2014年12月焦作大學(xué)學(xué)報(bào)第4期JOURNAL OF JIAOZUO UNIVERSITYDec.2014車痕的動(dòng)力學(xué)分析于希山(大連海洋大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院,遼寧大連116300)摘要:汽車驅(qū)動(dòng)方式不同,車輪在運(yùn)動(dòng)中受力情況也不相冋。汽車在行駛時(shí),產(chǎn)生的車痕深淺,意味著對(duì)地面壓力的大小,卻與驅(qū)動(dòng)方式無關(guān),取決于運(yùn)動(dòng)狀態(tài);無論是前輪驅(qū)動(dòng)、后輪驅(qū)動(dòng)還是四輪驅(qū)動(dòng),勻速時(shí),前后車痕無明顯差異,加速時(shí)都是后輪車痕深;剎車時(shí)都是前輪車痕深。從動(dòng)力學(xué)的角度分析產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。明確這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因,對(duì)于安全駕駛有重要指導(dǎo)意義關(guān)鍵詞:車痕;動(dòng)力學(xué);驅(qū)動(dòng);運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中圖分類號(hào):O31文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1008-7257(2014)04-0107-03動(dòng)輪。我們分析汽車在運(yùn)動(dòng)時(shí)的受力情況如圖-1所示。0.引言當(dāng)我們駕駛汽車行駛時(shí),車輪痕跡與我們?nèi)缬半S形,我們把車輪痕跡簡(jiǎn)稱為車痕。勻速前進(jìn)、加速運(yùn)行緊急剎車,仔細(xì)觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)車痕深淺各不相同。有時(shí)前輪車痕深,有時(shí)后輪車痕深,有時(shí)前后輪車痕一樣深;1汽車后輪驅(qū)動(dòng)受力圖在柏油路面上行駛,車輪痕跡不很明顯,若在沙土路面上行駛,這種現(xiàn)象非常清晰。汽車在運(yùn)動(dòng)時(shí)受到如下六個(gè)力的作用。汽車的重力實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)告訴我們,無論汽車驅(qū)動(dòng)如何配置,當(dāng)勻G,作用于汽車質(zhì)心C,豎直向下;前輪受到地面的支持速行駛時(shí),前后輪車痕深淺相同。當(dāng)汽車是后輪驅(qū)動(dòng)力N,作用于前輪軸心,豎直向上;后輪受到地面的支時(shí),加速行駛時(shí),后輪比前輪車痕深,急剎車時(shí)前輪比持力N2,作用于后輪軸心,豎直向上;車身受到的空氣后輪剎車痕深;當(dāng)汽車是前輪驅(qū)動(dòng)時(shí),同樣是:加速行阻力,作用于汽車質(zhì)心,方向與運(yùn)動(dòng)方向相反。假設(shè)汽駛時(shí),后輪比前輪車痕深,急剎車時(shí)前輪比后輪剎車痕車低速行駛,由于汽車所受空氣阻力遠(yuǎn)小于汽車牽引深;當(dāng)汽車是四輪驅(qū)動(dòng)時(shí),還是:加速行駛時(shí),后輪比前力,為簡(jiǎn)化研究,空氣阻力忽略不計(jì),這并不影響本問輪車痕深,急剎車時(shí)前輪比后輪剎車痕深。三種驅(qū)動(dòng)方題的討論結(jié)果。后輪所受靜摩擦力f,由于后輪是主動(dòng)式,車輪受力情況各不相同,但車痕情況相同。假設(shè)路輪,發(fā)動(dòng)機(jī)使輪子轉(zhuǎn)動(dòng),輪子與地面接觸點(diǎn)有向后運(yùn)動(dòng)況相同,車痕的深淺,意味著車輪對(duì)地面壓力的大小趨勢(shì),故地面對(duì)后輪產(chǎn)生一個(gè)與前進(jìn)方向相同的靜摩也就是說車輪對(duì)地面的壓力大小與驅(qū)動(dòng)方式無關(guān)。擦力∫2,作用于輪子與地面接觸邊緣,這就是我們通常是為什么呢?下面我們從動(dòng)力學(xué)角度分析產(chǎn)生這種現(xiàn)所說的牽引力。前輪所受滾動(dòng)摩擦力f,由于前輪是被象的原因。動(dòng)輪,車身在后輪的帶動(dòng)下向前運(yùn)動(dòng),故前輪受到一個(gè)與運(yùn)動(dòng)方向相反的滾動(dòng)摩擦力f。通常情況下,f<0時(shí),汽車加速前進(jìn),N1N2,汽車前輪受到的面的壓力相等,車痕深淺相同地面支持力比后輪大,即前輪對(duì)地面的壓力大于后輪當(dāng)汽車加速前進(jìn)時(shí),加速度與車運(yùn)動(dòng)方向相同,即對(duì)地面的壓力,前輪比后輪剎車痕深。a>0,NN2,汽車前輪受到的地面支持力比后輪大,也就是汽當(dāng)汽車是四輪驅(qū)動(dòng)時(shí),即前后輪都是主動(dòng)輪。汽車車前輪對(duì)地面的壓力大于后輪對(duì)地面的壓力,前輪比運(yùn)動(dòng)時(shí)的受力情況如圖-3所示。汽車在運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的后輪車痕深。六個(gè)力中:重力G、前輪受到的支持力N1、后輪受到的支持力N2以及空氣阻力與前兩種情況相同。由于前后前輪驅(qū)動(dòng)受力分析輪都是主動(dòng)輪,輪子與地面接觸點(diǎn)都有向后運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)故地面對(duì)前后輪都產(chǎn)生一個(gè)與前進(jìn)方向相同的靜摩擦力√2,作用于輪子與地面接觸邊緣,即對(duì)車產(chǎn)生向前當(dāng)汽車是前輪驅(qū)動(dòng)時(shí),即前輪是主動(dòng)輪,后輪是被的牽引力。通常情況下,前后輪發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率相同動(dòng)輪。分析汽車運(yùn)動(dòng)時(shí)的受力情況如圖-2所示。汽車在可以視為=≠6運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的六個(gè)力中:重力G、前輪受到的支持力N1、后輪受到的支持力N2、空氣阻力與第一種情況相同。由于前輪是主動(dòng)輪,輪子與地面接觸點(diǎn)有向后運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),故地面對(duì)前輪產(chǎn)生一個(gè)與前進(jìn)方向相同的靜摩擦力f,作用于輪子與地面接觸邊緣,對(duì)車產(chǎn)生向前的牽引力;后輪所受滾動(dòng)摩擦力f2,由于前輪是主動(dòng)輪,車身在前輪的帶動(dòng)下向前運(yùn)動(dòng),故后輪受到一個(gè)與運(yùn)動(dòng)圖-3汽車四輪驅(qū)動(dòng)受力圖方向相反的滾動(dòng)摩擦力彡2,通常情況下,后>/2同樣,我們可以寫出汽車運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程f1+/2力矩平衡方程為fh+fh+Nl在豎直方向,力的平衡方程為N1+N2解以上三個(gè)方程得圖-2汽車前輪驅(qū)動(dòng)受力圖m(o_ha(14)同樣我們可以寫出汽車運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程f i= ma(6)(15)力矩平衡方程為由(14)、(15)兩式可以看出fh+Nl-N2I=0在豎直方向,力的平衡方程為當(dāng)a=0時(shí),汽車勻速行駛,N=N2=mg,汽車前后N2-mg=0輪受到的地面松對(duì)地面的壓解以上三個(gè)方程得:力相等,車痕深中國(guó)煤化工當(dāng)a>0時(shí)CNMHG后輪受到的地面支持力比前輪大,即后輪對(duì)地面的壓力大于前輪第4期于希山:車痕的動(dòng)力學(xué)分析109對(duì)地面的壓力,后輪比前輪車痕深壓力越小,車痕越淺。當(dāng)剎車加速度的大小a≥g時(shí)當(dāng)a<0時(shí),減速剎車,N1>N2,汽車前輪受到的地面支持力比后輪大,即汽車前輪對(duì)地面的壓力大于后輪后輪對(duì)地面壓力為零,車后身脫離地面,易造成翻車事對(duì)地面的壓力,前輪比后輪剎車痕深故。這提醒我們,剎車加速度不能太大,而剎車加速度又是由行駛速度和剎車緩急決定的。汽車在勻速行駛時(shí),前后輪對(duì)地面壓力均衡,車行4.結(jié)語駛平穩(wěn);但如果速度很大,遇緊急情況急剎車,剎車加速度很大,導(dǎo)致后輪對(duì)地面壓力急劇減小,極易導(dǎo)致翻綜上所述,無論是前輪驅(qū)動(dòng)、后輪驅(qū)動(dòng)還是四輪驅(qū)車事故動(dòng),加速越快,后輪對(duì)地面壓力越大,車痕越深。這提醒我們,遇到松軟路面,不可加速太快,否則后車輪容易參考文獻(xiàn)陷入。加速越快,前輪對(duì)地面壓力越小,車頭有上翹趨1宋士賢,郭曉楓,劉云龍大學(xué)物理M.西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,2002勢(shì);當(dāng)a≥g時(shí),前輪對(duì)地面壓力為零,此時(shí)車前身翹2]鄧法金學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,2004起;這種現(xiàn)象在特技車手中常見,但對(duì)日常駕駛卻很危3余虹,姜東光,張殿風(fēng),劉中原大學(xué)物理學(xué)M.北京:科學(xué)險(xiǎn),提醒我們加速不可太快出版社,2003剎車時(shí),無論是前輪驅(qū)動(dòng)、后輪驅(qū)動(dòng)還是四輪驅(qū)動(dòng)剎車越快,前輪對(duì)地面壓力越大,車痕越深;后輪對(duì)地面(責(zé)任編輯陳永康(上接第106頁(yè))同軌道傾角的末端坐標(biāo)系位姿得出參考文獻(xiàn)軌道傾角對(duì)機(jī)器人末端坐標(biāo)值存在影響,且能夠通過「]董文杰,徐文立·移動(dòng)機(jī)楲手的魯棒控制[J·控制理論與應(yīng)此模型準(zhǔn)確地計(jì)算機(jī)器人的末端坐標(biāo)值。用,2002,19(3):345-348[2]徐保國(guó),尹怡欣,殷路,等.智能移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)研究進(jìn)展J]儀器儀表學(xué)報(bào),2007,28(4):683-6853.結(jié)束語[3 Altafini C Inverse kinematics along a geometric spline for aholonomic mobilemanipulator. Proceeding of the 2001 IER本文提出了一種沿軌道運(yùn)動(dòng)的六自由度移動(dòng)機(jī)械International Conference on roboticS& Automation 2001: 1265-1270手,通過軌道這種簡(jiǎn)單的移動(dòng)方式,可以使建造復(fù)雜的[4]趙艷云,方漪·五自由度機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)學(xué)研究[J].科學(xué)技機(jī)械手移動(dòng)平臺(tái)問題簡(jiǎn)單化,并對(duì)沿軌道運(yùn)動(dòng)的六自術(shù)與工程,2009,(6)由度機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型轉(zhuǎn)化?？墒褂煤?jiǎn)單的 MATLAB15雷春麗,芮執(zhí)元,碼垛機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)分析[現(xiàn)代制造工程程序?qū)崿F(xiàn)該機(jī)器人在具有一定傾斜軌道上的運(yùn)行過程2009,(11)及各關(guān)節(jié)位姿變化的跟蹤及模擬,解決了機(jī)械手移動(dòng)[6]李曉燕,張翔,陳立偉.基于VC6.0和 OpenGL機(jī)械手三維仿過程中針對(duì)不同的軌道傾角對(duì)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)的影響。真演示系統(tǒng)[].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2004,(6)采用D-H參數(shù)法對(duì)該模型進(jìn)行分析,為移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析提供了新的思路,同時(shí)為該機(jī)器人的智能控制研究提供了運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)(責(zé)任編輯陳永康中國(guó)煤化工CNMHG