汽车动力学第一二章.ppt

1、汽车动力学,喻云龙,轮胎及轮辋的基础知识,这里主要是介绍（或者说是复习）一些，轮胎、车轮、路面、汽车，以及他们之间的相互作用的相关知识。,轮胎及轮辋的基础知识,轮胎和边墙给出的信息。 这图给出了标准轮胎截 面的尺寸参数。 所谓的车轮半径是轮胎 半径加上轮辋的半径。 所谓的车轮宽度是车轮 在没有载荷变形的情况下 的最宽宽度。,轮胎花纹宽度,边墙宽度,轮辋盘底宽度,轮胎截面宽度,轮胎截面宽度,轮胎及轮辋的基础知识,大小尺寸编号。 允许的最大充气压力。 轮胎内部结构分类。 M&S表示泥泞和冰雪路面使用的轮胎。 E-标记是欧洲生产批准编号及标志。 美国运输部（DOT）对轮胎的标识号。 产地 制造商、商

2、标或品牌。,轮胎及轮辋的基础知识,1、尺寸编号（P215/60R15 96H） P 商用车(passenger) ST 特殊挂车(special trailer) T 临时挂车(temporary) LT 轻型卡车(light truck) 215是无载荷情况下轮胎宽度，单位是mm,轮胎及轮辋的基础知识,P215/60R15 96H 60是高宽比（%）文本1 R表示子午线轮胎 （B斜交带束轮胎或斜交帘布轮胎、D对角线轮胎） 15表示轮辋直径（1英寸=2.54厘米）（38.1厘米） 96表示额定载荷、载重率（210公里/小时前提下） H表示额定速率（维持10分钟不损坏的最高车速）,轮胎及轮辋的基

3、础知识,轮胎及轮辋的基础知识,案例1 整车重量和轮胎负载的指标 一个两吨重的车，我们就需要一个承载500公斤的轮胎，根据上图负载指标，我们应该选择指标高于84的轮胎，因为轮胎负重指标84对应的承载重量是500公斤。,轮胎及轮辋的基础知识,案例2 根据轮胎上给出的数值可以算出轮胎的高度 如P215/60R15 96H这个轮胎的数值，我们就可以根据公式 算出此轮胎的高度大概是129mm。,轮胎及轮辋的基础知识,案例3 可以两选一的表达方式 如P215/60R15 100H和P215/60H R15两种 表达方式不一样，但都是允许的，其中载荷指 标可以不记。,轮胎及轮辋的基础知识,案例4 轮胎和轮辋

4、的宽度关系 一个轮胎的宽度取决于其相应的轮辋的宽度，两者是安装在一起配合使用的。对于一个高宽比大于或等于50的轮胎而言，轮辋的宽度大约是轮胎宽度的70%；对于高宽比小于或等于45的轮胎而言，轮辋的宽度大约是轮胎宽度的80%。,轮胎及轮辋的基础知识,案例八 高宽比的作用 高宽比越大（窄胎）乘坐越舒适，冲击载荷由车辆挠度形变所吸收。但是在一些高性能车上，往往使用的是较小高宽比（宽胎），因其接地面积大，高度低转向反应灵敏。结果使得受冲击载荷后，挠度变化较小，乘坐舒适性降低。,轮胎及轮辋的基础知识,案例十七 加一的概念 所谓的加一的观念是指轮辋加一的意思。一般来说轮辋直径加1英寸的话，我们应该相应的增

5、加22毫米轮胎的宽度，高宽比的话就要减去10%。以补偿增加的轮胎高度和宽度的增加量。 轮胎的边墙越短，我们能够得到更快的操纵反应以及更好的横向稳定性，但是车的刚度会变硬，舒适性降低。,轮胎及轮辋的基础知识,轮胎及轮辋的基础知识,案例十八 轮胎的充气不足以及过充气 充气不足的轮胎容易造成轮胎过热，因为气压不足，造成气压承载能力下降，承载重量由胎面承担以后，轮胎接地面积增大，摩擦增大，产生的热量增多。 充气过量的轮胎，轮胎气压承担太多的载荷，致使车辆操纵变轻，转向变难，因为轮胎的接地面积太小仅仅中间一小部分，没有足够的摩擦力。 适当充气的轮胎，气压承重95%，胎墙承重5%。,轮胎及轮辋的基础知识,

6、轮胎的组成,边墙,带束层,缓冲带,珠状胎束,内衬垫,胎冠/胎面,帘布层,轮胎及轮辋的基础知识,子午胎和非子午胎 子午胎的结构是用钢筋丝从轮胎的球状胎束的一侧拉到另一侧，彼此平行与轮胎滚动的中心线垂直。这种设计使得轮胎变得更加有弹性，减小了滚动阻力，增加了拐弯能力。,轮胎及轮辋的基础知识,子午胎和非子午胎的区别 从动力学来看，子午胎和非子午胎的区别主要在不同的粘地性能方面，当有侧向力时，子午胎弯曲形变集中在其边墙上保持住了胎冠与地面相平行，而斜交轮胎边墙和胎面都有扭曲，接地面积变小。,轮胎及轮辋的基础知识,轮胎及轮辋的基础知识,子午胎的子午线钢丝的结构让轮胎的胎面和边墙相对独立。边墙在承载车重情

7、况下很容易发生扭曲，所以子午胎能有很好的垂直挠度。在边墙发生形变时缓冲带，牢牢的固定住了胎面，让胎面和地面平行并减小其切应力。 在转弯测试中，独立的胎面和边墙使胎面平行于地面，这样轮胎就能很好的保持其轨迹。,轮胎及轮辋的基础知识,滑水现象 滑水就是轮胎在很薄的水膜上打滑。 滑水和轮胎的花纹有一定的关系。,轮胎及轮辋的基础知识,滑水的形式有三种： 动态滑水：在湿路面上，轮胎和路面脱离接触，在两者之间产生了楔子似的水层。刚开始这种现象时的速度叫滑水速度。 粘性滑水：在湿路面附着着油、油脂或者粉末时，粘性滑水出现的水的深度和速度都比动态滑水要小。 橡胶滑水：在刹车的时候，由于轮胎花纹表面上产生高热高

8、压，使水变成了水蒸气而产生的滑水。,轮胎及轮辋的基础知识,滑水速度的估算： 航空滑水的估算 十进制系统滑水的估算 车辆滑水的估算,轮胎及轮辋的基础知识,案例五 计算轮胎直径和半径 案例六 速率代码 案例七 轮胎重量 案例八 高宽比的作用 案例九 宝马轮胎标识 案例十 “MS”、“M+S”、“M&S”、“M/S”标识,轮胎及轮辋的基础知识,案例十一 美国运输部鉴定号 案例十二 加拿大轮胎鉴定号 案例十三 欧洲标记及国际标识 案例十四 轻型卡车轮胎 案例十五 统一轮胎质量等级标识 案例十六 轮胎边墙附加标识 案例十七 加一的概念,轮胎及轮辋的基础知识,案例十八 充气不足和过充气轮胎 案例十九 橡胶

9、轮胎的主要材料 案例二十 轮胎帘布 案例二十一 胎圈芯的组成和制备 案例二十二 轮胎夹层组成 案例二十三 挤压合成的胎面 案例二十四 用在轮胎上的橡胶,轮胎及轮辋的基础知识,案例二十五 橡胶的历史 案例二十六 没有橡胶的世界 案例二十七 增加轮胎的强度 案例二十八 有内胎和没内胎轮胎的结构 案例二十九 新型浅轮胎 案例三十 轮胎功用 案例三十一 不对称定向胎面设计,轮胎及轮辋的基础知识,案例三十二 自洁胎面 案例三十三 航空的滑水速度 案例三十四 前后轮的不均匀磨损 案例三十五 线架结构的辐轮 案例三十六 轻合金作为轮辋材料 案例三十七 备胎 案例三十八 车轮的历史,轮胎及轮辋的基础知识,车辆

10、的分类：ISO和FHWA(美国联邦公路局)公路汽车分类标准： 1-摩托车 2-乘用车 3-客车 4-卡车 5-农用拖拉机 6-带拖车的乘用车 7-挂车、半挂车及道路列车,FHWA按照汽车的大小和用途分类： 1.摩托车 2.乘用车，含带一轴或两轴的拖车的乘用车 3.其它两轴车辆包含：皮卡、大篷车、一轴或两轴的拖车 4.客车 5.两轴、六轮一体车 6.三轴一体车 7.四轴及四轴以上一体车 8.四轴及四轴一下单挂车 9.五轴单挂车 10.六轴及六轴以上单挂车 11.五轴及五轴以下多挂车 12.六轴多挂车 13.七轴及七轴以上多挂车,轮胎及轮辋的基础知识,乘用车分类 1.经济车 2.紧凑车 3.中级车

11、 4.标准型车 5.全尺寸车 6.高级豪华 7.高级敞篷车 8.敞篷车 9.小货车 10.中型货车 11.多功能车,车辆动力学,研究向前行驶车辆的动力学的建模假设 直线行驶的单个车辆。 忽略空气阻力对车辆的影响。 忽略路况对车辆的影响。 忽略运动能力对车辆的影响。 忽略轮胎对车辆速度的限制。,车辆动力学,水平路面停泊的车辆,车辆动力学,横向质心的确定。 纵向质心的确定。,车辆动力学,车辆动力学,质心高度的确定。,车辆动力学,车辆动力学,以上测出重心的前提是三个假设： 车轮是刚性的没有形变影响其半径。 忽略液体的流动，车上的燃料、冷却剂、润滑剂的流动造成的质心的改变忽略不计。 假设悬架的挠度为零

12、。,向前行驶车辆的动力学,车轮大小不一样时,车辆动力学,车轮大小不一样时：,车辆动力学,坡道停泊的车辆(仅有后轮提供制动力),车辆动力学,支撑力及摩擦力的计算,车辆动力学,问题以C点中心算转矩和以A点算转矩的区别？,A,结论：,车辆动力学,增加倾角支撑力及摩擦力的变化情况。,增加,减小,需要进一步分析,车辆动力学,最大停车倾角的计算。 减小到零。 不能再增加。,向前行驶车辆的动力学,后轮制动的情况 导出 结论,车辆动力学,前轮制动的情况 导出 结论,车辆动力学,比较前后轮制动时在 上坡时的制动效率： 当 时： 当 时，质心靠后时： 说明后轮制动效率高。 当 时，质心靠前时： 说明前轮制动效率高

13、。,车辆动力学,四轮制动时,车辆动力学,由前面平衡方程可知,车辆动力学,水平加速的车辆动力学,车辆动力学,由 得到,可知,车辆动力学,静态的部分取决于 质心的水平位置。 动力的部分取决于 质心的垂直高度以 及水平加速度大小。,车辆动力学,从动力部分可知，当 a 0 加速前进时：车辆前轮负载比静止时的负载要小，有抬头的趋势。 当 a 0 制动时：车辆前轮负载比静止时的负载要大，有沉头的趋势。,车辆动力学,前轮驱动且加速前进时：前轮正压力随着加速度的增加而减小，因此驱动力 减少。 后轮驱动且加速前进时：后轮正压力随着加速度的增加而增加，因此驱动力 增加。,车辆动力学,前驱车最大加速度 后驱车最大加

14、速度,车辆动力学,在阴影区内后轮驱动比较好,车辆动力学,后驱车最短加速时间,车辆动力学,前驱车最短加速时间,车辆动力学,四驱车最短加速时间,车辆动力学,车辆在斜坡上的加速度,车辆动力学,前后轮支撑力（与驱动方式无关）,车辆动力学,斜面移动条件 斜面最大加速度 斜面倾角极限（分上下坡两种情况） 上下坡停稳条件,车辆动力学,最大制动加速度 前轮制动 后轮制动,车辆动力学,阴影区内前轮制动比较好。,车辆动力学,带有小拖车的车辆,车辆动力学,支撑力的计算,车辆动力学,支撑力的计算,车辆动力学,支撑力为：,车辆动力学,把所有力求出来,车辆动力学,带拖车情况下上坡的最大倾角,车辆动力学,代入左边后驱车实车

15、数值 实车数值,车辆动力学,铰链垂直力为零的条件 当 可使得,车辆动力学,斜 面 停 车,车辆动力学,受力分析,车辆动力学,受力分析 若 则 且,车辆动力学,如果实际数据是： 可得：,车辆动力学,车辆动力学,最佳驱动力和制动力分布： 由平面加速度计算可知： 之和为,车辆动力学,车辆动力学,最优驱动力和制动力配置,车辆动力学,最优驱动力和制动力配置 零点的斜率,车辆动力学,制动平衡与ABS 后轮不能抱死以保证操纵 稳定性。 应用折现逼近最佳制动分 配的情况如图所示。 ABS主要是增加了车辆的 安全性能,车辆动力学,最佳跑车 跑车大多数是后轮驱动，但是如果采用全轮驱动和全轮驱动，如采用四轮驱动，并按照下图中驱动力的最佳配置曲线分配动力，四轮驱动一定会好于后轮驱动。 重心的位