在上一篇文章中,我们了解到汽车的运动离不开驱动力,与此同时,汽车在行驶过程中不可避免的也会受到行驶阻力。

在正常行驶中,汽车的轮胎不可避免的会受到滚动阻力Ff,只要汽车运动一定会受到空气阻力Fw,当汽车加速的时候,一定还会受到汽车的加速阻力Fj,当汽车上坡的时候,汽车上坡的受力方向会有一个分力,我们称其为坡度阻力Fi。

把这四个阻力加起来,就可以得到汽车的总行驶阻力:

其中滚动阻力和空气阻力是固然存在的,而加速阻力只有在加速的时候才存在,上坡阻力只有在上坡的时候才存在,我们首先来探讨一下滚动阻力:如果汽车在较为柔软的路面上行驶,轮胎和路面都会有比较明显的变形,如果在较为硬的混凝土路面上行驶,轮胎变形的较多。无论在那种路面,轮胎与地面接触的法向和切向接触面都会使轮胎发生变形,根据轮胎力学测量表示,轮胎加载过程中受力的曲线总是位于卸载过程中受力曲线的上方。这表明,要使轮胎产生相同状态的形变,加载过程中的力要大于卸载过程的力。而图中的面积则表示轮胎形变所产生的的能量,这个能量是加载和卸载过程中损失的能量,直接表现为轮胎的发热。

这就是轮胎变形的弹性迟滞损失产生滚动阻力的原理。

我们接下来以从动轮为例,详细分析一下滚动阻力的作用机理:

假设车轮向左滚动,车轮受到的法线载荷为W,车轮向前滚动,车轮中心必然受到Fp1,同时从动轮还会收到阻力Fx1,在法线的左侧存在加载变形区d,在右侧存在卸载变形区d’,

根据之前的分析,绘制出弹性迟滞损失图:

绘制出每一个微圆上的作用力,大致状态如下:

作用力的合力并不在圆的中心,而是更偏向运动方向,这个合力就是轮胎给地面的法向力Fz,他的大小和载荷W是相等的,W和Fz的距离用a来表示,为了使得Fz和W在一个位置,从而减小距离a,我们会引入滚动阻力扭矩来抵消这段距离:

那我们对上述进行简化:

由上述公式表面,车轮在一定条件下滚动时所需推力与车轮负荷之比,分析行驶阻力,只需考虑滚动阻力,而不必考虑滚动阻力偶矩。

在下一篇文章中,我们将通过科学的方法来研究出那种轮胎更适合我们的日常使用。

来源于:硬核汽车理论(四):汽车的滚动阻力研究

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