汽車通過性

在一定車載質量下，汽車能以足夠高的平均車速通過各種壞路及無路地帶和克服各種障礙的能力，稱為汽車的通過性。

基本介紹

• 中文名：汽車通過性
• 外文名：Car through sexual
• 屬於：指標考核
• 主要指標：接近角、離去角、最小離地間隙  

簡介

在一定車載質量下，汽車能以足夠高的平均車速通過各種壞路及無路地帶和克服各種障礙的能力，稱為汽車的通過性。壞路及無路地帶，是指鬆軟土壤、沙漠、雪地、沼澤等鬆軟地面及坎坷不平地段；各種障礙，是指陡坡、側坡、台階、壕溝等。

汽車通過性可分為輪廓通過性和牽引支承通過性。前者是表徵車輛通過坎坷不平路段和障礙（如陡坡、側坡、台階、壕溝等）的能力；後者是指車輛能順利通過鬆軟土壤、沙漠、雪地、冰面、沼澤等地面的能力。

在鬆軟地面上行駛時，汽車驅動輪對地面施加向後的水平力，使地面發生剪下變形，相應的剪下變形所構成的地面水平反作用力，被稱為土壤推力。它常比在一般硬路面上的附著力要小得多。汽車在鬆軟地面上行駛時也受到土壤阻力的作用。土壤阻力，是指輪胎對土壤的壓實作用、推移作用而產生的壓實阻力、推土阻力，以及充氣輪胎變形引起的彈滯損耗阻力。它要比在硬路面上的滾動阻力大得多。因此，它們經常不能滿足汽車行駛附著條件的要求，這是鬆軟地面限制汽車行駛的主要原因。

牽引車的掛鈎牽引力等於土壤最大推力與土壤阻力之差，它表征了土壤強度的貯備能力。它可用於車輛加速、上坡、克服道路不平的阻力和牽引與掛鈎連線的掛車等裝備，它也反映了汽車通過無路地帶的能力。

農林區、礦區、建設工地等使用的車輛和軍用車輛，經常行駛在壞路和無路地面上。因此，要求這些汽車應具有良好的通過性。

輪廓通過性

在越野行駛時，由於汽車與不規則地面的間隙不足，可能出現汽車被拖住而無法通過的現象，稱為間隙失效。間隙失效主要有“頂起失效”、“觸頭失效”或“托尾失效”兩種形式。頂起失效是車輛中間底部的零件碰到地面，而被頂住的間隙失效。觸頭失效(或托尾失效)是汽車前端(或車尾)觸及地面的間隙失效。

汽車通過性評價指標及幾何參數

汽車通過性的幾何參數是與防止間隙失效有關的汽車本身的幾何參數。它們主要包括最小離地間隙、接近角、離去角、縱向通過角等。另外，汽車的最小轉彎直徑和內輪差、轉彎通道圓及車輪半徑也是汽車通過性的重要輪廓參數。

最小離地間隙

最小離地間隙C是汽車除車輪之外的最低點與路面之間的距離。它表征汽車無碰撞地越過石塊、樹樁等障礙物的能力。汽車的前橋、飛輪殼、變速器殼、消聲器和主傳動器外殼等通常有較小的離地間隙。汽車前橋的離地間隙一般比飛輪殼的還要小，以便利用前橋保護較弱的飛輪殼免受沖碰。後橋內裝有直徑較大的主傳動齒輪，一般離地間隙最小。在設計越野汽車時，應保證有較大的最小離地間隙。

汽車通過性的幾何參數

汽車類型	驅動型式	最小離地; 間隙C(mm)	接近角; (°)	離去角; (°)	最小轉彎直徑; dH (m)
轎車	4×2	120～200	20～30	15～22	14～26
	4×4	210～370	45～50	35～40	20～30
貨車	4×2	250～300	25～60	25～45	16～28
	4×4、6×6	260～350	45～60	35～45	22～42
越野車（乘用）	4×4	210～370	45～50	35～40	20～30
客車	6×4、4×2	220～370	10～40	6～20	28～44

接近角與離去角

接近角和離去角，是指自車身前、後突出點向前、後車輪引切線時，切線與路面之間的夾角。它表征了汽車接近或離開障礙物(如小丘、溝窪地等)時，不發生碰撞的能力。接近角和離地角越大，則汽車的通過性越好。

縱向通過角

縱向通過角，是指在汽車空載、靜止時，在汽車側視圖上通過前、後車輪外緣做切線交於車體下部較低部位所形成的最小銳角。它表征汽車可無碰撞地通過小丘、拱橋等障礙物的輪廓尺寸。縱向通過半徑越小，汽車的通過性越好

最小轉彎直徑和內輪差

車輛在轉向過程中，轉向盤向左或向右轉到極限位置時，車輛外轉向輪印跡中心在其支承面上的軌跡圓直徑中的較大者，稱為車輛的最小轉彎直徑。它表徵車輛在最小面積內的迴轉能力和通過狹窄彎曲地帶或繞過障礙物的能力。轉向軸和末軸的內輪印跡中心在車輛支承平面上的軌跡圓之差，被稱為內輪差。

《機動車運行安全技術條件》（GB7258-1997）規定：機動車輛的最小轉彎直徑，以前輪軌跡中心為基線，測量其值不得大於24m。當轉彎直徑為24m時，前轉向軸和末軸的內輪差（以兩內輪軌跡中心計）不得大於3.5m。

汽車轉彎直徑示意圖

轉彎通道圓

轉向盤轉至極限位置時：車輛所有點在車輛支承平面上的投影均位於圓外的最大內圓和包含車輛所有點在車輛支承平面上的投影均位於圓內的最小外圓。

車輛有左和右轉彎通道圓。轉彎通道圓的最大內圓直徑越大，最小外圓直徑越小，車輛所需的通道寬度越窄，通過性越好。

汽車轉彎通道圓示意圖

牽引支承通過性

車輛支承通過性的主要評價指標包括附著質量、附著係數及車輛接地比壓。

附著質量和附著質量係數

附著質量是指輪式車輛驅動軸載質量，即車輛附著質量與總質量之比，稱為附著質量係數。

車輪接地比壓

車輪接地比壓是指車輪對地面的單位壓力。車輛在鬆軟地面上行駛的滾動阻力係數和附著係數都與車輪接地比壓直接有關。車輪接地比壓小，輪轍深度小，車輪的行駛阻力和車輪沉陷失效的機率就小。同樣，當汽車行駛在粘性土壤和鬆軟雪地上時，降低車輪接地比壓可使得車輪接地面積增加，提高地面承受的剪下力，使車輪不易打滑。

汽車的傾覆失效

越野汽車在通過障礙時，過大的側坡或縱坡會導致汽車傾覆失效。汽車在側坡上直線行駛時，當坡度大到使重力通過一側車輪接地中心，而另一側車輪的地面法向反作用力等於零時，則汽車將發生側翻。

影響汽車通過性的因素

汽車的最大單位驅動力

由於汽車越野行駛的阻力很大，為了充分利用地面提供的掛鈎牽引力，保證汽車通過性，除了減少行駛阻力外，還必須增加汽車的最大單位驅動力。

實際上，在汽車低速行駛時，若忽略空氣阻力，最大單位驅動力等於最大動力因數。為了獲得足夠大的單位驅動力，要求越野汽車有較大的比功率以及較大的傳動比。這些要求可通過提高發動機功率，在傳動系中增加副變速器或使分動器具有低檔，以增加傳動系的總傳動比來實現。在困難的行駛條件下，限制越野汽車的額定載質量能提高單位驅動力，同時也能降低在鬆軟地面上的滾動阻力。

行駛速度

當汽車低速行駛時，土壤剪下和車輪滑轉的傾向減少。因此，用低速行駛克服困難地段，可改善汽車的通過性。為此，越野汽車傳動系最大總傳動比一般較大。越野汽車最低穩定車速可按表6-2選取，其值隨汽車總質量而定。

汽車總質量(kN)	<19.6	<63.7	<78.4	>78.4
最低穩定車速(km/h)	≤5	≤2～3	≤1.5～2.5	≤0.5～1

越野汽車的最低穩定車速

汽車車輪

車輪對汽車通過性有著決定性的影響，為了提高汽車的通過性，必須正確選擇輪胎的花紋尺寸、結構參數、氣壓等，使汽車行駛滾動阻力較小，附著能力較大。

輪胎花紋

輪胎花紋對附著係數有很大影響。正確地選擇輪胎花紋，對提高汽車在一定類型地面上的通過性有很大作用。越野汽車的輪胎具有寬而深的花紋。當汽車在濕路面上行駛時，由於只有花紋的凸起部分與地面接觸，使輪胎對地面有較高的單位壓力，足以擠出水層。而汽車在鬆軟地面上行駛時，因輪胎下陷而嵌入土壤的花紋凸起數目增加，與地面接觸面積及土壤剪下面積都迅速增加。因而能保證有較好的附著性能。越野輪胎花紋的形狀應具有脫掉自身泥濘的性能。

在表面滑溜泥濘而底層堅實的道路上，提高通過性的最簡單辦法是在輪胎套上防滑鏈(或使用帶防滑釘的輪胎)，它相當在輪胎上增加了一層高而稀的花紋。防滑鏈能擠出表面的水層，直接與地面堅硬部分接觸，有的還會增加土壤剪下面積，從而提高附著能力。

輪胎直徑與寬度

增大輪胎直徑和寬度都能降低輪胎的接地比壓。用增加車輪直徑的方法來減小接地比壓，增加接觸面積以減少土壤阻力和減少滑轉，要比增加車輪寬度更為有效。但增大輪胎直徑會使慣性增大，汽車質心升高，輪胎成本增加，並要採用大傳動比的傳動系。因此，大直徑輪胎的推廣使用受到了限制。

加大輪胎寬度不僅直接降低了輪胎的接地面比壓，而且因輪胎較寬，允許胎體有較大的變形，而不降低其使用壽命，因而可使輪胎氣壓取得低些。若將後輪的雙胎換為一個斷面比普通輪胎大2～2.5倍、氣壓很低(29.4～83.3kPa)、斷面具有拱形的“拱形輪胎”時，接地面積將增大1.5～3倍以上，則可大幅度地減小接地比壓，使汽車在沙漠、雪地、沼澤地面上行駛時，具有特別良好的通過性。但這種專用於鬆軟地面的特種輪胎，花紋較大，氣壓過低，不應在硬路面上工作，否則將過早損壞和迅速磨損。

輪胎的氣壓

在鬆軟地面上行駛的汽車，應相應降低輪胎氣壓，以增大輪胎與地面的接觸面積，降低接地比壓，從而減小輪胎在鬆軟地面的沉陷量及滾動阻力，提高土壤推力。輪胎氣壓降低時，雖然土壤的壓實阻力減小，但卻使輪胎本身的遲滯損失增加。所以，在一定的地面上有一個最小地面阻力的輪胎氣壓，見圖6-6。實際上，輪胎氣壓應比該氣壓略高19.2～29.4kPa。此時，地面阻力雖稍有增加，但由於在潮濕地面上的附著係數將較大的提高，從而可改善汽車的通過性。

為了提高越野汽車通過鬆軟地面的能力，而在硬路面上行駛時又不致引起大的滾動阻力和影響輪胎壽命，可裝用輪胎中央充氣系統，使駕駛員能根據道路情況，隨時調節輪胎氣壓。通常，越野汽車的超低壓輪胎氣壓可以在49～343kPa範圍內變化。

在低壓條件下工作的超低壓越野輪胎，其帘布層數較少，具有薄而堅固，又富有彈性的胎體，以減少由於輪胎變形引起的遲滯損失，並保證其使用壽命。

前輪距與後輪距

當汽車在鬆軟地面上行駛時，各車輪都需克服形成輪轍的阻力(滾動阻力)。如果汽車前輪距與後輪距相等，並有相同的輪胎寬度，則前輪轍與後輪轍重合，後輪就可沿被前輪壓實的輪轍行駛，使汽車總滾動阻力減小，提高汽車通過性。所以，多數越野汽車的前輪距與後輪距相等。

前輪與後輪的接地比壓

試驗證明，前輪距與輪距相等的汽車行駛於鬆軟地面時，當前輪對地面的單位壓力比後輪的比壓小20%～30%時，汽車滾動阻力最小。為此，除在設計汽車時，可將負荷按此要求分配於前、後軸，也可以使前、後輪的輪胎氣壓不同，以產生不同的接地比壓。

從動車輪和驅動車輪

在越野行駛中，常以很低的車速去克服某些障礙物，如台階、壕溝等。這時，可用靜力學平衡方程式求得障礙物與汽車參數間的關係。

4*2汽車通過台階受力情況

液力傳動

當汽車裝有液力變矩器或液力偶合器時，能提高發動機工作的穩定性，使汽車可以長時間穩定地以低速(0.5～1.5km/h)行駛，從而可減小滾動阻力和提高附著力，改善汽車通過性。裝有普通機械式傳動系的汽車在突然起動時，驅動輪扭矩急劇上升，並產生對土壤起破壞作用的振動(見圖6-11虛線1b)。即使在緩慢起步時(見圖6-11虛線1a)，驅動轉矩也比滾動阻力矩大得多。在鬆軟地面上起步時，這種過大的驅動轉矩並不能使汽車得到較大的加速度，相反地卻使土壤被破壞，輪轍加深，起步困難；而液力傳動能保證驅動輪扭矩逐漸而平順地增長(圖6-11實線2a、2b)，從而防止土壤被破壞和車輪滑移。

汽車啟動時驅動輪上扭矩變化圖

液力傳動還能消除機械式傳動系經常發生的扭振現象。這種扭振現象會引起驅動力產生周期性衝擊，減少土壤顆粒間的摩擦，增加了輪轍深度，並減少輪胎與土壤間的附著力，因而使車輪滑轉的可能性大為增加。扭矩脈動所引起的土壤內摩擦力的減小，還會使汽車前輪所造成的輪轍立即展平，使後輪滾動阻力增加。

裝有普通機械傳動系的汽車，在鬆軟地面行駛時，由於車速低，汽車慣性不足以克服較大的行駛阻力，致使換檔時，因切斷功率而停車。採用液力傳動即可消除因換檔所引起的功率傳遞間斷現象，因而使汽車通過性有顯著提高。

差速器

為了保證各驅動車輪能以不同的角度旋轉，在傳動系中裝有差速器。但普通齒輪差速器由於具有使驅動車輪之間扭矩平均分配的特性，當某一側驅動車輪陷入泥濘或冰雪路面上時，得到較小的附著力，則與之對應的另一側驅動車輪也只能以同樣小的附著力限制其驅動力。為了避免這種情況的發生，某些越野汽車上裝有差速鎖，以便必要時能鎖止差速器。

但在實際道路條件下，各驅動車輪上的附著力差別很小，汽車總驅動力的增加一般不超過20～25%。而且長時間使用差速鎖會使半軸過載引起功率循環，而當驅動車輪滑轉導致停車後，再掛差速鎖起步，有時會因滑轉處土壤表面已被破壞或因全部扭矩突然傳至另一驅動車輪引起土壤破壞而失去效果。

懸架

6×6型和8×8型多軸驅動的越野汽車在異常坎坷不平的地面上行駛時，常會因獨立懸架的結構引起某驅動車輪的垂直載荷大幅度減小，乃至離開地面而懸空的現象，使驅動車輪失去與地面的附著而影響通過性。獨立懸架和平衡式懸架允許車輪與車架間有較大的相對位移，使驅動車輪與地面經常保持接觸，以保證有較好的附著性能。同時獨立懸架可顯著地提高汽車的最小離地間隙，從而提高汽車的通過性。

拖帶掛車

汽車拖帶掛車後，由於總質量增加，動力性將有所降低，即汽車列車的最大動力因數將比腳踏車的最大動力因數小。因而，汽車列車的通過性也隨之變得差些。

為了保證汽車列車有足夠高的通過性，對經常拖掛車工作的汽車，應該有較大的動力因數。增大傳動系的總傳動比可以加大動力因數，但與此同時，汽車的最大行駛速度將會降低；加大發動機功率也會增大動力因數，但汽車在一般道路上行駛時，由於功率利用率低，將使汽車燃料經濟性變壞。

汽車拖掛車後的相對附著重力隨之減少。在汽車列車總重力相同的條件下，因為半掛車的部分質量作用在牽引車上，則拖帶半掛車時的相對附著質量比拖帶全掛車時的大，因而半掛車汽車列車的通過性較好。

將汽車列車做成全輪驅動是提高相對附著質量的最有效方法。這可通過在掛車上也裝上動力裝置(動力掛車)，或將牽引車的動力通過傳動軸或液壓管路傳輸到掛車的車輪上(驅動力掛車)。

全輪驅動汽車列車的通過性較高，這不僅因其相對附著質量最大，同時，由於道路上各點的附著係數一般是不同的(如道路上有積水小坑)，驅動車輪數目增多後，各驅動車輪均遇到附著係數小的支承面的可能性大為減小，因而對汽車列車的通過性有利。此外，與相同質量的重型載貨汽車相比，全輪驅動汽車列車的車輪數一般較多，因而車輪對地面的比壓較小。另外，還可以把各軸輪距做成相等，以減少滾動阻力，提高通過性。

設計汽車列車時，應使掛車車輪軌跡在轉彎時與牽引車後輪軌跡重合。這不僅可減小汽車列車的轉彎寬度，提高機動性，同時也可降低汽車列車在鬆軟地面上轉彎時的滾動阻力，而提高其通過性。

汽車列車克服障礙的能力與掛鈎和轅桿的結構參數也有關。如轅桿在垂直平面內的許可擺角()，對汽車列車所能通過的凸起高度有很大影響。

汽車列車通過凸起

驅動防滑系統(ASR)

汽車在泥濘道路或冰雪路面行駛時，因路面的附著係數小，常會出現驅動輪滑轉現象。當驅動輪滑轉時，產生的驅動力很小。特別是驅動輪原地空轉時，驅動力接近零。例如，汽車驅動輪陷入泥坑時，汽車不能前進。即汽車的動輪一側或兩側滑轉後，汽車的總驅動力不足以克服行駛阻力，使汽車通過壞路的行駛能力受到限制。汽車驅動輪胎滑轉，限制了汽車動力性的發揮，增加了輪胎的磨損，降低了輪胎的使用壽命；並使汽車抗側向力的能力下降，當遇到側風或橫向斜坡時，容易發生側滑，影響汽車行駛的橫向穩定性。

ASR系統可以自動調節發動機轉矩到驅動輪的驅動力，使駕駛員的工作強度得以減小，穩定性和操縱性得到安全的調節，驅動力的發揮得以改善。ASR系統保持驅動輪處於最佳滑轉範圍內的控制方式有以下幾種：調節發動機輸出轉矩，制動驅動輪以及鎖止差速器。這些控制方式的目的都是調節驅動輪上的驅動力矩。

ASR系統示意圖

發動機輸出轉矩控制。如果驅動過程中左、右驅動輪同時滑轉，ASR系統的控制系統可從前、後車輪速度感測器傳來的轉速差極大的信息中，判斷出左、右車輪均在空轉，於是，對發動機控制閥(油門)發出指令，通過發動機控制直接操縱發動機供油量控制桿，相應降低其輸出轉矩，使得驅動輪的轉速降低，直到驅動輪停止滑轉。

驅動輪制動控制。汽車行駛中若出現一側車輪滑轉超過規定值時，控制系統向差速器制動閥和制動壓力調節器發出控制指令，對滑轉的車輪施加制動，使得滑轉的車輪減速，當其減速至規定值後，停止對其控制。若又開始滑轉，則重複上述循環過程。整個過程中，一方面對滑轉的車輪施加制動，另一方面又對另一側無滑轉車輪施加正常驅動力，其效果相當於差速鎖的作用，車輛在滑路上的方向穩定性和起步能力均可得到改善。

發動機輸出轉矩調節和驅動輪制動控制綜合進行。當汽車在滑路轉彎行駛時，如果驅動力過大，會引起驅動輪空轉，使車輛在離心力的作用下甩尾側滑。遇到這類情況，控制系統會自動控制驅動輪制動和調節發動機輸出轉矩，使二者同時或單獨工作，保證汽車穩定行駛。

另外，在驅動輪滑轉時，ASR系統自動向駕駛員發出警報(報警燈)，提示不要猛踏加速踏板，注意轉向盤操作。

隨著汽車電子技術的發展，汽車制動防抱系統(ABS)在現代汽車上的套用增加，ASR系統是ABS系統的延伸。ABS和ASR分別保證汽車在制動和驅動過程中的穩定性和轉向性。ASR是保證驅動附著條件，充分發揮驅動力，保證汽車的驅動穩定性的裝置。一般在汽車的ABS系統中設與ASR的接口電路。ASR系統也可獨立裝車使用。

駕駛方法

駕駛方法對汽車通過性的發揮有很大影響。在通過沙地、泥濘、雪地等鬆軟地面時，應該用低速檔，以保證車輛有較大的驅動力和較低的行駛速度。在行駛中應避免換檔和加速，並保持直線行駛，因為轉彎時將引起前後輪轍不重合，而增加滾動阻力

後輪雙胎的汽車，常會在兩胎間夾雜泥石，或使車輪表面粘附一層很厚的泥，因而使附著係數降低，增加車輪滑轉趨勢。遇到這種情況，駕駛員可以適當提高車速，將車輪上的泥甩掉。

當汽車傳動系裝有差速鎖時，駕駛員應該在估計有可能使車輪滑轉的地區前就將差速器鎖住。因為車輪一旦滑移後，土壤表面就會被破壞，附著係數下降，再鎖住差速鎖不會起顯著作用。當汽車離開壞路地段後，駕駛員應將差速鎖脫開，避免由於功率循環現象使發動機、傳動系和輪胎磨損增加，燃料經濟性和動力性變壞，以及通過性降低等不良後果。

此外，為了提高越野汽車的涉水能力，應注意發動機的分電器總成、火花塞、曲軸箱通氣口等的密封問題，並提高空氣濾清器的位置，不得浸入水中。普通汽車一般能通過深度為0.5～0.6m的硬底淺水灘。