汽车行驶阻力分析

《汽车行驶阻力分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、汽车行驶阻力分析2.2.2.1滚动阻力轮胎滚动时，与支承地面的接触区产生法向和切向相互作用力，并使接触区的轮胎和地面发生相应的变形。这种变形取决于轮胎和地面的相对刚度。轮胎在硬路面上滚动时，轮胎变形是变形的主要成份；而当轮胎在松软地面滚动时，主要变形为地面的沉陷变形。轮胎在滚动过程中，轮胎的各个组成部分间摩擦以及橡胶元、帘线等分子之间的摩擦，产生摩擦热而耗散，这种损失称为弹性元件的迟滞损失。图2-7中的右图为简化的轮胎模型。它将充气轮胎视为由无数弹簧-阻尼器单元组成的弹性轮。当每个单元进入印迹时，弹簧-阻尼器组成的轮胎单元首先被压缩，然后

2、松弛。由于存在阻尼消耗压缩能量，轮胎内部阻尼摩擦产生迟滞损失，这种迟滞损失表现为阻碍车轮运动的阻力偶。图2-7中的左图所示为轮胎的弹性特性。图中的C曲线为压缩过程（加载）曲线，而D曲线为松弛过程（卸载）曲线。两条曲线所包围的面积及为阻尼的迟滞能量损失。图2-7右图的阴影表示为轮胎接触区受力情况。汽车静止时，车轮与地面接触区法向反作用力分布是前后对称的，其合力垂直接触面指向轮心（经接触面的车轮中心垂线n-n'）；当车轮滚动时，以从动轮等速滚动为例，接触区法向反作用力的分布前后不对称，合法向反作用力FZ1向前偏移了一段距离a，见图2-8。这是

3、因为轮胎与地面接触区的前端处于压缩行程，而后端处于松弛行程，因而接触面前端法向力大于后端法向力。如果将合法向反作用力后移距离a至车轮中心的垂线n-n'，则有阻碍车轮滚动的阻力偶矩Ff1。从动轮等速转动时，受力平衡方程为          (2-23)式中：W1为重力；Fp1为水平推力。要使从动轮在刚性路面上等速滚动，必须在轮心上作用水平推力Fp1，与接触面的切向反作用力构成力偶矩来克服滚动阻力偶矩Tf1。即  　　　(2-24)令f=α/r，则或                       (2-25)式（2-25）表明，滚动阻力可视为车

4、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。也就是说，滚动阻力等于汽车滚动阻力系数与车轮负荷的乘积，即          　        (2-26)这样，人们在分析汽车行驶阻力时，不必考虑车轮所受到的滚动阻力偶矩Tf,而只要知道滚动阻力系数就可求出滚动阻力Ff。注意：滚动阻力Ff是无法在受力图上表现出来，只是为了便于计算分析，而引进的一个在数值上等于轮缘地面切向反作用力Fx的值，这将有利于动力学分析。图2-9是驱动轮在刚性平直路面上等速行驶时的受力分析图。图中Fx2是车轮驱动力矩Tt对支承路面作用力在轮缘上

5、的切向反作用力，W2为重力，Fp2是车轴对轮胎中心的水平作用力。则驱动轮受力平衡方程为   　　    (2-27)由式（3-27），可导出Tt/r=Fx2+αFz2/r          　　　　 (2-28)其中，则Fx2=Ft-Ff2              　     (2-29)将图2-2和图2-9比较可发现，前者未考虑车轮滚动阻力而求得车轮驱动力Ft。实际上作用在驱动轮上驱动汽车前进的力是地面切向反作用力Fx2。它在数值上等于驱动力Ft减去滚动阻力Ff2。滚动阻力与路面的类型与路况、行驶车速以及轮胎的结构、材料、充气压力、磨

6、损情况等有关。有人对轿车轮胎试验发现，车速低于100km/h，滚动阻力逐渐增加，但变化不大；当车速超过140km/h时，滚动阻力增加很快；当车速达到某一临界车速（200km/h），滚动阻力迅速增加，见图2-10。此时，轮胎发生驻波现象，轮胎轮缘呈现明显的波浪状。除了阻力快速增加，轮胎温度也很快增加100℃以上，胎面与帘布层脱落，数分钟后就会出现爆胎。这是高速行驶车辆的一种很危险工况。轮胎的结构、材料、帘线对f的影响也很大。子午线轮胎f小，天然橡胶f低。轮胎充气压力对滚动阻力系数f影响也较大，见图2-11。轮胎充气压力降低时，轮胎变形增大，

7、迟滞损失增加，而使滚动阻力f增加。据德国奥迪试验表明，轮胎气压比规定压力增加10％，可有较好的节油效果。且不降低轮胎的适用寿命。但是，轮胎充气压力不可过高，否则就会降低轮胎寿命和增加道路早期损坏。驱动轮的轮胎大于从动轮的滚动阻力。这是因为在驱动力矩作用下，胎面与接触地面存在一定的滑动，增加能量损耗。驱动力越大，滚动阻力系数越大。汽车转弯行驶时，轮胎发生侧偏现象，滚动阻力增加。例如，通用公司DFW1100型34.5吨半挂车汽车在半径33m的圆周行驶试验表明，转弯行驶的滚动阻力比直线行驶时增加50%～100%。通常，滚动阻力系数通过试验确定。

8、试验方法有室内底盘测功机、道路滑行试验以及汽车牵引负荷车试验等滚动阻力系数测试方法。道路设计和施工部门也有利用势能与摩擦功守恒的原理，采用摆式摩擦系数测试仪测试轮胎滑动阻力系数。汽车动力性分析