，高速时随车速增加而迅速增加。
另外，汽车的保养与调整也会影响到汽车的油耗量。
制动性汽车行驶时在短距离内停车且维持行驶方向稳定，以及汽车在长坡时维持一定车速的能力成为汽车的制动性。
汽车的制动性能指标主要有制动效能、制动效能的恒定性、制动时汽车的方向稳定性、汽车的制动过程。
制动效能——汽车的制动距离或制动减速度，用汽车在良好路面上以一定初速度制动到停车的制动距离来评价，制动距离越短制动性能越好。
制动效能的恒定性——制动器的抗衰退性能，是指汽车高速行驶下长坡连续制动时，制动器连续制动效能保持的程度。
制动时汽车的方向稳定性——汽车制动时不发生跑偏、侧滑以及失去转向能力的性能。
目前主流车型均配置ABS ESP等配置就是提高方向稳定性。
汽车的制动过程——主要是指制动机构的作用时间。
操控稳定性汽车的操控稳定性是指司机在不感到紧张、疲劳的情况下，汽车能按照司机通过转向系统给定的方向行驶，而当遇到外界干扰时，汽车所能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。
汽车理论：第五章 汽车的平顺性、通过性
▪ 式中，ua为汽车行驶速度；Tw为驱动轮输入转矩； ω为驱动轮角速度；r为驱动轮动力半径；sr为滑 转率。
(3)燃油利用指数Ef
▪ 单位燃油消耗所输出的功。 ▪ 表达式为
Ef=Fdua／Qt
▪ 式中，Qt为单位时间内的燃油消耗量。
▪ 汽车在松软路面上行驶时，车轮与地面之间的附着力要 比在硬质路面上的附着力小得多，所以遇到的滚动阻力 要比硬路面上的大得多。因此，汽车的驱动与附着条件 常得不到满足，而降低了汽车的通过能力。
▪ 表征汽车通过性能的主要参数有汽 车通过性的几何参数及支承与牵引 参数。
▪ 汽车的通过性与汽车其他性能的关系也很密切。如良好 的动力性可提供足够大的驱动力，以克服越野行驶时较 大的道路阻力。
▪ 试验证明，采用子午线轮胎之后，轮胎的静挠度 增加40％以上，使得车身固有频率降低。
▪ 但是，轮胎的刚度过低，会增加车轮的侧向偏离， 影响汽车的操纵稳定性。
▪ 因此，目前有的轮胎在减小径向刚度的同时，其 侧向刚度仍较高。
4、座椅的布置
▪ 座椅的布置对平顺性非常重要。接近车身 中部的座位，其振动比较小，两端的座位 振动幅度较大，所以轿车座位的布置均在 前后轴轴距之内。
第五章 汽车的平顺性
▪ 汽车的平顺性是指保持汽车在行驶过程中 乘员所处的振动环境具有一定舒适度的性 能对于货车指保持货物完好的性能。
▪ 路面不平是汽车振动的基本输入，故平顺 性主要指路面不平引起的汽车振动，频率 范围约为0.5～25Hz。
▪ 汽车行驶时，发动机、传动系和车轮等旋 转部件激发汽车的振动。
▪ 这里主要就道路状况和汽车的技术状况等因素对 汽车子顺性的影响加以论述。
▪ 道路不平是引起汽车振动的主要原因，对汽车行 驶平顺性的影响很大。当汽车在不平路面上行驶 时，车身和前后车桥都经常承受来自道路的冲击 作用。对一定类型的汽车来说，振动的强烈程度 取决于道路状况和行驶速度。
第六章-平顺性与第七章-通过性
第六章汽车制动性 - 第七章汽车通过性一、名词解释1.汽车的行驶平顺性：保持汽车行驶过程中乘员所处的振动环境具有一定舒适程度，并保持货物完好无损的性能。
2.轴加权系数：对不同方向振动，人体敏感度不一样，用轴加权系数描述这种敏感度。
3.频率加权系数：对不同频率的振动，人体敏感度也不一样，用频率加权函数w(f) 描述这种敏感度。
4.路面不平度函数：路面相对基准平面的高度，沿道路走向长度的变化称为路面不平度函数。
5.汽车的通过性：指汽车能以足够高的平均车速通过各种坏路和无路地带（如松软地面、凹凸不平地面等）及各种障碍（如陡坡、侧坡、壕沟、台阶、灌木丛、水障等）的能力。
6.牵引系数TC：单位车重的挂钩牵引力。
7.牵引效率TE：驱动轮输出功率与输入功率之比。
8.燃油利用指数E f：单位燃油消耗所输出的功。
9.间隙失效：由于汽车与地面间的间隙不足而被地面拖住，无法通过的现象。
10.顶起失效：当车辆中间底部的零件碰到地面而被顶住时。
11.触头失效 : 当车辆前端触及地面不能通过时。
12.托尾失效：当车辆尾部触及地面不能通过时。
13.最小离地间隙：汽车满载，静止时，支承平面与汽车上的中间区域（0.8b范围内）最低点之间的距离。
14.接近角：汽车满载，静止时，前端突出点向前轮所引切线与地面间的夹角。
15.离去角：汽车满载，静止时，后端突出点向后轮所引切线与地面间的夹角。
16.最小转弯直径：当转向盘转到极限位置，汽车以最低稳定车速转向行驶时，外侧转向轮的中心平面在支承平面上滚过的轨迹圆直径。
二、填空1、汽车平顺性有两种评价方法：一是根据乘员舒适程度评价，二是根据汽车振动系统及其评价指标评价2、根据地面对汽车通过性影响的原因，汽车的通过性分为支承通过性和几何通过性。
3、影响汽车通过性的主要因素有：汽车的支承－牵引参数和几何参数；也与汽车的其它使用性能，如动力性、平顺性、机动性、稳定性及视野性有关。
4、汽车的通过性主要取决于地面的物理性质及汽车的结构参数和几何参数。
汽车运用工程 第6章 汽车通过性和汽车平顺性
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。
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。
3） 轮胎的气压
在松软地面上行驶的汽车，应相应降低轮胎气 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。
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。
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。
5） 前轮与后轮的接地比压
1 汽车的最大单位驱动力
由于汽车越野行驶的阻力很大，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。
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
第六章 汽车通过性 及平顺性
6-1 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。
最新汽车使用性能与检测技术教案——第十五讲 汽车行驶的平顺性和通过性评价
授课班级
课程名称
汽车使用性能与检测技术
第15讲
章节
第十章汽车平顺性和通过性
课题
汽车行驶的平顺性和通过性评价
学时
2
本讲主要内容
汽车行驶的平顺性；汽车行驶的通过性
本讲教学目的
知识点：
掌握汽车行驶的平顺性、汽车行驶的通过性的定义及评价指标
能力点：
能分析汽车行驶的平顺性、通过性的影响因素。
14、车身高度可调：车身高度可调指的是利用车辆的悬架高度调节，来调节整体车身高度。一个车辆能进行高度可调，并且可调的高低范围越大，它的通过能力就越强。
15、轴距：轴距是指汽车前轴中心到后轴中心的距离。汽车的轴距短，汽车长度就短，最小转弯半径和纵向通过半径也小，汽车的通过性就好。反之，不仅上述两值变大，而且还易发生托底现象。
高速汽车尤其是轿车要求具有优良的行驶平顺性。轮胎的弹性、性能优越的悬挂装置、座椅的降震性能以及尽量小的非悬挂质量，都可以提高汽车的行驶平顺性。
目前常用的三种评价汽车行驶平顺性的方法是“1／3倍频带分别评价法”、“总加权值评价法”和“1／2总加权值评价法”。
汽车行驶平顺性的物理评价
1）暴露极限
当人体承受的震动强度在这个极限以下，能保持人的健康和安全。这个极限值常作为人体能够承受震动量的上限。
在通过性中，我们选取了以下15个参数作为表征汽车通过性能好坏的重要点：
1、前桥差速器锁：普通差速器，虽然可以允许左右车轮以不同速度转动，但当其中一个车轮空转时，另一个在良好路面上的车轮也得不到扭矩，汽车就失去了行驶的动力。在这种情况下，还不如没有差速器更好。这样两个车轮连在一起，动力至少可以传递到另一侧车轮，使汽车得到行驶的动力，从而摆脱困境。
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②附着力小
6.3 汽车通过性几何参数
一、轮廓通过性
1. 名词解释
①间隙失效——在越野行驶中，由于汽车与不规则的地面之间间隙
不足而被托住、Biblioteka 法通过的情况。 顶起失效 间隙失效触头失效 托尾失效
②通过性几何参数——与防止间隙失效有关的汽车本身的几何参数。
间隙失效：汽车因离地间隙不足而 被地面托住无法通过的现象。 顶起失效：车辆中间底部的零部件 碰到地面而被顶住的现象。 触头或托尾失效：因车辆前端或尾 部触及地面而不能通过的现象。 几何参数：最小离地间隙、纵向通 过角、接近角、离去角、最小转弯直 径等。
小结：汽车在松软地面 上行驶的特点 ①滚动阻力大
路面
沥青或混凝土（干 ）
峰值附着系 数
0.8~0.9
滑动附着系 数
0.75
沥青（湿）
混凝土（湿） 砾石 土路（干） 土路（湿） 雪（压紧） 冰
0.5~0.7
0.8 0.6 0.68 0.55 0.2 0.1
0.45~0.6
0.7 0.55 0.65 0.4~0.5 0.15 0.07
附着质量系数Kμ——车辆附着质量mμ 与总质量ma之
比：
K
m ma
车轮接地比压p——车轮对地面的单位压力。
2. 牵引支承通过性评价指标及影响因素
附着质量和附着质量系数 为满足汽车行驶附着条件的要求，应有：
(m g) (ma g)
— 附着系数
（推导？）
式中：ψ—当量道路阻力系数，ψ = fr +i, 其中fr为车轮阻力系数，i为坡度;
轮廓尺寸， γ3 越大，通过性越好（满载、静止）
最小转弯直径 dH—— 表征汽车在
最小面积内的回转能力
内轮差 d—— 表征通过狭窄弯曲地
带或绕过障碍物的能力。
机动车运行安全技术条件GB7258-2004 举例：
当转弯直径为24m时，内轮差（以两内轮轨迹中 心计）不得大于3.5m
转弯通道圆 —— 转向盘转
6.4 汽车越障能力（重点）
6.1 概述
汽车通过性定义 ： 在一定的载质量下，汽车 以足够高的平均车速通过 各种坏路和无路地带(如松 软地面、坎坷不平地段)和 各种障碍（陡坡、侧坡、 壕沟、台阶、灌木丛、水 障）的能力。 影响通过性的主要因素： 汽车的支承性质 （地面 物理性质）、牵引参数 （汽车结构参数）和几 何参数；它还与汽车的 其它使用性能(如动力性、 平顺性、机动性、稳定 性、视野性)有关。
至极限位置时，右图中两圆
之间的通道。
表示汽车转弯时所需通道宽度。 最大内圆直径； 最小外圆直径， 车辆所需通道宽度，通过 性越好。
0
纵向通过半径1
hm
r
1
t
横向通过半径2？
各类汽车通过性几何参数数值范围
二、牵引支承通过性
1. 名词解释
附着质量mμ——轮式车辆驱动轴载质量（轴重）;
Fx
Fx＝Ac
Ac
粘性土壤 W
Fx
Fx Wtg
Fx
摩擦性土壤W
Ac
中 性 土 壤W
2 地面的法向负荷及其沉陷量
沉 陷 量
n 1 n 1 n 1
压力
n 1 软弱土壤 n 1 硬实土壤
3 半流体的泥浆及雪地密度对行驶的影响
车辆在半流体泥浆中所受到的阻力与其行驶速度、 浸入面积以及泥浆的密度、阻力系数Cd有关。。 车辆在雪地行驶受到雪的密度和覆盖层的厚度影响。 厚度小于最小离地间隙也会形成阻力，任何密度的 雪都不会阻碍汽车行驶。当积雪大于汽车最小离地 间隙150％时，轻型汽车可在>350kg/m3 的雪地上 行驶，重型汽车可在>500kg/m3的雪地上行驶。 渗水的雪地密度大，但是强度很低。
分类：根据地面对汽车通过性的影响，通过性可分为： ①轮廓通过性（几何通过性）； ②牵引支承通过性（支承通过性）。
6.2 松软路面的物理性质
车辆在松软地面上行驶时，使 地面发生剪切变形，相应的剪 切力便构成地面对汽车的推力。 当驱动轮对地面施加的水平力 大于等于极限剪切力时，引起 车轮滑转。
车轮压紧土壤等松软支承物形 成车辙阻力。
3
1
2
hg
2. 通过性几何参数的确定及其作用
最小离地间隙hg——汽车满载、静止时，除车轮外的最低点与支承平
面之间的距离。表征汽车无碰撞地越通过地面凸起等障碍物的能力。
接近角γ1、离去角γ2——表征汽车接近或离开障碍物时不发生碰撞的
能力（满载、静止）
纵向通过角γ3——表征汽车可无碰撞地通过小丘、拱桥等障碍物的
通常kw=1.05~1.2, kw值的大小取决于轮胎刚度，帘布层多的
轮胎kw值较大。
6.4 汽车越障能力
一、汽车的倾覆失效
汽车的倾覆——过大的侧坡、纵坡或转弯时侧向力都可能造成 汽车倾覆。 问题：汽车在大侧坡上直线行驶、高速曲线行驶时有可能出现什
么形式的倾覆？
1. 汽车沿侧坡直线行驶时不发生侧翻的极限角β
不发生侧翻条件： 重力通过一侧车轮接地中心，另一 侧车轮的地面法向反作用力为零。
Gh g sin G cos B 2
临界值： Gh g sin G cos
B 2
t an
极限角：
B 2hg
max
B arct an 2h g
一、汽车的倾覆失效
2. 汽车在大侧坡上直线行驶时不发生侧滑的极限角β'
侧滑的临界条件：
1 (G cos ) G sin tan 1 arctan1 max
K ma
m
讨论：总质量一定，附着质量增加时，Kμ，有利于汽车在坏路
面上行驶。
车轮接地比压p
在松软路面上：p减小，可减少车辙深度，从而减少行驶的滚 动阻力； 在粘性土壤和雪地上：p减小，可增加车轮接地面积，提高 地面承受剪切力的能力，使车轮不易打滑，通过性好。
p与轮胎气压pw有关，硬路面上有关系式： p=kw pw
课前思考
1、越野汽车、4轮驱动汽车和2轮驱动汽车越过障碍（台 阶、壕沟）的能力一样吗？ 2、汽车在松软路面和硬路面上的行驶速度一样吗？ 3、汽车分别在好路和坏路上行驶时乘客的感觉一样吗？ 4、什么是汽车的通过性、平顺性？如何对其进行评价？
第一部分 汽车的通过性
6.1 概述 6.2 松软路面的物理性质 6.3 汽车通过性几何参数（重点）