车痕的动力学分析

2014年12月焦作大学学报第4期JOURNAL OF JIAOZUO UNIVERSITYDec.2014车痕的动力学分析于希山(大连海洋大学应用技术学院,辽宁大连116300)摘要:汽车驱动方式不同,车轮在运动中受力情况也不相冋。汽车在行驶时,产生的车痕深浅,意味着对地面压力的大小,却与驱动方式无关,取决于运动状态;无论是前轮驱动、后轮驱动还是四轮驱动,匀速时,前后车痕无明显差异,加速时都是后轮车痕深;刹车时都是前轮车痕深。从动力学的角度分析产生这种现象的原因。明确这种现象产生的原因,对于安全驾驶有重要指导意义关键词:车痕;动力学;驱动;运动状态中图分类号:O31文献标识码:A文章编号:1008-7257(2014)04-0107-03动轮。我们分析汽车在运动时的受力情况如图-1所示。0.引言当我们驾驶汽车行驶时,车轮痕迹与我们如影随形,我们把车轮痕迹简称为车痕。匀速前进、加速运行紧急刹车,仔细观察会发现车痕深浅各不相同。有时前轮车痕深,有时后轮车痕深,有时前后轮车痕一样深;1汽车后轮驱动受力图在柏油路面上行驶,车轮痕迹不很明显,若在沙土路面上行驶,这种现象非常清晰。汽车在运动时受到如下六个力的作用。汽车的重力实践经验告诉我们,无论汽车驱动如何配置,当匀G,作用于汽车质心C,竖直向下;前轮受到地面的支持速行驶时,前后轮车痕深浅相同。当汽车是后轮驱动力N,作用于前轮轴心,竖直向上;后轮受到地面的支时,加速行驶时,后轮比前轮车痕深,急刹车时前轮比持力N2,作用于后轮轴心,竖直向上;车身受到的空气后轮刹车痕深;当汽车是前轮驱动时,同样是:加速行阻力,作用于汽车质心,方向与运动方向相反。假设汽驶时,后轮比前轮车痕深,急刹车时前轮比后轮刹车痕车低速行驶,由于汽车所受空气阻力远小于汽车牵引深;当汽车是四轮驱动时,还是:加速行驶时,后轮比前力,为简化研究,空气阻力忽略不计,这并不影响本问轮车痕深,急刹车时前轮比后轮刹车痕深。三种驱动方题的讨论结果。后轮所受静摩擦力f,由于后轮是主动式,车轮受力情况各不相同,但车痕情况相同。假设路轮,发动机使轮子转动,轮子与地面接触点有向后运动况相同,车痕的深浅,意味着车轮对地面压力的大小趋势,故地面对后轮产生一个与前进方向相同的静摩也就是说车轮对地面的压力大小与驱动方式无关。擦力∫2,作用于轮子与地面接触边缘,这就是我们通常是为什么呢?下面我们从动力学角度分析产生这种现所说的牵引力。前轮所受滚动摩擦力f,由于前轮是被象的原因。动轮,车身在后轮的带动下向前运动,故前轮受到一个与运动方向相反的滚动摩擦力f。通常情况下,f<0时,汽车加速前进,N1N2,汽车前轮受到的面的压力相等,车痕深浅相同地面支持力比后轮大,即前轮对地面的压力大于后轮当汽车加速前进时,加速度与车运动方向相同,即对地面的压力,前轮比后轮刹车痕深。a>0,NN2,汽车前轮受到的地面支持力比后轮大,也就是汽当汽车是四轮驱动时,即前后轮都是主动轮。汽车车前轮对地面的压力大于后轮对地面的压力,前轮比运动时的受力情况如图-3所示。汽车在运动时受到的后轮车痕深。六个力中:重力G、前轮受到的支持力N1、后轮受到的支持力N2以及空气阻力与前两种情况相同。由于前后前轮驱动受力分析轮都是主动轮,轮子与地面接触点都有向后运动趋势故地面对前后轮都产生一个与前进方向相同的静摩擦力√2,作用于轮子与地面接触边缘,即对车产生向前当汽车是前轮驱动时,即前轮是主动轮,后轮是被的牵引力。通常情况下,前后轮发动机输出功率相同动轮。分析汽车运动时的受力情况如图-2所示。汽车在可以视为=≠6运动时受到的六个力中:重力G、前轮受到的支持力N1、后轮受到的支持力N2、空气阻力与第一种情况相同。由于前轮是主动轮,轮子与地面接触点有向后运动趋势,故地面对前轮产生一个与前进方向相同的静摩擦力f,作用于轮子与地面接触边缘,对车产生向前的牵引力;后轮所受滚动摩擦力f2,由于前轮是主动轮,车身在前轮的带动下向前运动,故后轮受到一个与运动图-3汽车四轮驱动受力图方向相反的滚动摩擦力彡2,通常情况下,后>/2同样,我们可以写出汽车运动的动力学方程f1+/2力矩平衡方程为fh+fh+Nl在竖直方向,力的平衡方程为N1+N2解以上三个方程得图-2汽车前轮驱动受力图m(o_ha(14)同样我们可以写出汽车运动的动力学方程f i= ma(6)(15)力矩平衡方程为由(14)、(15)两式可以看出fh+Nl-N2I=0在竖直方向,力的平衡方程为当a=0时,汽车匀速行驶,N=N2=mg,汽车前后N2-mg=0轮受到的地面松对地面的压解以上三个方程得:力相等,车痕深中国煤化工当a>0时CNMHG后轮受到的地面支持力比前轮大,即后轮对地面的压力大于前轮第4期于希山:车痕的动力学分析109对地面的压力,后轮比前轮车痕深压力越小,车痕越浅。当刹车加速度的大小a≥g时当a<0时,减速刹车,N1>N2,汽车前轮受到的地面支持力比后轮大,即汽车前轮对地面的压力大于后轮后轮对地面压力为零,车后身脱离地面,易造成翻车事对地面的压力,前轮比后轮刹车痕深故。这提醒我们,刹车加速度不能太大,而刹车加速度又是由行驶速度和刹车缓急决定的。汽车在匀速行驶时,前后轮对地面压力均衡,车行4.结语驶平稳;但如果速度很大,遇紧急情况急刹车,刹车加速度很大,导致后轮对地面压力急剧减小,极易导致翻综上所述,无论是前轮驱动、后轮驱动还是四轮驱车事故动,加速越快,后轮对地面压力越大,车痕越深。这提醒我们,遇到松软路面,不可加速太快,否则后车轮容易参考文献陷入。加速越快,前轮对地面压力越小,车头有上翘趋1宋士贤,郭晓枫,刘云龙大学物理M.西安:西北工业大学出版社,2002势;当a≥g时,前轮对地面压力为零,此时车前身翘2]邓法金学[M].北京:科学出版社,2004起;这种现象在特技车手中常见,但对日常驾驶却很危3余虹,姜东光,张殿风,刘中原大学物理学M.北京:科学险,提醒我们加速不可太快出版社,2003刹车时,无论是前轮驱动、后轮驱动还是四轮驱动刹车越快,前轮对地面压力越大,车痕越深;后轮对地面(责任编辑陈永康(上接第106页)同轨道倾角的末端坐标系位姿得出参考文献轨道倾角对机器人末端坐标值存在影响,且能够通过「]董文杰,徐文立·移动机楲手的鲁棒控制[J·控制理论与应此模型准确地计算机器人的末端坐标值。用,2002,19(3):345-348[2]徐保国,尹怡欣,殷路,等.智能移动机器人技术研究进展J]仪器仪表学报,2007,28(4):683-6853.结束语[3 Altafini C Inverse kinematics along a geometric spline for aholonomic mobilemanipulator. Proceeding of the 2001 IER本文提出了一种沿轨道运动的六自由度移动机械International Conference on roboticS& Automation 2001: 1265-1270手,通过轨道这种简单的移动方式,可以使建造复杂的[4]赵艳云,方漪·五自由度机器人手臂运动学研究[J].科学技机械手移动平台问题简单化,并对沿轨道运动的六自术与工程,2009,(6)由度机械手的运动学模型转化。可使用简单的 MATLAB15雷春丽,芮执元,码垛机械手运动学分析[现代制造工程程序实现该机器人在具有一定倾斜轨道上的运行过程2009,(11)及各关节位姿变化的跟踪及模拟,解决了机械手移动[6]李晓燕,张翔,陈立伟.基于VC6.0和 OpenGL机械手三维仿过程中针对不同的轨道倾角对机械手运动学的影响。真演示系统[].计算机工程与设计,2004,(6)采用D-H参数法对该模型进行分析,为移动机器人的运动学分析提供了新的思路,同时为该机器人的智能控制研究提供了运动学基础(责任编辑陈永康中国煤化工CNMHG