汽车基本行驶原理与高速行驶阻力、加速阻力以及驱动力关系

1.汽车的驱动力

汽车驱动力的定义：汽车行驶时外界对汽车施加的推动力，如图2－5所示，用Ft表示。

图2－5　汽车的驱动力

当汽车行驶时，发动机的输出转矩Te，通过传动系传给驱动车轮，此时作用于驱动车轮上的转矩Tt便产生一个对地面的圆周力F0，根据作用力与反作用力原理，地面也对驱动轮产生一个反作用力Ft，Ft即是驱动汽车的驱动力。其大小为：

式中 Te——作用于驱动轮上的转矩，N·m；

r——车轮半径，m。

当驱动力增大到能克服汽车静止状态的最大阻力时，汽车便开始起步。

2.汽车的行驶阻力

汽车在行驶中会遇到各种阻力，主要有滚动阻力、空气阻力、上坡阻力和加速阻力。

（1）滚动阻力

滚动阻力主要是由于车轮滚动时轮胎与路面变形而产生。弹性车轮沿硬路面滚动，路面变形很小，轮胎变形是主要的；车轮沿软路面（如松软土路、沙地、雪地等）滚动，轮胎变形较小，路面变形较大。此外，轮胎与路面以及车轮轴承内部都存在着摩擦。车轮滚动时产生的这些变形与摩擦都要消耗发动机一定的动力，因而形成滚动阻力，以Ff表示，其数值与汽车的总质量、轮胎的结构和气压以及路面性质有关。

（2）空气阻力

汽车行驶时，需要挤开其周围的空气，汽车前面受气流压力并且后面形成真空，产生压力差，此外还存在着各层空气之间以及空气与汽车表面的摩擦，再加上冷却发动机、室内通风以及汽车表面外凸零件引起的气流干扰等，就形成空气阻力，以Fw 表示。空气阻力与汽车的形状、汽车的正面投影面积有关，特别是与汽车－空气的相对速度的平方成正比。当汽车高速行驶时，空气阻力的数值将显著增加。

（3）上坡阻力

汽车上坡时，其总质量沿路面方向的分力形成的阻力称为上坡阻力，以Fi表示，其数值取决于汽车的总质量和路面的纵向坡度。上坡阻力只是在汽车上坡时才存在，但汽车克服坡度所做的功并未白白地耗掉，而是以位能的形式被储存。当汽车下坡时，所储存的位能又转变为汽车的功能，促使汽车行驶。

（4）加速阻力

汽车在加速行驶时，其质量加速运动时的惯性力，以Fj表示。汽车质量分为平移质量和旋转质量（飞轮、车轮等）两部分。加速时平移质量要产生惯性力，旋转质量要产生惯性力偶矩。旋转质量主要与飞轮、车轮的转动惯量以及传动系的传动比有关。

3.汽车行驶中的附着作用与附着力(www.xing528.com)

在积雪或泥泞道路上行驶的汽车有时会打滑，这是因为汽车的驱动力受附着力的限制而不能克服较大的阻力，导致车辆减速甚至原地打滑。在汽车技术中，把车轮与路面的相互摩擦以及轮胎花纹与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路面反力的最大值就称为附着力FΦ。

FΦ＝GΦ

式中 G—附着重力，即汽车总质量分配到驱动轮上的那部分，它形成对地面的法向压力；

Φ—附着系数，其数值随轮胎和路面性质的不同而异，一般由试验决定。

4.汽车正常行驶的条件

汽车的行驶过程，是驱动力能否克服各种阻力的交替变化过程。在汽车起步时，当驱动力增大至足以克服汽车静止所受的阻力时，汽车开始行驶。汽车起步后，行驶情况取决于驱动力与总阻力的相互关系。

（1）汽车正常行驶的第一个条件：Ft≥Ff＋Fw＋Fi＋Fj

当驱动力超过行驶阻力时，汽车将加速行驶；当驱动力等于行驶阻力时，汽车将匀速行驶；当驱动力小于行驶阻力时，汽车将减速以至于停车。

驱动力的最大值固然取决于发动机的最大转矩和传动系的传动比，但实际发出的驱动力还受到轮胎与路面之间的附着性能的限制。

（2）汽车行驶的第二个条件：Ft≤FΦ

当驱动力大于附着力时，汽车会滑转。

汽车在冰雪路面上行驶时，因为附着力小，所以汽车很容易打滑。此时可以在驱动轮上绕装防滑链，使链条深嵌入冰雪中能使附着系数和附着力增加。

（3）汽车正常行驶的条件

汽车的行驶过程，是驱动力能否克服各种阻力的交替变化过程。在汽车起步时，当驱动力增大至足以克服汽车静止所受的阻力时，汽车便开始行驶。汽车起步后，行驶情况取决于驱动力与总阻力的相互关系。总阻力等于上述各项阻力之和：∑F＝Ff＋Fw＋Fi＋Fj

当驱动力等于总阻力时，汽车将匀速行驶。

当驱动力大于总阻力时，汽车将加速行驶，但是随着车速的增加，空气阻力将大幅度提高，所以汽车速度只能增加到当驱动力和总阻力达到新的平衡为止，此后，汽车便以较高的速度匀速行驶。

当驱动力小于行驶阻力时，汽车将减速以至于停车，这时如欲维持原车速就需要加大节气门或将变速器换入低挡以便相应地增大驱动力。

但是，汽车并不是在任何情况下都能发出足够的驱动力。比如汽车在很滑的（冰雪或泥泞）路面上行驶时，加大节气门可能只会使驱动车轮加速滑转，而驱动力却不能增大。也就是说，驱动力的最大值虽然取决于发动机的最大转矩和传动系的传动比，但实际发出的驱动力还受到轮胎与路面之间的附着性能的限制。

显然，要使汽车能正常行驶，汽车的驱动力必须要满足以下关系式：

Ff＋Fw＋Fi＋Fj≤Ft≤FΦ