汽车自动洒沙防滑装置的设计
目 录
1 引言 1
2 车辆驱动轮受力情况分析 1
3 洒沙速度的控制 3
4 自动洒沙装置的设计4
4.1自动洒沙装置的工作原理 4
4.2自动洒沙装置的安装位置5
4.3洒沙机构的设计 6
5. 洒沙机构的装配19
5.1 出沙机构的装配19
5.2 安装机构的装配20
5.3 整体装配20
结论 21
致谢 22
参考文献23
图1：箱体零件图1
图2：底壳零件图2
图3：叶片旋转轴零件图3
图4：安装支座零件图4
图5：安装杆零件图5
图6：固定座零件图6
图7：自动洒沙装置装配图 7
1 引言
冬季路面积雪结冰严重, 交通事故经常发生, 这与汽车在冰雪路面上驱动车轮滑转有着巨大的关系。而且绝大多数后轮驱动的货车不具备ASR驱动防滑转系统。目前, 我国冬季利用撒融雪剂和除雪车来清理高速公路和国道等的积雪, 而城镇街道一般是利用机械化清雪或采用人工清雪的方法。 如果下大雪或路面滑行严重时, 交通运输部门只能采取管制交通的方法来控制容易发生的交通事故, 以免对人身、货物、汽车本身造成损失。但目前所采用的这些方法具有局限性和时间性, 无法及时解决路面结冰后行车难等实际问题.。执行长途运输任务的汽车在野外半夜或山坡路上突然遇到意外的恶劣行车情况时, 司机就无能为力了，只得停车休息。在城市中发生驱动轮滑转，不能行使是带来的后果更为严重,会造成严重的拥堵，给城市交通带来巨大的负担[1]。为减少交通事故和拥堵的发 , 国内 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
外有很多关于防滑的研究，但多数研究倾向于防滑轮胎，防滑链等，对于沙粒防滑的研究却不多。防滑轮胎不仅价格高而且换装麻烦， 防滑链虽然价格不高,，但安装繁琐,，需要专用设备且对轮胎及路面损害严重两种防滑方式都有着不可忽视的缺点[2]。
在这种情况下自动洒沙防滑装置能够有效地解决实际问题， 司机可以在驾驶室内控制该装置的间歇或连续式洒沙操作， 可有效地减少可能出现的车轮打滑或汽车侧滑等现象,，能够避免或减少翻车和撞车等意外交通事故的发生。
2 车辆驱动轮受力情况分析
附着系数是指在给定路况下，车轮与路面之间的最大摩擦系数。轮胎以线性速度 前进并以角速度 转动时，通常会存在带束的旋转速度 大于前进速度 ；而在制动的情况下带束的旋转速度 小于前进速度 ，制动时的滑动率称为滑移率，驱动时的滑动率称滑转率[3]。
滑转率的数学表达式
汽车在行驶时， 驱动轮都存在一定程度的滑转。驱动轮的滑转程度用滑转率表示， 其表达式为：
式中： 为驱动轮的滑转率；
为车轮速度（车轮瞬时圆周速度 ，m/s）；
r为车轮半径（m）；ω为车轮转动角速度（rad/m)；
为车速（车轮中心纵向速度，m/s）。
在式(1)中，当 时，滑转率 ，车轮自由滚动；当 时，滑转率 ， 车轮完全处于滑转状态；当 时，滑转率 ，车轮既滚动又滑动。滑转率越大，车轮滑转程度也就越大[4]。
在低附着系数路面情况下，对车辆附着系分析，车轮驱动模型如图1。
设车辆在低附着系数情况下，以速度 前进，车轮转速为 [6]。
则车辆前水平方向运动方程为
车轮的运动方程为
地面摩擦力为
滚动阻力矩为
垂直方向力平衡关系为
式(1) ～ (5)中: 为整车质量；
为 1/4 整车质量；
为滚动阻力系数；
为车辆的垂直载荷；
为地面摩擦力；
为轴距；
为车辆重心高度；
为车轮半径；
为车轮转动惯量；
为车辆纵向速度；
为车轮加速度；
为路面附着系数；
为滑移率；
为牵引力的驱动转矩；
为车轮的滚动阻力距[3]。
将式(1)～(5)联立方程，在低附着系数路面情况下， 会随之减小，根据式(4)，得 也随之减小；因为式(6)中所有参数只与车辆的给定参数相关，所以 不发生变化。因为式(5)中没有参数改变，所以 不变。在式(6)中， 、 、 保持不变，当 减小时，方程 时，车轮出现滑转现象[7]。将其代入式(1)此时，车轮转速 > （ 为车辆前进速度）时，车辆的滑转率便大于0。本设计就是通过向路面洒沙来改变路面附着系数 ，控制车辆的滑转率始终为0，从而避免车辆车轮出现滑转现象[8]。
3 洒沙速度的控制
在下雪或者低温路面结冰等低附着路面情况时，自动洒沙防滑装置，能够自动启动，向车辆驱动轮下洒沙子，并能够准确控制沙量[9]。为使车辆能在低附着系数的路面使洒沙装置起到作用，需对路面洒沙量进行分析[10]。
忽略地域海拔的微弱差异，设重力加速度为 ， 9.8m/s。
由于本设计主要针对的是载货汽车，将该装置安装在汽车上时，设该洒沙装置距离地面平均高度为 ， 200mm。
本装置为安全起见，设定车辆在低附着路面情况下行驶时，规定车辆最高行进速度为 ， 45km/h，即 12.5m/s。
洒沙装置出沙口每秒的洒沙计算公式为：
式中： 为出沙口的宽度，单位m。
为车辆的车辆的最大前进速度，单位m/s。
出沙口的宽度 0.36m，车辆的最大前进速度 12.5m/s，带入式(7)中，计算得，洒沙装置每秒所洒沙面积为： 12.5×0.36 4.5m2/s。
经测算，当车辆以时速为45km/h行驶在雪地时，车轮不出现滑转的沙量为： 7.4g/m2。
所以车辆每秒所需沙量的计算公式为：
式中： 为洒沙装置每秒所洒沙的面积，单位：m2/s；
为车速为45km/h时，车轮不出现滑转时最小的洒沙量，单位：g/m2。
车速为45km/h时，洒沙面积为 4.5m2/s,车轮不出现滑转的单位面积沙量 7.4g/m2,带入式(8)得，车辆每秒所需的沙量为： =4.5m2×7.4g/m2=30g。
方案一：箱体独立做成一体
特点：箱体结构简单，加工、装配方便，可靠性强，成本较低，可做成任意的形状，以增加装沙量。
方案二：箱体与出沙机构作为一体
1 引言 1
2 车辆驱动轮受力情况分析 1
3 洒沙速度的控制 3
4 自动洒沙装置的设计4
4.1自动洒沙装置的工作原理 4
4.2自动洒沙装置的安装位置5
4.3洒沙机构的设计 6
5. 洒沙机构的装配19
5.1 出沙机构的装配19
5.2 安装机构的装配20
5.3 整体装配20
结论 21
致谢 22
参考文献23
图1：箱体零件图1
图2：底壳零件图2
图3：叶片旋转轴零件图3
图4：安装支座零件图4
图5：安装杆零件图5
图6：固定座零件图6
图7：自动洒沙装置装配图 7
1 引言
冬季路面积雪结冰严重, 交通事故经常发生, 这与汽车在冰雪路面上驱动车轮滑转有着巨大的关系。而且绝大多数后轮驱动的货车不具备ASR驱动防滑转系统。目前, 我国冬季利用撒融雪剂和除雪车来清理高速公路和国道等的积雪, 而城镇街道一般是利用机械化清雪或采用人工清雪的方法。 如果下大雪或路面滑行严重时, 交通运输部门只能采取管制交通的方法来控制容易发生的交通事故, 以免对人身、货物、汽车本身造成损失。但目前所采用的这些方法具有局限性和时间性, 无法及时解决路面结冰后行车难等实际问题.。执行长途运输任务的汽车在野外半夜或山坡路上突然遇到意外的恶劣行车情况时, 司机就无能为力了，只得停车休息。在城市中发生驱动轮滑转，不能行使是带来的后果更为严重,会造成严重的拥堵，给城市交通带来巨大的负担[1]。为减少交通事故和拥堵的发 , 国内 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
外有很多关于防滑的研究，但多数研究倾向于防滑轮胎，防滑链等，对于沙粒防滑的研究却不多。防滑轮胎不仅价格高而且换装麻烦， 防滑链虽然价格不高,，但安装繁琐,，需要专用设备且对轮胎及路面损害严重两种防滑方式都有着不可忽视的缺点[2]。
在这种情况下自动洒沙防滑装置能够有效地解决实际问题， 司机可以在驾驶室内控制该装置的间歇或连续式洒沙操作， 可有效地减少可能出现的车轮打滑或汽车侧滑等现象,，能够避免或减少翻车和撞车等意外交通事故的发生。
2 车辆驱动轮受力情况分析
附着系数是指在给定路况下，车轮与路面之间的最大摩擦系数。轮胎以线性速度 前进并以角速度 转动时，通常会存在带束的旋转速度 大于前进速度 ；而在制动的情况下带束的旋转速度 小于前进速度 ，制动时的滑动率称为滑移率，驱动时的滑动率称滑转率[3]。
滑转率的数学表达式
汽车在行驶时， 驱动轮都存在一定程度的滑转。驱动轮的滑转程度用滑转率表示， 其表达式为：
式中： 为驱动轮的滑转率；
为车轮速度（车轮瞬时圆周速度 ，m/s）；
r为车轮半径（m）；ω为车轮转动角速度（rad/m)；
为车速（车轮中心纵向速度，m/s）。
在式(1)中，当 时，滑转率 ，车轮自由滚动；当 时，滑转率 ， 车轮完全处于滑转状态；当 时，滑转率 ，车轮既滚动又滑动。滑转率越大，车轮滑转程度也就越大[4]。
在低附着系数路面情况下，对车辆附着系分析，车轮驱动模型如图1。
设车辆在低附着系数情况下，以速度 前进，车轮转速为 [6]。
则车辆前水平方向运动方程为
车轮的运动方程为
地面摩擦力为
滚动阻力矩为
垂直方向力平衡关系为
式(1) ～ (5)中: 为整车质量；
为 1/4 整车质量；
为滚动阻力系数；
为车辆的垂直载荷；
为地面摩擦力；
为轴距；
为车辆重心高度；
为车轮半径；
为车轮转动惯量；
为车辆纵向速度；
为车轮加速度；
为路面附着系数；
为滑移率；
为牵引力的驱动转矩；
为车轮的滚动阻力距[3]。
将式(1)～(5)联立方程，在低附着系数路面情况下， 会随之减小，根据式(4)，得 也随之减小；因为式(6)中所有参数只与车辆的给定参数相关，所以 不发生变化。因为式(5)中没有参数改变，所以 不变。在式(6)中， 、 、 保持不变，当 减小时，方程 时，车轮出现滑转现象[7]。将其代入式(1)此时，车轮转速 > （ 为车辆前进速度）时，车辆的滑转率便大于0。本设计就是通过向路面洒沙来改变路面附着系数 ，控制车辆的滑转率始终为0，从而避免车辆车轮出现滑转现象[8]。
3 洒沙速度的控制
在下雪或者低温路面结冰等低附着路面情况时，自动洒沙防滑装置，能够自动启动，向车辆驱动轮下洒沙子，并能够准确控制沙量[9]。为使车辆能在低附着系数的路面使洒沙装置起到作用，需对路面洒沙量进行分析[10]。
忽略地域海拔的微弱差异，设重力加速度为 ， 9.8m/s。
由于本设计主要针对的是载货汽车，将该装置安装在汽车上时，设该洒沙装置距离地面平均高度为 ， 200mm。
本装置为安全起见，设定车辆在低附着路面情况下行驶时，规定车辆最高行进速度为 ， 45km/h，即 12.5m/s。
洒沙装置出沙口每秒的洒沙计算公式为：
式中： 为出沙口的宽度，单位m。
为车辆的车辆的最大前进速度，单位m/s。
出沙口的宽度 0.36m，车辆的最大前进速度 12.5m/s，带入式(7)中，计算得，洒沙装置每秒所洒沙面积为： 12.5×0.36 4.5m2/s。
经测算，当车辆以时速为45km/h行驶在雪地时，车轮不出现滑转的沙量为： 7.4g/m2。
所以车辆每秒所需沙量的计算公式为：
式中： 为洒沙装置每秒所洒沙的面积，单位：m2/s；
为车速为45km/h时，车轮不出现滑转时最小的洒沙量，单位：g/m2。
车速为45km/h时，洒沙面积为 4.5m2/s,车轮不出现滑转的单位面积沙量 7.4g/m2,带入式(8)得，车辆每秒所需的沙量为： =4.5m2×7.4g/m2=30g。
方案一：箱体独立做成一体
特点：箱体结构简单，加工、装配方便，可靠性强，成本较低，可做成任意的形状，以增加装沙量。
方案二：箱体与出沙机构作为一体
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