汽車力學

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qiche lixue
汽車力學
mechanics of motor vehicle

   研究汽車運動規律的學科。汽車的可能行駛狀態，如直線、曲線、上下坡、等速或加減速運動等均屬力學研究的內容。但汽車結構中有輪胎、懸架系等彈性部分，運動的自由度較多，而輪胎與地面接觸處的附著和摩擦等機理尚未充分探明等，所以這一學科尚帶有半經驗的性質。有的國家稱為“汽車性能預計”，有的國家和中國的某些教科書中稱“汽車理論”。這兩個概念，包括汽車燃料經濟性、通過性等部分，范圍較汽車力學為廣。
   汽車力學所研究的汽車運動有 3個主要方面：①汽車直線行駛時的加速、減速（包括制動）的驅動力與阻力間的關系；②汽車在曲線行駛或直線行駛受到側向力干擾時的方向穩定性；③道路或其他原因引起的汽車振動，主要是汽車的垂直振動。
   汽車的直線行駛  汽車發動機的扭矩經過傳動系變換(一般是倍增)后,傳到車輪,在輪緣處產生切向力。地面對此切向力的反作用力，即是推動汽車前進的驅動力F。F與汽車運動時的阻力 FR平衡。FR包括輪胎滾動阻力F、空氣阻力FA、爬坡阻力FS和加速運動阻力FO,有時將F-(F+FA+FS)＝FD稱為后備驅動力,即可以用以使汽車產生加速度的驅動力。汽車的動力性如最高車速、加速性能和爬坡度等，都決定于驅動力跟相關的阻力之間的差值。
   輪胎滾動阻力  F=W，式中W為作用于輪胎上的垂直負荷，為輪胎的滾動阻力系數,F主要是由于輪胎和道路的變形所消耗的功引起的。 值隨輪胎直徑的減小和變形量的增大而加大，它還與道路的路面狀態和材料有關。車速與載荷提高時，或輪胎氣壓降低時，滾動阻力增加。子午線輪胎的滾動阻力比斜交簾線輪胎最多可減小1/3左右。
   空氣阻力  FA＝0.5[p]A(+)(，式中[p]為空氣密度，可取1.202千克／米(；為空氣阻力系數，其值取決于車身的外形和車身外部附件的形式和布置，因此各車型的值可能相差很大,甚至相差一倍；A為汽車正面投影面積（米(）；為迎面風速（米／秒）；為車速（米／秒）。
   坡度阻力  FS=Gsin≈Gtg≈G，式中 G為汽車總重（千克）；為坡度角；為坡度。
   加速運動阻力　[596-01]，式中 G為汽車總重（千克）；重力加速度＝9.8米／秒(；[596-02]為汽車加速度；為汽車的旋轉質量換算系數,＞1，它與發動機和傳動系的旋轉零件和車輪的轉動慣量以及傳動系的傳動比有關。
   習慣上用圖示的曲線（見圖[汽車驅動力和阻力平衡圖]）表示汽車驅動力和阻力的平衡。例如汽車用二檔時可以車速1爬上15％的坡。
   汽車的曲線行駛  汽車在轉彎或在直道上遇到側向干擾力（如斜坡、側風）時即作曲線行駛。曲線行駛時所產生的側向加速度，會影響汽車的方向穩定性。如果汽車的行駛軌跡反著作用力的方向偏移或有自動回正的傾向，那么汽車具有“不足轉向”，其行駛方向是穩定的。反之，即為不穩定的“過度轉向”。對汽車的要求是具有輕微的“不足轉向”的特性,直到其最高車速,還能保持這個特性。
   汽車在彎路上行駛時，其方向穩定性跟車速和輪胎與地面的附著系數有關。在沒有側坡的道路上，汽車轉彎的離心力過大會導致汽車側向滑移，所以在彎道處的路面常是內側低、外側高。轉彎時，離心力作用于汽車重心，使汽車橫向擺動，稱為橫擺。橫擺的程度與懸架角剛度、離心力力臂（重心與橫擺軸線之間的距離）尺寸有關。橫擺軸線的位置依汽車的前后懸架的形式而定。大部分汽車橫擺軸線位于重心之下，兩者靠得越近，橫擺的傾向就越小。
   當遇到側向風時，汽車行駛的穩定性受風壓中心位置和風力大小的影響，如汽車重心位置在風壓中心之后，側向風就有使汽車偏離行駛路線的傾向。為了提高汽車的方向穩定性，側向風壓中心應盡量靠近汽車重心。
   汽車的振動  汽車的車輪和懸架都是有阻尼的彈性元件和系統，這些元件和系統使汽車成為多自由度的振動系統。由于車速不斷提高，振動隨之加劇。振動不但影響汽車的平順性，也影響汽車的方向穩定性和零部件的壽命。
   汽車的行駛路面都有程度不同的不規則性，道路所引起的汽車振動是隨機性的，需要用隨機振動理論處理。
   汽車行駛時，一側的車輪常先后越過路面的同一凸起或凹陷部分，不同側的車輪可能作同相位的振動，但多數情況下并不如此。因此，汽車是一個復雜的隨機振動系統，這種隨機振動常使汽車作縱向、橫向或垂直的顛簸、擺動和振動。
   汽車發動機的燃燒不均勻性和慣性力以及傳動系旋轉零部件和車輪的不平衡，也引起各部分的振動。因此，減少振動和由此而引起的噪聲是汽車力學的研究課題之一。
　　　　　　　　　　　　　　　　　盛景方