5.3.2 行驶原理在线视频

同学们 大家好

汽车要一定的速度在道路上行驶

就必须由外界沿汽车行驶方向

施加一个驱动力

用以克服汽车行驶中

所受到的各种阻力

驱动力是由内燃机的转矩

经汽车传动系统

逐步传递至驱动车轮而得到的

汽车内燃机

所产生的有效转矩Te

经汽车传动系统传到驱动轮上

在驱动轮上行程驱动转矩Tt

从而产生对地面的一个圆周力F0

与此同时 引起地面对

驱动轮产生一个

与汽车行驶方向一致的

切向反作用力Ft

此切向反作用力

即为汽车的驱动力

其计算表达式为Ft等于Tt除以r

其中r为驱动车轮的转动半径

汽车在道路上行驶时

一般有滚动阻力 空气阻力

坡道阻力 加速阻力四种阻力

只要汽车行驶

就有滚动阻力和空气阻力

其大小与车速相关

车速越高滚动阻力

和空气阻力越大

车速较低时空气阻力很小

一般可以忽略不计

但车速较高时则必须加以考虑

坡道行驶时才有坡道阻力

增加速度时才有加速阻力

这两种阻力的大小与速度无关

而且下坡和减速时

都会成为汽车前进的推力

克服滚动阻力和空气阻力的功

是不可收回的消耗

克服坡道阻力和加速阻力的功

则可以利用

如为上坡增加的势能

下坡时可用

克服加速阻力所做的功

增加的动能减速时可用

我们首先来看一看

滚动阻力Ff

当车轮在路面上滚动时

由于两者间的相互作用

轮胎与路面的接触区域产生

法向 切向的相互作用力

以及相应的轮胎

和支承路面的变形

这些作用力和相应变形

所引起的能量损失

表征为运动阻力

当汽车行驶时

弹性轮胎在硬路面

如混凝土路 沥青路上

滚动轮胎圆周的各个部分

被不断地压缩 变形

然后又不断地恢复变形

在这个变形过程中

橡胶分子之间产生摩擦

伴随摩擦而发热

且向大气散发

使轮胎变形所做的功

不能全部回收

从而消耗了汽车的输出功率

这部分功率损失

称为轮胎的弹性迟滞损失

当汽车在软路面上行驶时

其滚动阻力则来自松软路面变形

和轮胎弹性变形的迟滞损失

其计算表达式为

Ff等于Ga乘以f

其中Ga为汽车总质量

f为滚动摩擦系数

影响滚动阻力系数的因素很多

比如 路面的种类

行驶车速以及轮胎的结构

轮胎材料 轮胎气压等

二 空气阻力Fw

汽车是在空气介质中行驶的

汽车相对于空气运动时

空气作用力在行驶方向上的分力

称为空气阻力

空气阻力分为摩擦阻力

和压力阻力两个部分

摩擦阻力是由于空气的黏性

在车身表面产生的切向力的合力

在行驶方向上的分力

摩擦阻力与车身表面质量

及表面有关

约占空气阻力的十分之一

压力阻力是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

压力阻力中的形状阻力占主要部分

所以车身主体形状

是影响空气阻力的主要因素

改进车身流线型体

是减少空气阻力的有效途径

压力阻力分为四部分

形状阻力 干扰阻力

内循环阻力和诱导阻力

形状阻力占压力阻力的绝大部分

与车身主体形状有很大关系

干扰阻力是车身表面突起物

如后视镜 门把手 引水槽

悬架导向杆 驱动轴等

引起的阻力

发动机冷却系

车身通风等所需空气流

经车体内部时构成的阻力

称为内循环阻力

诱导阻力是空气升力

在水平方向的投影

空气阻力计算表达式为

Fw等于Cd乘以A乘以Ua平方除以21.15

其中Cd为空气阻力系数

乘用车多在0.3到0.5之间

A为汽车迎风面积

可简单的用前轮距乘以车高估算

Ua为汽车的行驶车速

三 坡道阻力Fi

汽车在纵向坡道上坡行驶时

汽车质量产生与地面平行的分力

其分力方向与汽车行驶方向相反

即形成汽车的上坡阻力

汽车的上坡阻力与坡度值成正比

其计算表达式为

Fi等于Ga乘以sinα

其中Ga为汽车总重量

α为坡道角

坡道角可根据坡度计算获得

α=atan(i)

根据我国的公路路线设计规范

高速公路平原微丘区最大纵坡为3%

山岭重丘区为5%

一级汽车专用公路平原微丘区

最大坡度为4%

山岭重丘区为6%

一般四级公路平原微丘区为5%

山岭重丘区为9%

所以 一般汽车行驶道路上的

纵向坡度均较小

因此有 sinα约等于tgα等于i

则Fi等于G乘以i

四 加速阻力Fj

汽车加速行驶时

需要克服其质量加速运动时的惯性力

就是加速阻力

汽车的质量分为

平移质量和旋转质量两部分

加速时 不仅要克服汽车平移质量

在加速过程中产生的惯性力

同时还要克服旋转质量

产生的惯性力偶矩

其计算表达式为

Fj等于δ乘以m乘以a

其中δ为汽车旋转质量系数

m为汽车总质量

a为汽车行驶加速度

我们以自重1500kg的某款乘用车为例

说明其行驶阻力大小

当低速行驶时 滚动阻力

与路面质量相关

在良好沥青路面上约为150N

在碎石路面上约为300N

在泥泞路面约为2000N

不同车速行驶的

空气阻力也不相同

40千米每小时约为6N

80千米每小时约为24N

120千米每小时约为54N

而180千米每小时约为120 N

行驶在10%坡度上的坡道阻力

约为1470N

当行驶加速度为1米每秒平方时

其加速阻力约为1500N

可见道路是复杂的

阻力是多变的

为保证汽车在道路上正常行驶

首先必须有克服各种行驶阻力的

足够驱动力

这被称为汽车的驱动条件

汽车驱动力大于滚动阻力

空气阻力 上坡阻力之和时

汽车加速行驶

驱动力等于上述阻力之和

汽车等速行驶

小于上述阻力之和

汽车减速行驶直至停车

汽车的驱动条件可写成

Ft大于等于Ff加上Fw加上Fi

然而 当汽车驱动力过大

超过地面与轮胎的摩擦极限时

会产生打滑现象

因此 使最大驱动力

小于或等于附着力

称为汽车行驶的附着条件

所谓附着力

是指轮胎不滑转时

地面对车轮的最大切向

反作用力的极限值

汽车的附着条件可写成

F t小于等于F

式中 F ?等于Fz乘以

其中 为称为附着系数

它是由路面和轮胎共同决定的

Fz为驱动轮法向反作用力

因此 只有当驱动力介于行驶阻力

与附着力之间

汽车才能驰骋天地

才能自由行走