滚动阻力的成因和影响因素分析.PDF

滚动阻力的成因和影响因素分析 摘要：滚动阻力是汽车在任何条件下行驶时都需克服的阻力。汽车行驶时，轮胎 或地面的变形过程所伴随的能量损失是车轮转动时产生滚动阻力的根本原因。本 文主要通过对滚动阻力进行简单的理论分析，加深对汽车理论基础课程学习中这 一概念的理解。首先，阐述了滚动阻力的产生机理及其作用形式。然后，介绍了 滚动阻力系数的概念，分析了部分影响阻力系数大小的因素，包括路面种类，车 速，驱动力系数，轮胎充气压力等。 关键词：滚动阻力，成因分析，滚动阻力系数，影响因素 引言 汽车在水平道路上行驶时，有多种阻力需要克服。滚动阻力是汽车在任何行 驶条件下都需要克服的一种阻力，是行驶阻力的重要组成部分。本文主要对滚动 阻力进行简单理论分析，以加深汽车理论基础课程学习中对这一概念的理解。由 于弹性轮胎在硬路面上滚动时以轮胎变形为主，为简单起见，本文仅讨论这种情 况下滚动阻力的成因及其影响因素。 1 滚动阻力成因分析 1.1 产生机理 车轮滚动时，车轮与地面在接触区域的法向、切向和侧向均产生相互作用力， 轮胎与地面亦存在相应的变形。图1 中左图是轮胎在硬支承路面上受径向载荷的 变形曲线，其加载变形曲线和卸载变形曲线并不重合。 图1-弹性车轮在硬路面上的滚动 当弹性轮胎在硬路面（混凝土地、沥青路）上滚动时，轮胎的变形是主要的。 由于轮胎有内部摩擦，产生弹性迟滞损失，使轮胎变形时对它做的功不能全部回 收。如图所示，从轮胎的径向变形曲线上可以看出，OA 过程为加载过程，AO 过 程为卸载过程，两曲线并不重合，即在加载和卸载过程中存在能量损失，此能量 消耗在轮胎各组成部分相互间的摩擦以及橡胶、帘线等物质的分子间的摩擦，最 后转化为热能而消失在大气中。这种损失称为弹性物质的迟滞损失。 进一步分析，便可知这种迟滞损失表现为阻碍车轮滚动的一种阻力偶。当车轮 不滚动，地面对车轮的法向反作用力的分布是前后对称的：但当车轮滚动时，在 法线n m 前后相对应点d 和e 变形虽然相同，但由于迟滞现象，处于压缩过程的 前的d 点的地面法向反作用力就会大于处于恢复过程的后部e 点的地面法向反作 用力。 1.2 作用形式 1.2.1 地面法向反作用力前后分布 由静力学知识易知，当车轮处于静止时，路面对车轮的法向反作用力的分布 是前后对称的。但当车轮滚动时，其受力情况将会发生变化。 图2 弹性车轮在硬路面上的滚动 由图2 所示，在关于法线n-n 对称的d 和d1 两点处，在车轮滚动时其变形 1 量是相同的，但由图 1 可知，取相同压缩量δ时，处于加载过程的 d 点受的力 CF 大于处于卸载过程的d1 点受的力DF。因此当车轮滚动时，其前后法向反作用 力不相等。 1.2.2 滚动阻力偶矩 地面法向反作用力的合力 F 与法向载荷W 相等，方向相反，但由 2.2.1 的 Z 分析可知，汽车行驶时前后分布的法向反作用力不相等，则其合力 F 会相对法 Z 线向前进方向移动一个距离a （如图2 所示）。 图3 从动轮在硬路面滚动时的受力情况 假设将法向反作用力的合力 F 移至与法线 n-n 重合，则从动轮在硬路面上 Z 1 滚动时的受力情况可画为图3 所示的形式。即滚动时有滚动阻力偶矩T F a 。 f Z 滚动阻力偶矩T 阻碍车轮滚动，这正是所分析的迟滞损失的表现。 f 图4 驱动轮在硬路面滚动时的受力情况 如图4 所示，与从动轮的受力情况相同，驱动轮在硬路面上滚动时，其法向 反作用力的合力会相对法线向前进方向移动一个距离 a （如图2 所示）。但在