汽车行驶阻力

r ——车轮半径 根据驱动轮的平衡条件，得
va Mt
W2
T2
X 2r M t Z2a2 M t M f 2
X2
Mt r
Mf2 r
Ft
Ff 2
a
X2
Z2
Fr 2 r
真正驱动汽车行驶的力是地面切向反作用力X2,它的数值应 为驱动力Ft减去驱动轮的滚动阻力Ff2
整车的滚动阻力，也可引用上面推导出的公式（1-8）将 汽车 在水平面路上直线行驶时的滚动阻力写成下面公式：
因 T1 Ff 1
滚动阻力的计算式为 Ff 1 fW1
即车轮滚动时的滚动阻力等于阻力系数与车轮负荷的乘积
4.驱动轮受力分析
W2——驱动轮的垂直载荷
X2 ——地面切向反作力，由驱动力矩Mt的作用产生
T2 ——驱动轴对车轮的作用力
Z2 ——法向反作力（由于轮胎的弹性迟滞损失向前移一个距离a2）
Mf2——滚动阻力偶矩
r
a Ff1
n'
W/N
C
A
D
OE
F
B h/mm
n
va
W
Z1
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T1
Ff1
Mn n'
滚动阻力系数及滚动阻力的计算
f—滚动阻力系数
从动轮的平衡条件 T1r M f 1
为克服滚动阻力偶矩Mf1，应加之推力为
T1
M f1 r
Z1
a r
W1
a r
令 f a 为滚动阻力系数
r
则 T1 fW1 或
f T1 W1
临界车速（最高车速） ➢当汽车车速超过临界车速时，轮胎会出现驻波现象，
其周缘呈明显的波浪状，且轮胎温度快速增加。 ➢后果是大量发热导致轮胎破损或爆胎。
轮胎的两个最重要参数：极限速度和承载量。
➢驻波现象：在高速行驶时，轮胎离开地面后因变形所产生 的扭曲并不立即恢复，其残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，而呈明显的波浪形。轮胎刚 离开地面时波的振幅最大，它按指数规律沿轮胎圆周衰减。
（2）气压 ➢气压越高，轮胎变形及由其产生的迟滞损失就越小，
滚动阻力也越小。
气压过低，在硬路面上轮胎变形大，滚动阻力系数增大； 气压过高，在软路面上行驶时，路面产生很大的塑性变形 ，将留下轮辙，使滚动阻力系数增大。
（3）路面条件
由轮胎
与土壤之 间的粘着 性所致
滚动阻力系数 f 的数值
路面类型
良好的沥青或混凝土路面
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
（1）轮胎结构
➢子午线轮胎比斜交轮胎的滚动阻力小20%～30％；而且随车速的变化 小。
➢滚动阻力与轮胎的帘线（棉、人造丝、尼龙、钢丝）和橡胶品质有关。 在保证轮胎有足够强度和寿命的前提下，减少帘布层数，可以使胎体减 薄而减小滚动阻力系数。采用合成纤维或钢丝帘线可以减少帘布层数。
F Gf
G——汽车重力 f——滚动阻力系数
式中包含了汽车行驶时轮胎的侧 向变形、切向变形、道路变形及 悬架零件的摩擦所引起的损失。
va Mt
W2
T2
a
X2 Z2
Fr2 r
5.影响Ff 的因素
滚动阻力系数的数值由试验确定。其数值与轮胎（结 构、材料、气压）、道路（路面的种类与状况）及使用条 件（行驶速度与受情况）有关。
在坚硬、平整且干燥的路面上，滚动阻力系数最小。
路面不平时，滚动阻力系数将成倍增长。因为路面不平引 起的轮胎和悬挂机件的附加变形及减振器内产生的阻力要 成倍地消耗能量。
在松软路面上，由于塑性变形最大，使滚动阻力系数增加 很多。
（4）车速 ua
ua高 f 大 车速在50km/h以下时，滚动阻力系数变化不大。 车速在100km/h以上时，滚动阻力系数增长较快。 车速达到某一高速时，如150～200km/h左右，滚动阻力 系数迅速增长。
一般的沥青或混凝土路面
碎石路面
良好的卵石路面
坑洼的卵石路面
压紧土路
干燥的
雨后的
泥泞土路（雨季或解冻期）
干沙
湿沙
结冰路面
压紧的雪道
滚动阻力系数 0.010~0.018 0.018~0.020 0.020~0.025 0.025~0.030 0.035~0.050 0.025~0.035 0.050~0.150 0.100~0.250 0.100~0.300 0.060~0.150 0.015~0.030 0.030~0.050
2.轮胎的迟滞损失
轮胎在加载变形时所消耗的能量在卸载恢复时不能完 全收回，一部分能量消耗在轮胎内部摩擦损失上，产生热 量，这种损失称为轮胎的迟滞损失。
弹性轮胎在硬路面上滚动，轮胎在径向和周向均有变形。
假设：刚性路面
轮胎的变形简化：无数微小弹性体依次被压缩和 恢复松驰。 以径向变形讨论滚动阻力
va
1.2.1滚动阻力Ff 1.滚动阻力损失的组成
滚动阻力损失：车轮在路面上滚动时，由轮胎与路面间的 相互作用力及其引起的相应变形所引起的能量损失的总称。
轮胎变形
硬路面上
产生滚动阻力的主要原因 软路面上
轮胎变形和路面变形
胎面与路面接触部位的相对滑移引起的摩擦阻力，以 及悬架弹簧变形时，悬架机构各零件之间的摩擦阻力都要 消耗能量。
在进行汽车动力性分析时，一般取良好硬路面上的滚动阻力 系数值。 轿车 当va<50km/h时，f=0.0165;当va>50km/h时，f值可按下式估算
f 0.01651 0.01(va 50)
货车（轮胎气压高，行驶速度低 f=0.0076+0.000056ua
1.2.2.空气阻力FW
汽车相对于空气运动时，空气作用在汽车前部的压力 称为空气阻力。
1.空气阻力的组成 （1）压力阻力（占90％）
➢作用在汽车外形表面上的法向压力的合力在行驶方向 上的分力
（2）摩擦阻力（8％～10％）
➢由于空气粘性作用在车身表面产生的切向力的合力在 行驶方向的分力。（与车身表面质量及表面积有关）
压力阻力包括4个部分
1）形状阻力
由汽车前后部压力差所引起的阻力称为形状阻力。 汽车行驶时，空气流经车身，在汽车前方，空气相对被压缩， 压力升高；在车身尾部和圆角处，空气稀薄，形成涡流，引 起负压。 形状阻力与车身主体形状有关，约点空气阻力的55%～60%。 车头、车尾的形状及挡风玻璃的倾角等是影响形状阻力的主 要因素。
n
2
2′
3′ 4′
3
4
加载变形区 n' 卸载变形区
OCABO所做的功与ADEBA放出的功之差即为轮胎变形过程的能量 损失，称为轮胎的弹性迟滞损失。能量消耗于轮胎各组成部分相互间的 摩擦及橡胶帘线寺物质内分子间的摩擦，最后转化为热能消失于气中。
3.从动轮受力分析
n
va
W
T
a
a' Ff1
n'
n
va
W
Z1 T1