1.3驱动力与附着力解析
1.4汽车的行驶的附着条件与附着率
1.4 汽车的行驶的附着条件与附着率1.4.1 汽车行驶的附着条件2z F 附着力是路面对驱动轮切向反力的极限值，在硬路面上，它与驱动轮法向反作用力成正比，即max X Z F F F ϕϕ==式中，ϕ称为附着系数，它是由路面与轮胎决定的。
由作用在驱动轮上的转矩T 引起的地 t 面切向反作用不能大于附着力，否则将发生驱动轮滑转现象，即对于后轮驱动的汽车222t f X Z T T F F rϕ−=≤这就是汽车行驶的附着条件。
对于前轮驱动汽车，其前驱动轮的附着率亦不能大于地面附着系数。
驱动轮地面法向反作用力与汽车的总体布置、行驶状况及道路的坡度有关。
式中ϕ为附着系数，它与路面的种类和状况、车轮运动状况、胎压及花纹有关，行驶车速对附着系数也有影响。
在一般动力性分析中只取附着系数的平均值，见表1-3。
1.4.2 汽车的附着力与地面法向反作用力汽车的附着力决定于附着系数以及地面作用于驱动轮的法向反作用力。
附着系数主要取决于路面的种类和状况，行驶车速对附着系数也有影响。
图1-13 为汽车加速上坡时的受力图。
图中，G 为汽车重力；α为道路坡度角；g h 为汽车质心高；1f T 、2f T 为作用在前、后轮上的滚动阻力偶矩；je T 为作用于横置发动机飞轮上的惯性阻力偶矩；1jw T 、2jw T 为作用在前、后车轮上的惯性阻力偶矩；1Zw F 、2Zw F 为作用于车身上并位于前、后轮接地点上方的空气升力；1Z F 、2Z F 为作用在前、后轮上的地面法向反作用力；、为作用在前、后轮上的地面切向反作用力；L 为汽车轴矩；、为汽车质心至前、后轴之距离。
1X F 2X F a b 若将作用在汽车上的诸力对前、后轮与道路接触面中心取力矩，则得1122cos sin cos cos sin cos g g f g o w Z Zw g g f g o w Z Zw h h I i i I b G du r F G F G L L g L Lr Lr dt L h h I i i I a G du F G F G L L g L Lr Lr dt L frf αααααα⎫⎛⎞⎛⎞=−−+±−−⎪⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎪⎝⎠⎬⎛⎞⎛⎞⎪=+++±−+⎜⎟⎜⎟⎪⎜⎟⎝⎠⎝⎠⎭∑∑ （1-10） 在式(1-10)中不能再计入对前、后轮与道路接触面中心的距。
汽车驱动力和行驶阻力
发动机
传动系
驱动轮
驱动力
离合器、变速器、 分动器、传动轴、 主减速器、半轴、 轮边减速器
动力传动系统
滚动阻力 空气阻力 加速阻力 坡度阻力
Ft F 平衡
行驶阻力
2/120
1.2 汽车驱动力和行驶阻力
Ft21 ua21
Ft22 ua22
Ft23 … Ft2m ua23 … ua2m
Sp II
II 档
Ft ua
Ft31 ua31
Ft32 ua32
Ft33 … Ft3m ua33 … ua3m
Sp III
III 档
Hale Waihona Puke FtTtqigi0 r
t
ua
rn 0.377
igi0
25/120
驱动力
Traction
图1-4 汽油发动机外特性及负荷特性
Fig.1-4 Characteristic of engine speed at full and part load14/120
Approximation for Full- & part-load characteristic
利用Pmax/nP/Tmax/nT求解发动机功率外负荷特性
Traction Effort Driving Force
3/120
Ft
F0
Tt r
Ft
Tt r
Torque Radius
FZ W mg Ft Tt max Ft FZ
max Ft FZ 1
ua Speed
Gravity
W
汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
附着系数 0.7～0.8 0.5～0.6
FX max F FZ
FZ—地面作用在车轮上
干燥的碎石路 干土路 湿土路
0.6～0.7 0.5～0.6 0.2～0.4
的法向反力；
滚压后的雪路
0.2～0.3
—附着系数，与路面
和轮胎都有关。
思考：为什么汽车在湿土路上容 易出现打滑现象？
2
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
Ff 2 Fw Fi Fj
注意 Fj与Fj的区别
当汽车由前轮驱动时
同理可得： 当汽车由后轮驱动时
FX1 Ff 2 Fw Fi Fj
FX 2 Ff1 Fw Fi Fj
29
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
四、附着率
汽车直线行驶状况下，充分发挥驱动力作用时要求的 最低附着系数。
附着率越小或路面附着系数越大 ，附着条件越容易满足。
8
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
路面附着系数低时车轮会出现滑转（视频）
9
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
➢前轮驱动时， 如果FX1小、FZ1大、C1 小，附着条件
容易得到满足。
➢路面条件好，车速低，Ff 小；行驶车速低， Fw 小；路面平坦，Fi 小；不急加速，Fj 小。
g dt
即 q
35
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
思考：如果路面附着系数 0.7 ，两种轿车1挡的动
力性可否得到充分发挥？
36
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
2. 高速行驶时的附着率
C2
FX 2 FZ 2
Ff1 Fw Fi Fj
附着力原理
涂料附着力基本原理分析附着力理论和机理当两物体被放在一起达到紧密的界面分子接触,以至生成新的界面层,就生成了附着力。
附着力是一种复杂的现象,涉及到“界面”的物理效应和化学反应。
因为通常每一可观察到的表面都与好几层物理或化学吸附的分子有关,真实的界面数目并不确切知道,问题是在两表面的何处划界及附着真正发生在哪里。
当涂料施工于底材上,并在干燥和固化的过程中附着力就生成了。
这些力的大小取决于表面和粘结料(树脂、聚合物、基料)的性质。
广义上这些力可分为二类:主价力和次价力(表1)。
化学键即为主价力,具有比次价力高得多的附着力,次价力基于以氢键为代表的弱得多的物理作用力。
这些作用力在具有极性基团(如羧基)的底材上更常见,而在非极性表面如聚乙烯上则较少。
表1:键的强度和键能强度/类型/能量(千卡/摩尔)/实例共价键主价力 15～170 绝大多数有机物氢键次价力 <12 水色散力次价力<10 绝大多数分子偶极力次价力 <5 极性有机物诱导力次价力<0.5 非极性有机物涂料附着的确切机理人们尚未完全了解。
不过,使两个物体连接到一起的力可能由于底材和涂料通过涂料扩散生成机械连接、静电吸引或化学键合。
根据底材表面和所用涂料的物理化学性质的不同,附着可采取上述机理的一种或几种。
一些提出的理论讨论如下。
1.机械连接理论这种涂层作用机制适用于当涂料施工于含有孔、洞、裂隙或空穴的底材上时,涂料能够渗透进去。
在这种情况下,涂料的作用很象木材拼合时的钉子,起机械锚定作用。
当底材有凹槽并填满固化的涂料时,由于机械作用,去掉涂层更加困难,这与把两块榫结的木块拼在一起类似。
对各种表面的仪器分析和绘图(外形图)表明,涂料确实可渗透到复杂“隧道”形状的凹槽或裂纹中,在固化硬化时,可提供机械附着。
各种涂料对老的或已风化的涂层的附着,以及对喷砂底材的附着就属于这种机理。
磷酸锌或铁与涂料具有较大的接触面积,因而能提高附着和耐蚀性。
汽车功率平衡
Pf Pw
t
I II III
IV 部分油门开度
Partly gas pedal
a
后备功率
reserve power
b
c
速度ua, km/h Speed ua, km/h
ua uamax
4/120
功率平衡图的进一步说明
☆挡位不同时，功率对应的车速范围不同，但功率大小不变，只 是各挡功率曲线对应的车速位置不同；低挡时车速低，速度 变化区域窄；高挡时车速高，所占速度变化区域大。
Definition: let vertical coordinate as the power, horizontal coordinate as MV speed, draw diagrams of the engine power and the resistance power to coordinate system in the right angle, then get the equilibrium diagram of power.
Pe
1
t
(mgf
cos
mg sin
CD Aua2 21.15
m
du) dt
ua 3600
1 ( mgfua cos mgua sin CD Aua3 mua d u )
t 3600
3600 76140 3600 d t
3/120
有效功率, kW Brake Power , kW
Pe
a a
6/120
后备功率定义：reserve power definition
Ps
Pe
1
t
(Pf
Pw )
后备功率是发动机功率与常见阻力功率之差。汽车后备功
附着系数
，在硬路面上它与驱动轮法向反作用力Fz成正比，常
写成
Fxmax=F =FZ·
称为附着系数
思考
与哪些因素有关系？
• 附着系数：
附着系数由轮胎和地面共同决定，也与车速有关。
– 路面种类
沥青（干） 0.7～0.8
水泥（干） 0.8 ～
0.9
碎石（干） 0.6 ～0.7
干土 0.5 ～0.6
–路面状况
• 清洁度↓，则 ↓
地面附着系数,同步附着系数,利 用附着系数概念辨析及关系
1.附着系数
汽车行驶的驱动条件
Ft≥Ff+Fw+Fi 称为汽车的驱动条件，可以采用增加发动机转矩 、加大传动比等措施来增大汽车驱动力。汽车行驶除 受驱动条件制约外，还受轮胎与地面附着条件的限制 。
汽车行驶的附着条件
地面对轮胎切向反作用力的极限值称为附着力F
3.利用附着系数
汽车以一定减速度制动时，除去制动强度
以外，
不发生车轮抱死所要求的(最小)路面附着系数总大于其制
动强度。为了定量说明这一点，引进利用附着系数的概念，
又称为被利用的附着系数，其定义为：
i
F Xbi F Zi
显然，利用附着系数越接近制动强度，地面的附着条件 发挥得越充分，汽车制动力分配的合理程度越高。
F 2F X2b(1)G gd d u t(1)G gzg
FZ2 G L(azhg)
r
FXb2 FZ2
(1)z
(azhg)/L
利用附着系数与制动强度的关系曲线
具有理 想的制 动力分 配的汽 车，其 利用附 着系数 就是制 动强度。
利用附着系数总大于或等于制动强度
前轴的利用附着系数的计算（前轴刚要抱死）
1-4 汽车行驶的驱动-附着条件
湖北汽车工业学院汽车工程系
HBQY
1-4 汽车行驶的驱动－附着条件
一、汽车行驶的驱动条件二、汽车行驶的附着条件三、汽车行驶的驱动-附着条件四、汽车的附着力五、汽车的附着率
HBQY
湖北汽车工业学院汽车工程系
HBQY
ϕ
ϕF F F Z x ==max ϕ称为附着系数。
F ϕ称为附着力，即地面对轮胎切向反作用力的极限值。
二、汽车行驶的附着条件
湖北汽车工业学院汽车工程系
HBQY
ϕ的值受各种因素的影响，但动力性计算中一般取为常数，如：
良好、干燥路面：0.7~0.8良好、潮湿路面：0.5~0.6良好、湿滑路面：0.2~0.4
附着系数
HBQY
HBQY
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HBQY
四、汽车的附着力
HBQY
HBQY
HBQY
HBQY
HBQY
HBQY
HBQY
1. 加速、上坡行驶时的附着率
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HBQY
HBQY
HBQY
为提高汽车的爬坡能力：
1.采用后轮驱动；
2.适当布置重心位置，使驱动轮负荷占较大比例；
3.采用全轮驱动。
对于高速行驶的汽车：
1.通过改善车身形状或增加辅助装置，降低Cl，
以减小附着率；
2.可通过总布置，调整前、后轴轴荷来减小附着率。
湖北汽车工业学院汽车工程系。
汽车理论整理笔记大全
通常，当滑移率S由0%-10%增大时，附着系数随着增大;一般当滑移率处于15%-20%的范围时，附着系数有最大值，该最大值称为峰值附着系数轮胎滚动时接触印记的中心线与车轮平面的夹角称为侧偏角。
车轮与路面的相对动载：车轮与地面间的动载Fd的方向是上下交变的。
汽车悬架系统阻尼比ξ：空间频率n与系统固有圆频率ωo的比值。
附着率：汽车在直线行驶状况下，充分发挥驱动力作用时要求的最低附着系数。
汽车使用性能：汽车应该有高运输生产率、低运输成本、安全可靠和舒适方便的工作条件。
汽车为了适应这种工作条件，而发挥最大工作效益的能力叫做汽车的使用性能。
汽车的主要使用性能通常有：汽车动力性、汽车燃料经济性能、汽车制动性、汽车操纵稳定性、汽车平顺性和汽车通过性能。
滚动阻力系数：滚动阻力系数可视为车轮在一定条件下滚动时所需的推力与车轮负荷之比，或单位汽车重力所需之推力。
驱动力与（车轮）制动力：汽车驱动力是发动机曲轴输出转矩经离合器、变速器（包括分动器）、传动轴、主减速器、差速器、半轴（及轮边减速器）传递至车轮作用于路面的力，而由路面产生作用于车轮圆周上切向反作用力。
制动力习惯上是指汽车制动时地面作用于车轮上的与汽车行驶方向相反的地面切向反作用力。
汽车动力性及评价指标：汽车动力性，是指在良好、平直的路面上行驶时，汽车由所受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。
汽车动力性的好坏通常以汽车加速性、最高车速及最大爬坡度等项目作为评价指标。
动力性代表了汽车行驶可发挥的极限能力。
附着椭圆：汽车运动时，在轮胎上常同时作用有侧向力与切向力。
一些试验结果曲线表明，一定侧偏角下，驱动力增加时，侧偏力逐渐有所减小，这是由于轮胎侧向弹性有所改变的关系。
当驱动力相当大时，侧偏力显著下降，因为此时接近附着极限，切向力已耗去大部分附着力，而侧向能利用的附着力很少。
作用有制动力时，侧偏力也有相似的变化。
驱动力或制动力在不通侧偏角条件下的曲线包络线接近于椭圆，一般称为附着椭圆。
汽车理论知识点
第一章 汽车的动力性 1.1 汽车的动力性指标１）汽车的动力性指：汽车在优异路面上直线行驶时，由汽车遇到的纵向外力决定的、所能达到的均匀行驶速度。
2）汽车动力性的三个指标：最高车速、加快时间、最大爬坡度。
3）常用原地起步加快时间与超车加快时间来表示汽车的加快能力。
4）汽车的上坡能力是用满载时汽车在优异路面上的最大爬坡度 imax 表示的。
货车的imax=30% ≈ 16.7 °,越野车的 imax= 60%≈ 31 °。
1.2 汽车的驱动力与行驶阻力 1）汽车的行驶方程式F tF fF wF iF jT tq i g i0 TC A2duGf cosDu aG sinmrdtT tq i g i0 TC D A 2durGfu aGimdt2）驱动力 F t ：发动机产生的转矩经传动系传到驱动轮，产生 驱动力矩 T t ，驱动轮在 T t 的作用下给地面作用一圆周力 F 0 ，地面对驱动轮的反作用力F t 即为驱动力。
3）传动系功率 P T 损失分为机械损失和液力损失。
4）自由半径 r ：车轮处于无载时的半径。
静力半径 r s ：汽车静止时，车轮中心至轮胎与道路接触面间的距离。
转动半径 r r ：车轮几何中心到速度瞬心的距离。
5)汽车行驶阻力 : F F f F w F i F j6)转动阻力 Ff：在硬路面上，由轮胎变形产生；在软路面上，由轮胎变形和路面变形产生。
7）轮胎的迟滞损失指：轮胎在加载变形时所耗费的能量在卸载恢复时不可以完好回收，一部分能量消耗在轮胎内部摩擦损失上，产生热量，这类损失称为轮胎的迟滞损失。
8）转动阻力系数 f 指：车轮在必定条件下转动时所需的推力与车轮负荷之比。
故Ff=W*f 。
9）驻波现象：在高速行驶时，轮胎走开地面后因变形所产生的歪曲其实不马上恢复，其节余变形形成了一种波，这就是驻波。
此时轮胎周缘不再是圆形，而呈显然的波涛形。
轮胎刚走开地面时波的振幅最大，它按指数规律沿轮胎圆周衰减。
1.3驱动力与附着力
m1=0.8～1.4，m2=1.2～0.7
重心高度hg 轴距L 重心到前轴的距离a
确定轴负荷分配系数的重要数据
由试验测得
汽车行驶的附着条件可近似地写成：
Ft F
或
Ft Z
Zφ——作用于所有驱动轮的地面法向反作用力
双轴汽车后轮驱动时，Zφ=Z2，Z2是后轮的地面法向反作 用力，附着条件为
Ft Z2
全轮驱动的汽车，Zφ是作用于所有驱动轮的地面法向反 作用力。因此，全轮驱动的汽车的附着力较大。
3.汽车行驶的驱动与附着条件
1.3驱动力与附பைடு நூலகம்力
1.3.1汽车的驱动力平衡方程
表示汽车驱动力与行驶阻力之间关系的等式，称为汽车的 驱动力平衡方程
Ft Ff Fw Fi Fj
Meiki0m fG cos CD Ava2 G sin Gdv
r
21.15
gdt
cos 1 sin tan i
宽断面轮胎和子午线轮胎由于与 地面的接触面积增大，附着系数较高。 合成橡胶制成的轮胎也较天然橡胶的 轮胎有较高的附着系数。
F1方程式赛车在不同天气条件下 使用的不同胎面花纹的轮胎
轮胎磨损： 胎面花纹深度减小，附着系数将显著下降。
轮胎气压： 硬路面，降低气压，附着系数略有增加。 松软路面上，降低气压，轮胎与土壤的接触面积增大，
Meiki0m Gf CD Ava2 Gi Gdu
r
21.15
gdt
1.3.2汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
1.汽车行驶的驱动条件
Ft Ff Fw Fi Ft Ff Fw Fi Ft Ff Fw Fi
行驶条件：
汽车行驶的附着条件与汽车的附着率(汽车理论第五版)
三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力
切向反作用力最大值出现在汽车加速爬坡的工况， 以下将在此工况下进行分析。
25
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率 将整车分解为车身、驱动轮（前轮）、从动轮（后轮）三部分，分别分析其受力。
26
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
du Fp 2 m2 Gw 2 sin FX 2 dt
思考：如果路面附着系数 0.7 ，两种轿车1挡的动
力性可否得到充分发挥？
36
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
2. 高速行驶时的附着率
FX 2 C 2 FZ 2 Ff 1 Fw Fi Fj G hg du FZs2 FZw 2 g L dt
du 0 dt
FX 1 Ff 2 Fw Fi Fj
FX 2 Ff 1 Fw Fi Fj
29
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
四、附着率
汽车直线行驶状况下，充分发挥驱动力作用时要求的
最低附着系数。
1. 加速、上坡行驶时的附着率 1）后轮驱动汽车
FX 2 C 2 FZ 2 Ff 1 Fw Fi Fj G hg du FZs2 FZw2 g L dt
将 Fp1 Ff 2 Fw (WB Gw 2 ) sin (mB m2 )
du dt
du FX 1 Ff 2 Fw G sin m dt
代入得
Ff 2 Fw Fi Fj
注意 Fj 与Fj的区别 当汽车由前轮驱动时
同理可得：
当汽车由后轮驱动时
1 FZw1 CLf Aur2 2
FZw 2
汽车理论随堂测验
YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY
4.3 汽车的制动效能及其恒定性
制动恒定性之随堂测验
1、多选题：以下哪个描述正确？ a增加制动踏板力一定能减小制动距离 b其他条件相同的情况下，冰面上的制动距离要大于湿沥青路面 c车辆载荷增大，制动距离增大 d在没有达到附着极限的情况下，发动机反拖有利于减小制动距离 ad（当制动踏板力增加到一定程度，制动距离将不再减小；冰面上的附
二、汽车的驱动力之随堂测验 传动系功率损失主要包含？
机械损失主要指齿轮传动、发动机扭矩转速特性所 决定的功率损失；液力损失主要指传动系部件中由 润滑引起的搅油损失。
汽车理论 精品PPT
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1.2 汽车的驱动力与行驶阻力
• 1、滚动阻力之随堂测验
动比变速器C曲线纵坐标最高点的连线。
• 最佳燃油经济性-动力性曲线是指不同传动比变速
器C曲线的外包络线。
汽车理论 精品PPT
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3.5 利用燃油经济性－加速时间曲线确定动力装置参数
• 确定动力装置参数之随堂测验 • 判断：由不同排量发动机C曲线可以看出，在同样
2.3 影响汽车燃油经济性的因素
•一、使用方面之随堂测验 •判断题 •一辆载重货车拖带挂车后，其行驶一百公里的耗油
量会减少
•拖带挂车后，由于行驶阻力增加，汽车的总燃油消
耗会增加。但是平均每吨货物所消耗的燃油量会降低， 所以仍然是提高了燃油经济性。
汽车理论 精品PPT
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附着系数
后轴的利用附着系数的计算（后轴刚要抱死）
F 2 FXb2
G du G (1 ) (1 ) zg g dt g
G FZ 2 (a zhg ) L
FXb2 (1 ) z r FZ 2 (a zhg ) / L
3.利用附着系数
汽车以一定减速度制动时，除去制动强度 以外， 不发生车轮抱死所要求的(最小)路面附着系数总大于其制 动强度。为了定量说明这一点，引进利用附着系数的概念， 又称为被利用的附着系数，其定义为：
FXbi i FZi
显然，利用附着系数越接近制动强度，地面的附着条件 发挥得越充分，汽车制动力分配的合理程度越高。
地面附着系数,同步附着系数,利 用附着系数概念辨析及关系
1.附着系数
汽车行驶的驱动条件
Ft≥Ff+Fw+Fi 称为汽车的驱动条件，可以采用增加发动机转矩、 加大传动比等措施来增大汽车驱动力。汽车行驶除受 驱动条件制约外，还受轮胎与地面附着条件的限制。 汽车行驶的附着条件 地面对轮胎切向反作用力的极限值称为附着力F ，在硬路面上它与驱动轮法向反作用力Fz成正比，常 写成 Fxmax=F =FZ·
2.同步附着系数
不少两轴汽车前，后制动器动力之比为一固定值。常用前 制动器制动力与汽车总制动器制动力之比来表明分配的比例， 称为制动力分配系数，用符号β表示。
所有有：
F 1 F
，F 2
F 1 F
F 1 F 2
(1 ) F
最后得：
1
是一条经过原点的射线 ，这条直线称为实际前，后制动器 制动力分配线，简称β线。
BJ1041货车的结构参数
BJ1041货车的β曲线
1.4汽车行驶的附着条件与汽车的附着率 汽车理论课件
FZf1
Grf L
cos
FZf2
Grf L
cos
此项较小，可以忽略不计
忽略旋转质量惯性阻力偶矩和滚动阻力偶矩之后
FZ1
FZs1
FZw1
G g
hg L
du dt
FZ 2
FZs2
FZw2
G g
hg L
du
dt
19
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力
➢切向反作用力最大值出现在汽车加速爬坡的工况， 以下将在此工况下进行分析。
20
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
➢将整车分解为车身、驱动轮（前轮）、从动轮（后轮）三部分，分别分析其受力。
基本思想： 给定车辆参数、坡 度、车速和加速度， 可以算出从动轮受 到的阻力、车身受 到的阻力，这些阻 力都需要由驱动轮 上的地面切向反力 克服，剩余部分用 于车辆加速。
21
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
32
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
如果前、后轮驱动力可以根据运动状况自动调节，同时达到
附着力极G 限cosGsinGdu
g dt
即 q
注意，“锁定的 四轮驱动”就是 “前、后轮驱动 力可以根据运动 状况自动调节”。
（轴间差速问题）
33
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
2. 高速行驶时的附着率
汽车理论
第五讲
主讲教师：杨志华
学时：48
第一章 汽车动力性
第四节
汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
➢本节将介绍附着力、附着条件、附着率等基本概 念，分析汽车在纵向坡道上加速上坡时的受力 ，确 定汽车在不同行驶条件下的附着率。
汽车附着力
车轮的附着力车辆1094 程新星摘要：车轮附着力是汽车正常行驶的前提条件，同时又是制约汽车行驶状态，影响汽车行车安全的重要因素，对轮胎的附着特性进行分析研究对提高轮式车辆特别是轮式拖拉机的牵引附着性能,以及对于车辆的设计及使用都有重要的理论意义和实用价值。
Abstract:The adhesion of the wheels is the car a prerequisite for normal driving, but it is also important factor restricting car while driving, car driving safety analysis to improve the traction of wheeled vehicles, especially wheeled tractors attached to the adhesion characteristics of the tireperformance, as well as vehicle design and use have important theoretical significance and practical value.关键词：附着力附着系数牵引力Key words: adhesion adhesion coefficient traction轮胎附着力的概念：附着力（tire adhesion）指两种不同物质接触部分的相互吸引力，是分子力的一种表现，只有当两种物质的分子十分接近时才显现出来。
因此轮胎的附着力指轮胎与地面之间的附着力能发生作用。
对整部汽车而言，它表示路面对轮胎切向反作用力的极限值，附着力的大小是车重与路面附着系数的乘积，如果对一个车轮，那么该车轮的附着力应为：该车轮所受地面垂直反作用力乘路面附着系数。
1.对附着系数的研究附着系数的大小轮胎的材质、类型、花纹、胎压、地面种类、干燥情况、温度，还和车速有关。
1.4汽车行驶的附着条件与附着力
Gw 2
) sin
(mB
m2
)
du dt
22
第22页，共37页。
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
FX 1
Fp1
Gw1
sin
m1
du dt
将Fp1
Ff
2
Fw
(WB
Gw 2
) sin
(mB
m2 )
du dt
代入得
FX 1
Ff
2
Fw
G
sin
m
du dt
Ff 2 Fw Fi Fj
注意 Fj 与Fj的区别
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
忽略空气阻力和滚动阻力
将
FZs 2
G
a L
cos
hg L
sin 代入
C2
FZs2
Fi Fj G hg
gL
du dt
i 1 1 du
cos g dt
a hg LL
i
1
cos
1 g
du dt
令
q
i
1 cos
1 g
du dt
q—包含加速阻力在内的等效坡度。
32
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
思考：如果路面附着系数
得到充分发挥？
， 0两.7种轿车1挡的动力性可否
33
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第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
第10页，共37页。
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
二、汽车的附着力与地面法向反作用力
➢汽车在加速上坡时，附着条件不易满足。 ➢以下将在此工况下，分析路面作用在车轮上的法向力FZ和切 向力FX。
附着力理论和机理
一、附着力理论和机理当两物体被放在一起达到紧密的界面分子接触，以至生成新的界面层，就生成了附着力。
附着力是一种复杂的现象，涉及到“界面”的物理效应和化学反应。
因为通常每一可观察到的表面都与好几层物理或化学吸附的分子有关，真实的界面数目并不确切知道，问题是在两表面的何处划界及附着真正发生在哪里。
当涂料施工于底材上，并在干燥和固化的过程中附着力就生成了。
这些力的大小取决于表面和粘结料(树脂、聚合物、基料)的性质。
广义上这些力可分为二类：主价力和次价力(表1)。
化学键即为主价力，具有比次价力高得多的附着力，次价力基于以氢键为代表的弱得多的物理作用力。
这些作用力在具有极性基团(如羧基)的底材上更常见，而在非极性表面如聚乙烯上则较少。
表1：键的强度和键能强度类型能量(千卡/摩尔) 实例共价键主价力15～170 绝大多数有机物氢键次价力<12 水色散力次价力<10 绝大多数分子偶极力次价力<5 极性有机物诱导力次价力<0.5 非极性有机物涂料附着的确切机理人们尚未完全了解。
不过，使两个物体连接到一起的力可能由于底材和涂料通过涂料扩散生成机械连接、静电吸引或化学键合。
根据底材表面和所用涂料的物理化学性质的不同，附着可采取上述机理的一种或几种。
一些提出的理论讨论如下：1、机械连接理论这种涂层作用机制适用于当涂料施工于含有孔、洞、裂隙或空穴的底材上时，涂料能够渗透进去。
在这种情况下，涂料的作用很象木材拼合时的钉子，起机械锚定作用。
当底材有凹槽并填满固化的涂料时，由于机械作用，去掉涂层更加困难，这与把两块榫结的木块拼在一起类似。
对各种表面的仪器分析和绘图(外形图)表明，涂料确实可渗透到复杂“隧道”形状的凹槽或裂纹中，在固化硬化时，可提供机械附着。
各种涂料对老的或已风化的涂层的附着，以及对喷砂底材的附着就属于这种机理。
磷酸锌或铁与涂料具有较大的接触面积，因而能提高附着和耐蚀性。
表面的粗糙程度影响涂料和底材的界面面积。
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Ft Z2
全轮驱动的汽车，Zφ是作用于所有驱动轮的地面法向反 作用力。因此，全轮驱动的汽车的附着力较大。
3.汽车行驶的驱动与附着条件
将汽车行驶的驱动条件与附着条件联写，得
Ff Fi Fw Ft Z
汽车行驶的驱动与附着条件，也是汽车行驶的充分与必要 条件。 （必要条件）驱动条件：汽车本身能够产生足够的驱动力 ，发动机能产生足够大的扭矩或功率，足以克服各种行驶 阻力。
sin tan i
2 a
Meik i0m CD Av Gdu Gf Gi r 21.15 gdt
1.3.2汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
1.汽车行驶的驱动条件
Ft F f Fw Fi Ft F f Fw Fi Ft F f Fw Fi
壤，这时附着系数φ的数值不仅取决于轮胎与土壤间的摩擦
作用，同时还取决于土壤的抗强度。只有当嵌入轮胎花纹沟 槽的土壤被剪切脱开基层时，轮胎在接地面积内才产生相对
滑动，车轮发生滑转。
汽车行驶的附着条件可近似地写成：
或
Ft F Ft Z
Zφ——作用于所有驱动轮的地面法向反作用力 双轴汽车后轮驱动时，Zφ=Z2，Z2是后轮的地面法向反作 用力，附着条件为
由于胎面在接地过程中的微小滑
动，胎面上大量的细微花纹可进一步 擦去接角面间的水膜，这样轮胎接地 面积后部可以与路面直接接角，因而 可提供足够的附着力。 宽断面轮胎和子午线轮胎由于与 地面的接触面积增大，附着系数较高。 合成橡胶制成的轮胎也较天然橡胶的 轮胎有较高的附着系数。
F1方程式赛车在不同天气条件下 使用的不同胎面花纹的轮胎
2.轮胎的结构和气压
轮胎的结构： 细而浅的花纹
硬路面上有较好的附着能力。
宽而深的花纹 软路面上附着能力较好
增加胎面的纵向花纹
干燥的硬路面上，由于接触面 积减小，附着系数有所下降。
但在潮湿的路面上有利于挤出
接触面中的水分，改善附着能力。
轮胎胎面上有纵向曲折大沟槽，
胎面边缘上有横向沟槽，使轮胎在纵
向、横向均有较好的“抓地”能力， 可以提高轮胎在潮湿路面的排水能力。
1.3.3影响附着系数的主要因素
1.路面的种类和状况
松软土壤 潮湿、泥泞的土路 硬路面 附着系数较大
轮胎变形远较路面的变形大，路面 的坚硬微小凸起部分嵌入轮胎的接 触表面，使接触强度增大。
抗剪强度较低，附着系数较小。 附着系数下降很多
土壤表层吸水量多，抗剪强度更差。 常见路面的平均附着系数 路面条件 干沥青路面 湿沥青路面 干燥的碎石路 干土路 湿土路 滚压后的雪路 附着系数 0.7～0.8 0.5～0.6 0.6～0.7 0.5～0.6 0.2～0.4 0.2～0.3
行驶条件： 等速 加速 减速
F Ff Fw传动比的办法来增大汽 车的驱动力
2.汽车行驶的附着条件
地面对轮胎切向反作用力的极限值（最大值） 在硬路面上，它与地面对驱动轮的法向反作用力Z成正比
F Z
φ—附着系数，反映轮胎与路面的接触强度。
硬路面上主要反映轮胎与路面的摩擦作用； 松软路面上则与轮胎和路面的摩擦作用及土壤的抗剪强度有关。
污物覆盖： 路面被污物（细沙、尘土、油污、泥）覆盖时，路面 的凹凸不平被填充，或路面潮湿时有水起润滑作用，都会 使附着系数下降20%～60%。 路面结构： 影响排水能力。 宏观结构应具有一定的不平度而具有自动排水的能力 。 微观结构应粗糙且有一定的尖锐棱角，以穿透水膜直 温度： 接与胎面接触。 温度升高，路面硬度下降，附着系数下降。大气温度 由18℃升至34℃，沥青路面的附着系数会降低15%。 寿命： 长期使用使路面磨损和风化。附着系数会降低。 使用15年的路面，由于压实和磨光的结果，附着系数 会比新建时下降20%～30%。
(充分条件)附着条件： 推动汽车行驶的驱动力，是地面对驱动轮的切向反作用力 ，是地面作用于汽车的外力。其最大值，受附着力的限制 。驱动力不超过附着力，只能小于或等于附着力。
为保证汽车正常行驶，轮胎与地面必须有良好的附着性能 ，即附着力足够大，地面才能在附着力的限制下对驱动轮 产生足够的法向反作用力。 附着力并不是地面对车轮作用的一个力，而是限制驱动力 大小的一个界限。在附着力的限制之内，驱动力才能真正 发挥作用。
在硬路面上，附着系数φ反映轮胎与路面的摩擦作用，但是， 附着系数与光滑表面的摩擦系数不同。在硬路面上，路面的 坚硬微小凸起能嵌入变形的胎面中，增加了轮胎与地面的接 触强度（或称结合强度），对轮胎在接地面积内的相对滑动 有较大的阻碍作用。轮胎与地面间的上述作用，通常称为附
着作用。
在松软路面上，如车轮在比较松软的干土路面上滚动时，土 壤的变形比轮胎的变形大，轮胎胎面花纹的凸起部分嵌入土
较坚实的部分接角，可提高附着系数。
3.行驶速度
速度提高，附着系数降低，不利于高速制动。 硬路面 路面微观凹凸构造来不及与胎面较好的嵌合。 松软路面 调整车轮的动力作用容易破坏土壤的结构 潮湿的路面 接触面间的水分来不及排出 结冰的路面
车速高时，与轮胎接触的冰层受压时间短，在接触面
间不容易形成水膜，附着系数略有提高。
结冰的路面，提高行驶速度又会使行驶稳定变差，要特别注意。
4、地面对汽车的法向反作用力
附着力与地面对汽车的法向反作用力成正比。
1.3驱动力与附着力
1.3.1汽车的驱动力平衡方程
表示汽车驱动力与行驶阻力之间关系的等式，称为汽车的 驱动力平衡方程
Ft Ff Fw Fi Fj
Meik i0m CD Av Gdv fG cos G sin r 21.15 gdt
2 a
cos 1
轮胎磨损： 胎面花纹深度减小，附着系数将显著下降。 轮胎气压： 硬路面，降低气压，附着系数略有增加。
松软路面上，降低气压，轮胎与土壤的接触面积增大，
胎面凸起部分嵌入土壤的数目也增多，附着系数显著提高。 潮湿的路面，适当提高轮胎气压，使轮胎与路面的接触
面积减小，有助于挤出接触面间的水分，使轮胎得以与路面