第二章 汽車動力性第一節(jié) 汽車行駛阻力汽車行駛中所需要的功率和能量取決于它的行駛阻力。汽車行駛阻力可以分為穩(wěn)定行駛va常數(shù)阻力和動態(tài)行駛(va常數(shù)阻力。 一、穩(wěn)定行駛阻力 車輛穩(wěn)定行駛阻力包括車輪阻力、空氣阻力和坡度阻力。 1車輪阻力 車輪阻力由3局部組成：輪胎的滾動阻力、路面阻力以及輪胎側(cè)偏引起的阻力。 1)輪胎的滾動阻力 輪胎的滾動阻力主要是輪胎的變形阻力，其次還包括路面和輪胎之間摩擦力和輪胎空氣阻力。其中，輪胎空氣阻力是整車空氣阻力的一局部。 通常用圖2-1所示的彈簧輪模型來解釋輪胎變形阻力產(chǎn)生的原因。如下圖，彈簧輪周圍分布著一個個小彈簧和減振器。在滾動中，各個彈簧反復(fù)經(jīng)歷壓縮和伸展過程，其阻尼功即為變形阻力。變形阻力可用單位行程的阻尼功來表示。轉(zhuǎn)鼓試驗臺試驗說明，汽車速度超過45m/s以后，變形阻力急劇增加，如圖2-2所示。其原因是：此時輪胎開始振動，形成振動變形波。這就是說，除了接觸局部外，輪胎的其他局部也在運動，結(jié)果使阻尼功急劇增加。  路面與輪胎之間的摩擦阻力產(chǎn)生的原因可用圖z-1來說明。車輪滾動中，輪胎面上某點在通過與地面接觸區(qū)域時，胎面到轉(zhuǎn)動軸的距離由；變?yōu)椴稟r，然后再變?yōu)?；，因此車輪角速度雖然不變，但胎面各點的圓周速度卻是變化的，這樣在接地區(qū)域內(nèi)，胎面與地面之間就存在縱向和橫向的相對局部滑動。這就引起了摩擦阻力。 在40m/s以下的速度范圍內(nèi)，變形阻力占輪胎滾動阻力的90%-95%，摩擦阻力占2%-10%，而輪胎空氣阻力所占比率極小圖2-3).高速時滾動阻力的急劇增加與輪胎的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。如圖24所示，子午線輪胎比斜交輪胎的滾動阻力小得多，同時，它的滾動阻力在超過使用速度范圍界限后的急劇增加也比斜交輪胎明顯得多。  常用單位輪荷的輪胎滾動阻力來定義無因次的滾動阻力系數(shù)fg:fg=Fg/ Z式中：Fg輪胎滾動阻力，N; Z輪胎載荷，N。 一般情況下，fg可取為常數(shù)。但在用數(shù)字計算機(jī)作模擬計算時，要考慮車速的影響，采用下述近似公式：fg= COC1vC2 v4式中：，v車速，m/s; CO、C1、C2系數(shù)。由于輪胎接地局部變形，使得壓力分布不再對稱于輪胎中心，結(jié)果地面法向反力FZ相對于車輪中心前移了一個距離。圖2-5)。因此，為了驅(qū)動車輪，必須施以力矩 MgFzeZe該力矩又可表示為滾動阻力凡與動態(tài)半徑rd的乘積： MgFgrd這樣，滾動阻力系數(shù)： fgFg/Z= Mg/ rdZ = e/rd (2-1)可見，d越小或。越大，那么滾動阻力越大。 同時，輪胎的滾動阻力Fg與輪荷Z和輪胎氣壓pi；有關(guān)，見圖2-6。  (2)柔性路面的阻力。與硬路面相比，受載車輪在柔性路面上土路、草地、沙土、雪地運動時，必須克服附加的滾動阻力。這種附加阻力由兩局部組成圖2-a)：一局部是使地面材料壓縮和移動，形成輪轍所需的力，另一局部是克服輪轍與輪胎之間摩擦所需的力。 柔性路面上的附加滾動阻力與地面壓強(qiáng)有關(guān)圖2-8)。此外，柔性路面與硬路面相反，減小輪胎氣壓有助于降低滾動阻力。 (3)積水路面的阻力。在積水硬路面上運動的車輪圖2-9與路面之間存在三個區(qū)域：接近區(qū)域、過渡區(qū)域和接觸區(qū)域。在過渡區(qū)域，輪胎已有變形，但與路面之間僅有局部接觸；而在接觸區(qū)域，輪胎與路面之間才能有力的傳遞。 輪胎要排擠水層，這就產(chǎn)生了排水阻力Fs: Fshb式中：h水層厚度； b輪胎寬度； 水的密度； v擠水的速度。 圖2-10為排水阻力系數(shù)隨水層厚度和速度變化的關(guān)系。由圖可見，當(dāng)水層厚度較大時，在高速段產(chǎn)生了滑水現(xiàn)象接觸區(qū)域消失，使s趨于定值，而與v無關(guān)。3)輪胎側(cè)偏引起的阻力上述討論中，車輪的運動方向都垂直于它的軸線，也就是說，滾動阻力都在車輪平面內(nèi)。如果車輪還受有側(cè)向力Y(比方曲線行駛時，車輪平面與運動方向之間出現(xiàn)一個夾角，即側(cè)偏角將在汽車行駛平安性一章中詳細(xì)討論，此時的滾動阻力將不在車輪平面內(nèi)，而是在車輪運動方向。  如圖2-11所示，當(dāng)側(cè)偏角為a時，其阻力 FEFgcosYsin其中，Ysin。即為曲線行駛時的附加阻力腸。曲線行駛的附加滾動阻力系數(shù)而fQ(fQ=FQ/Z)與側(cè)偏角的關(guān)系如圖2-12所示。  當(dāng)側(cè)偏角a很小時，側(cè)向力Y與a近似成正比，所以有 fQ2對于前束角為的一對車輪，在直線行駛時，相當(dāng)于每個車輪的側(cè)偏角為612圖2-13)/2。 這樣因前束引起的附加阻力FQ1=2Ysin/2 (2-2)當(dāng)=10時，F(xiàn)Q1約為整車阻力的3%。我們已經(jīng)討論了車輪阻力的各個組成局部。為了說明各局部之間的數(shù)量關(guān)系，在圖2-14上畫出了硬路面上各局部阻力系數(shù)與車速的關(guān)系。計算時的車輪阻力系數(shù)fa可從表2-1中選取。    2空氣阻力 氣流中物體的阻力與以下因素有關(guān)：流速v，空氣密度，物體的迎流面積A以及物體的形狀。物休的空氣阻力用下式表示： (動壓力) 式中：CW無因次的空氣阻力系數(shù)。 假設(shè)v以km/h計，2m-4代入上式，那么得。 如果車輛在氣流中行駛，那么v=va 式中：一車速；