輪胎彈性遲滯損失解釋 什么是輪胎的彈性遲滯損失?

車要運(yùn)動，并以一定的bai速度行駛，必須由外界沿汽車行駛方向施加一個驅(qū)動力，用以克服汽車行駛中所受到的各種阻力。

01

汽車的驅(qū)動力Ft

驅(qū)動力是由發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動系統(tǒng)傳至驅(qū)動輪得到的。汽車發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的有效轉(zhuǎn)矩Te，經(jīng)汽車傳動系統(tǒng)傳到驅(qū)動輪上，在驅(qū)動輪上作用轉(zhuǎn)矩Tt，從而產(chǎn)生對地面的一個圓周力F0，與此同時，引起地面對驅(qū)動輪產(chǎn)生一個與汽車行駛方向一致的切向反作用力Ft，此切向反作用力即為汽車的驅(qū)動力Ft。如下圖所示。

02

汽車的行駛阻力

汽車在道路上行駛時一般有滾動阻力、空氣阻力、坡道阻力和加速阻力四種。

(1)??滾動阻力Ff：

滾動阻力是當(dāng)車輪在路面上滾動時，由于兩者間的相互作用力和相應(yīng)變形所引起的能量損失的總稱。當(dāng)汽車在硬路面上行駛時，車輪滾動，輪胎圓周的各個部分被不斷地壓縮、變形，然后又不斷地恢復(fù)變形。在這個變形過程中，橡膠分子之間發(fā)生摩擦，伴隨摩擦而發(fā)熱，且向大氣散發(fā)。使輪胎變形所做的功不能全部回收，從而消耗了汽車的輸出功率。這部分功率損失稱為輪胎的彈性遲滯損失。當(dāng)汽車在軟路面上行駛時，其滾動阻力則來自松軟路面變形和輪胎彈性變形的遲滯損失。

(2)??空氣阻力Fw：

汽車是在空氣介質(zhì)中行駛的，汽車相對于空氣運(yùn)動時，空氣作用力在行駛方向上的分力稱為空氣阻力?？諝庾枇Ψ譃槟Σ磷枇εc壓力阻力兩部分。摩擦阻力是由于空氣的黏性在車身表面產(chǎn)生的切向力的合力在行駛方向的分力。摩擦阻力與車身表面質(zhì)量及表面有關(guān)，約占空氣阻力的8%～10%。壓力阻力是作用在汽車外形表面上的法向壓力的合力在行駛方向的分力。壓力阻力中的形狀阻力占主要部分，所以車身主體形狀是影響空氣阻力的主要因素，改進(jìn)車身流線型體是減少空氣阻力的有效途徑。

(3)??坡道阻力Fi：

汽車在縱向坡道上坡行駛時，汽車質(zhì)量產(chǎn)生與地面平行的分力，其分力方向與汽車行駛方向相反，即形成汽車的上坡阻力。汽車的上坡阻力與坡度值成正比。

(4)??加速阻力Fj：

汽車加速行駛時，需要克服其質(zhì)量加速運(yùn)動時的慣性力，就是加速阻力。汽車的質(zhì)量分為平移質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量兩部分。加速時，不僅要克服汽車平移質(zhì)量在加速過程中產(chǎn)生的慣性力，同時還要克服旋轉(zhuǎn)質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力偶矩。

PART

2

汽車的行駛方程式

汽車行駛時，必須滿足驅(qū)動和附著條件，即汽車的驅(qū)動力應(yīng)與阻力相平衡，由此得到汽車行駛方程式：

Ft= Ff+Fi+Fw+Fj

上述各阻力中，滾動阻力和空氣阻力始終作用于行駛的汽車上，坡度阻力和加速阻力僅在相應(yīng)行駛條件下存在。在水平道路上等速行駛時就沒有坡度阻力和加速阻力。汽車下坡時，F(xiàn)i為負(fù)值，這時汽車重力沿路面方向的分力已不是汽車的行駛阻力，而是動力。汽車減速行駛時，慣性作用力是使汽車前進(jìn)的力，此時Fj也為負(fù)值。

PART

3

汽車行駛的條件

為保證汽車在道路上正常行駛，必須具有克服各種行駛阻力的足夠驅(qū)動力，這就是汽車的驅(qū)動條件；使汽車驅(qū)動輪與路面不產(chǎn)生滑動與滑移的條件，稱為汽車行駛的附著條件。

01

汽車行駛的驅(qū)動條件

當(dāng)汽車驅(qū)動力大于滾動阻力、空氣阻力、上坡阻力之和時，汽車加速行駛；驅(qū)動力等于上述阻力之和，汽車等速行駛；小于上述阻力，汽車減速行駛直至停車。

汽車的驅(qū)動條件可寫成：

Ft≥Ff+Fw+Fi

02

汽車行駛的附著條件

通常把輪胎不滑轉(zhuǎn)時，地面對車輪的最大切向反作用力的極限值，稱為附著力F?。使附著力大于或等于最大驅(qū)動力，這就是汽車行駛的附著條件。

汽車的附著條件可寫成：

Ft≤F?

式中：F?=Fz?，?稱為附著系數(shù)，它是由路面和輪胎決定的；Fz為驅(qū)動輪法向反作用力。什么是輪胎的遲滯損失

施加負(fù)荷后，突然撤銷力量，應(yīng)變會不會與力量同時消失，而且應(yīng)變不會恢復(fù)到零，這種現(xiàn)象叫遲滯損失。

所有的彈性體都有這種現(xiàn)象。輪胎自然不例外汽車在行駛過程中會遇到很多阻力，主要有哪些阻力？

汽車在行駛過程中會遇到各種阻力，主要有滾動阻力，空氣阻力，坡道阻力，加速阻力。

汽車在水平道路上等速行駛時，必須克服來自地面的滾動阻力和來自空氣的空氣阻力。當(dāng)汽車在坡道上上坡行駛時，還必須克服重力沿坡道的分力，稱為坡度阻力。汽車加速行駛時還需要克服加速阻力。

滾動阻力的成因

車輪滾動時，輪胎與路面的接觸區(qū)域產(chǎn)生法向、切向的相互作用力以及相應(yīng)的輪胎和支承路面的變形，輪胎和支承面的相對剛度決定了變形的特點。

當(dāng)彈性輪胎在硬路面(混凝土路、瀝青路)上滾動時，輪胎的變形是主要的，此時由于輪胎有內(nèi)部摩擦產(chǎn)生彈性遲滯損失，使輪胎變形時對它作的功不能全部回收。正是輪胎的這種彈性遲滯損失造成了滾動阻力。汽車簡述輪胎滾動阻力的形成原因及影響因素

滾動阻力是汽車在任何條件下行駛時都需克服的阻力。汽車行駛時，輪胎 或地面的變形過程所伴隨的能量損失是車輪轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生滾動阻力的根本原因。本 文主要通過對滾動阻力進(jìn)行簡單的理論分析，加深對汽車?yán)碚摶A(chǔ)課程學(xué)習(xí)中這 一概念的理解。首先，闡述了滾動阻力的產(chǎn)生機(jī)理及其作用形式。然后，介紹了 滾動阻力系數(shù)的概念，分析了部分影響阻力系數(shù)大小的因素，包括路面種類，車 速，驅(qū)動力系數(shù)，輪胎充氣壓力等。

關(guān)鍵詞：滾動阻力，成因分析，滾動阻力系數(shù)，影響因素

引言

汽車在水平道路上行駛時，有多種阻力需要克服。滾動阻力是汽車在任何行 駛條件下都需要克服的一種阻力，是行駛阻力的重要組成部分。本文主要對滾動 阻力進(jìn)行簡單理論分析，以加深汽車?yán)碚摶A(chǔ)課程學(xué)習(xí)中對這一概念的理解。由 于彈性輪胎在硬路面上滾動時以輪胎變形為主，為簡單起見，本文僅討論這種情 況下滾動阻力的成因及其影響因素。

1 滾動阻力成因分析

1.1 產(chǎn)生機(jī)理

車輪滾動時，車輪與地面在接觸區(qū)域的法向、切向和側(cè)向均產(chǎn)生相互作用力， 輪胎與地面亦存在相應(yīng)的變形。圖 1 中左圖是輪胎在硬支承路面上受徑向載荷的 變形曲線，其加載變形曲線和卸載變形曲線并不重合。

圖 1-彈性車輪在硬路面上的滾動

當(dāng)彈性輪胎在硬路面（混凝土地、瀝青路）上滾動時，輪胎的變形是主要的。 由于輪胎有內(nèi)部摩擦，產(chǎn)生彈性遲滯損失，使輪胎變形時對它做的功不能全部回 收。如圖所示，從輪胎的徑向變形曲線上可以看出， OA過程為加載過程， AO 過 程為卸載過程，兩曲線并不重合，即在加載和卸載過程中存在能量損失，此能量 消耗在輪胎各組成部分相互間的摩擦以及橡膠、簾線等物質(zhì)的分子間的摩擦，最

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后轉(zhuǎn)化為熱能而消失在大氣中。這種損失稱為彈性物質(zhì)的遲滯損失。

進(jìn)一步分析，便可知這種遲滯損失表現(xiàn)為阻礙車輪滾動的一種阻力偶。當(dāng)車輪 不滾動，地面對車輪的法向反作用力的分布是前后對稱的：但當(dāng)車輪滾動時，在 法線 n m 前后相對應(yīng)點 d 和 e變形雖然相同，但由于遲滯現(xiàn)象，處于壓縮過程的 前的 d 點的地面法向反作用力就會大于處于恢復(fù)過程的后部 e 點的地面法向反作 用力。

1.2作用形式

1. 2. 1 地面法向反作用力前后分布

由靜力學(xué)知識易知，當(dāng)車輪處于靜止時，路面對車輪的法向反作用力的分布 是前后對稱的。但當(dāng)車輪滾動時，其受力情況將會發(fā)生變化。

圖 2 彈性車輪在硬路面上的滾動

由圖 2所示，在關(guān)于法線n-n1對稱的d和d1 兩點處，在車輪滾動時其變形 量是相同的，但由圖 1 可知，取相同壓縮量δ時，處于加載過程的 d 點受的力 CF 大于處于卸載過程的 d1 點受的力 DF。因此當(dāng)車輪滾動時，其前后法向反作用 力不相等。

1.2. 2滾動阻力偶矩

地面法向反作用力的合力 FZ與法向載荷W相等，方向相反，但由 2.2.1 的 分析可知，汽車行駛時前后分布的法向反作用力不相等，則其合力 FZ 會相對法 線向前進(jìn)方向移動一個距離 a （如圖 2所示）。

圖 3 從動輪在硬路面滾動時的受力情況

假設(shè)將法向反作用力的合力 FZ移至與法線 n-n1重合，則從動輪在硬路面上 滾動時的受力情況可畫為圖 3 所示的形式。即滾動時有滾動阻力偶矩Tf ? FZa 。

滾動阻力偶矩 Tf阻礙車輪滾動，這正是所分析的遲滯損失的表現(xiàn)。汽車行駛阻力過大是什么故障？

汽車行駛阻力增大故障表現(xiàn)為，感覺汽車動力不足，車速與檔位不相符，油耗增加，汽車在平直道路上空檔滑行時，滑行性能變差。汽車的行駛阻力包括四部分為輪胎與地面的滾動阻力、空氣阻力、坡度阻力和加速阻力，也就是說汽車在行駛當(dāng)中影響車速的因素，摩擦力增大，影響是發(fā)動機(jī)動力輸出壓力過大。

汽車的行駛阻力包括四部分：輪胎與地面的滾動阻力、空氣阻力、坡度阻力和加速阻力。也就是說汽車在行駛當(dāng)中影響車速的因素，摩擦力增大，影響是發(fā)動機(jī)動力輸出壓力過大。

汽車在水平道路上等速行駛時，必須克服來自地面的滾動阻力和來自空氣的空氣阻力。當(dāng)汽車在坡道上上坡行駛時，還必須克服重力沿坡道的分力，稱為坡度阻力。汽車加速行駛時還需要克服加速阻力。滾動阻力和空氣阻力是在任何行駛條件下均存在的，坡度阻力和加速阻力僅在一定行駛條件下存在，在水平道路上等速行駛時就沒有坡度阻力和加速阻力。

車輪滾動時，輪胎與路面的接觸區(qū)域產(chǎn)生法向、切向的相互作用力以及相應(yīng)的輪胎和支承路面的變形，輪胎和支承面的相對剛度決定了變形的特點。當(dāng)彈性輪胎在硬路面（混凝土路、瀝青路）上滾動時，輪胎的變形是主要的，此時由于輪胎有內(nèi)部摩擦產(chǎn)生彈性遲滯損失，使輪胎變形時對它作的功不能全部回收。正是輪胎的這種彈性遲滯損失造成了滾動阻力。

在實際中，不會直接應(yīng)用滾動阻力，而是用滾動阻力系數(shù)f來表征滾動阻力的大小，在輪胎所受的法向力等條件相等的情況下，滾動阻力系數(shù)f越大，則滾動阻力就越大。影響滾動阻力系數(shù)f的因素較多，比如：路面的種類、行駛車速以及輪胎的構(gòu)造、材料、氣壓等。汽車的四種阻力是什么？并解釋其定義

滾動阻力 空氣阻力 坡度阻力 加速阻力

1.滾動阻力：車輪滾動時，輪胎與路面的接觸區(qū)域產(chǎn)生法向、切向的相互作用力以及相應(yīng)的輪胎和支承路面的變形，輪胎和支承面的相對剛度決定了變形的特點。當(dāng)彈性輪胎在硬路面(混凝土路、瀝青路)上滾動時，輪胎的變形是主要的，此時由于輪胎有內(nèi)部摩擦產(chǎn)生彈性遲滯損失，使輪胎變形時對它作的功不能全部回收。正是輪胎的這種彈性遲滯損失造成了滾動阻力。

2.空氣阻力：汽車直線行駛時受到的空氣作用力在行駛方向的分力稱為空氣阻力?？諝庾枇Ψ譃閴毫ψ枇εc摩擦阻力兩部分。作用在汽車外形表面上的法向壓力的合力在行駛方向的分力，稱為壓力阻力；摩擦阻力是由于空氣的粘性在車身表面產(chǎn)生的切向力的合力在行駛方向的分力。壓力阻力又分為四部分：形狀阻力、干擾阻力、內(nèi)循環(huán)阻力和誘導(dǎo)阻力。形狀阻力占壓力阻力的大部分，與車身主體形狀有很大關(guān)系；干擾阻力是車身表面突起物(如后視鏡、門把、引水槽、懸架導(dǎo)向桿、驅(qū)動軸等)引起的阻力；發(fā)動機(jī)冷卻系、車身通風(fēng)等所需空氣流經(jīng)車體內(nèi)部時構(gòu)成的阻力，即為內(nèi)循環(huán)阻力；誘導(dǎo)阻力是空氣升力在水平方向的投影。

3.坡度阻力：汽車重力沿坡道的分力Fi表現(xiàn)為汽車坡度阻力。根據(jù)我國的公路路線設(shè)計規(guī)范，高速公路平原微丘區(qū)最大縱坡為3%，山嶺重丘區(qū)為5%；一級汽車專用公路平原微丘區(qū)最大坡度為4%，山嶺重丘區(qū)為6%；一般四級公路平原微丘區(qū)為5%，山嶺重丘區(qū)為9%。所以，一般道路的坡度均較小。

4.加速阻力：汽車加速行駛時，克服其質(zhì)量加速運(yùn)動時的慣性力，這就是加速阻力Fj。加速阻力包括平移質(zhì)量的慣性力和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力偶矩，為了便于計算，一般把旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力偶矩轉(zhuǎn)化為平移質(zhì)量的慣性力。