汽车行驶的基本原理

0．5　汽车行驶的基本原理

汽车若要行驶，应对其施加一个驱动力，克服汽车行驶时遇到的各种阻力。为了解释汽车向前行驶的基本原理，下面只讨论汽车直线行驶时各种纵向力的相互关系。

1．驱动力与行驶阻力

（1）驱动力。汽车行驶时的驱动力来自发动机。设发动机发出的动力由飞轮经汽车底盘中的传动系施加给驱动轮的转矩为T_t，（图0－7），T_t力图使车轮旋转。转矩T_t使驱动轮对地面产生一个圆周力F₀，其方向与汽车行驶方向相反，数值为T_t与车轮滚动半径r_r之比。

F₀＝T_t／r_r　　　　　　（0－1）

在驱动轮向地面施加F₀同时，地面向汽车施加一个大小相等、方向相反的反作用力F_t。F_t为推动汽车行驶的外力，称为驱动力。为便于理解，图中把F₀与F_t绘在不同的物体上，实际上它们应在同一直线上。

图0－7　汽车驱动力的产生

（2）行驶阻力。汽车行驶时可能遇到的阻力有：

①滚动阻力。汽车行驶时，汽车轮胎和地面的接触区域会产生轮胎和支撑路面的变形。车轮沿坚硬路面滚动时，驱动力的一部分消耗在轮胎变形的内摩擦上，而路面变形很小；车轮沿软路面（松软的土路、沙地、雪地等）滚动时，路面变形较大，产生的阻力成为滚动阻力的主要部分。滚动阻力等于车轮负荷与滚动阻力系数的乘积。

②坡度阻力。汽车上坡时，其重力沿坡道的分力成为坡度阻力。只有汽车上坡时才存在坡度阻力，汽车上坡所做的功并没有白白耗费，而转变成汽车下坡时具有的动能。由于坡度阻力与滚动阻力均属于与道路有关的阻力，而且均与汽车重力成正比，一般把这两种阻力合在一起称为道路阻力。

③空气阻力。汽车在空气中直线行驶时，前部承受气流的压力而后面形成一定的真空，产生压力差，此外空气与车身表面以及各层空气之间存在着摩擦，再加上引入车内发动机和室内通风以及外伸零件引起气流的干扰，以上这些便形成了空气阻力，它与汽车的形状、汽车正面投影面积、汽车与空气相对速度的平方成正比。

④加速阻力。汽车若加速行驶，需要克服其质量加速运动的惯性力，即加速阻力。汽车质量由平移质量和旋转质量两部分组成。

2．汽车的附着条件

当驱动力逐渐增大到足以克服汽车行驶时所遇到的各种阻力之和时，汽车便可起步。汽车起步后，其行驶状况取决于驱动力和各种阻力之和的关系。水平路面等速行驶的汽车，当驱动力大于空气阻力和滚动阻力之和时，汽车加速行驶；当驱动力小于空气阻力和滚动阻力之和时，汽车将减速行驶。此时若维持原车速行驶，驾驶员需要加大节气门开度或将变速器挂入低挡以便相应加大驱动力。驱动力的最大值除了受发动机最大转矩和传动系传动比的影响外，还受驱动轮轮胎与接触面之间的附着性能的限制。

若汽车在平整的干硬路面上行驶，驱动轮与接触面之间的附着性能好坏取决于轮胎和路间摩擦力的大小；但在松软路面上，汽车行驶时的驱动力，除了受驱动轮与路面之间的摩擦力影响外，还有嵌入轮胎花纹凹处的路面凸起部所起的抗滑作用。

在汽车技术中，把轮胎与路面之间的相互摩擦以及轮胎花纹和路面凸起部的相互作用综合在一起，称为附着作用。由附着作用所决定的阻碍车轮打滑的力的最大值称为附着力，用F_φ表示。附着力与驱动轮所承受垂直于地面的法向力Fz成正比F_φ＝FZφ　　　　　　　　　　　　　　　（0－2）

式中，φ为附着系数，其值与轮胎的类型及路面的性质有关。

由此可知，汽车行驶时的驱动力受附着力的限制，即F_t≤F_φ＝F_zφ　　　　　　　　　　　　　　　（0－3）

在泥泞或冰雪路面，由于附着力很小，汽车行驶的驱动力受附着力的限制而不能克服遇到的较大的行驶阻力，致使汽车减速以致不能前进。此时，即使加大节气门开度或换入低挡，车轮也只能滑转而仍没有足够的驱动力。为此，普通汽车在冰雪路面上行驶时，通常要在驱动轮上绕装防滑链，来增大附着系数和附着力；而全轮驱动的越野汽车，配有特殊的轮胎花纹可获得较大的附着系数，并可利用汽车的全部重力作为附着重力，这样越野汽车便可得到足够的附着力和驱动力，提高了其通过坏路的能力。

练习与思考题

1．汽车的定义是什么？

2．按汽车的用途，汽车是如何分类的？

3．按汽车结构性能参数，汽车是如何分类的？

4．某汽车的型号为CA7220，试解释这个编号的全部含义。

5．汽车的基本构造如何？

6．汽车行驶时，可能会遇到哪些阻力？

7．什么叫附着力？