轮胎弹性迟滞损失解释 什么是轮胎的弹性迟滞损失?

车要运动，并以一定的bai速度行驶，必须由外界沿汽车行驶方向施加一个驱动力，用以克服汽车行驶中所受到的各种阻力。

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汽车的驱动力Ft

驱动力是由发动机的转矩经传动系统传至驱动轮得到的。汽车发动机产生的有效转矩Te，经汽车传动系统传到驱动轮上，在驱动轮上作用转矩Tt，从而产生对地面的一个圆周力F0，与此同时，引起地面对驱动轮产生一个与汽车行驶方向一致的切向反作用力Ft，此切向反作用力即为汽车的驱动力Ft。如下图所示。

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汽车的行驶阻力

汽车在道路上行驶时一般有滚动阻力、空气阻力、坡道阻力和加速阻力四种。

(1)  滚动阻力Ff：

滚动阻力是当车轮在路面上滚动时，由于两者间的相互作用力和相应变形所引起的能量损失的总称。当汽车在硬路面上行驶时，车轮滚动，轮胎圆周的各个部分被不断地压缩、变形，然后又不断地恢复变形。在这个变形过程中，橡胶分子之间发生摩擦，伴随摩擦而发热，且向大气散发。使轮胎变形所做的功不能全部回收，从而消耗了汽车的输出功率。这部分功率损失称为轮胎的弹性迟滞损失。当汽车在软路面上行驶时，其滚动阻力则来自松软路面变形和轮胎弹性变形的迟滞损失。

(2)  空气阻力Fw：

汽车是在空气介质中行驶的，汽车相对于空气运动时，空气作用力在行驶方向上的分力称为空气阻力。空气阻力分为摩擦阻力与压力阻力两部分。摩擦阻力是由于空气的黏性在车身表面产生的切向力的合力在行驶方向的分力。摩擦阻力与车身表面质量及表面有关，约占空气阻力的8%～10%。压力阻力是作用在汽车外形表面上的法向压力的合力在行驶方向的分力。压力阻力中的形状阻力占主要部分，所以车身主体形状是影响空气阻力的主要因素，改进车身流线型体是减少空气阻力的有效途径。

(3)  坡道阻力Fi：

汽车在纵向坡道上坡行驶时，汽车质量产生与地面平行的分力，其分力方向与汽车行驶方向相反，即形成汽车的上坡阻力。汽车的上坡阻力与坡度值成正比。

(4)  加速阻力Fj：

汽车加速行驶时，需要克服其质量加速运动时的惯性力，就是加速阻力。汽车的质量分为平移质量和旋转质量两部分。加速时，不仅要克服汽车平移质量在加速过程中产生的惯性力，同时还要克服旋转质量产生的惯性力偶矩。

PART

2

汽车的行驶方程式

汽车行驶时，必须满足驱动和附着条件，即汽车的驱动力应与阻力相平衡，由此得到汽车行驶方程式：

Ft= Ff+Fi+Fw+Fj

上述各阻力中，滚动阻力和空气阻力始终作用于行驶的汽车上，坡度阻力和加速阻力仅在相应行驶条件下存在。在水平道路上等速行驶时就没有坡度阻力和加速阻力。汽车下坡时，Fi为负值，这时汽车重力沿路面方向的分力已不是汽车的行驶阻力，而是动力。汽车减速行驶时，惯性作用力是使汽车前进的力，此时Fj也为负值。

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汽车行驶的条件

为保证汽车在道路上正常行驶，必须具有克服各种行驶阻力的足够驱动力，这就是汽车的驱动条件；使汽车驱动轮与路面不产生滑动与滑移的条件，称为汽车行驶的附着条件。

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汽车行驶的驱动条件

当汽车驱动力大于滚动阻力、空气阻力、上坡阻力之和时，汽车加速行驶；驱动力等于上述阻力之和，汽车等速行驶；小于上述阻力，汽车减速行驶直至停车。

汽车的驱动条件可写成：

Ft≥Ff+Fw+Fi

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汽车行驶的附着条件

通常把轮胎不滑转时，地面对车轮的最大切向反作用力的极限值，称为附着力Fϕ。使附着力大于或等于最大驱动力，这就是汽车行驶的附着条件。

汽车的附着条件可写成：

Ft≤Fϕ

式中：Fϕ=Fzϕ，ϕ称为附着系数，它是由路面和轮胎决定的；Fz为驱动轮法向反作用力。什么是轮胎的迟滞损失

施加负荷后，突然撤销力量，应变会不会与力量同时消失，而且应变不会恢复到零，这种现象叫迟滞损失。

所有的弹性体都有这种现象。轮胎自然不例外汽车在行驶过程中会遇到很多阻力，主要有哪些阻力？

汽车在行驶过程中会遇到各种阻力，主要有滚动阻力，空气阻力，坡道阻力，加速阻力。

汽车在水平道路上等速行驶时，必须克服来自地面的滚动阻力和来自空气的空气阻力。当汽车在坡道上上坡行驶时，还必须克服重力沿坡道的分力，称为坡度阻力。汽车加速行驶时还需要克服加速阻力。

滚动阻力的成因

车轮滚动时，轮胎与路面的接触区域产生法向、切向的相互作用力以及相应的轮胎和支承路面的变形，轮胎和支承面的相对刚度决定了变形的特点。

当弹性轮胎在硬路面(混凝土路、沥青路)上滚动时，轮胎的变形是主要的，此时由于轮胎有内部摩擦产生弹性迟滞损失，使轮胎变形时对它作的功不能全部回收。正是轮胎的这种弹性迟滞损失造成了滚动阻力。汽车简述轮胎滚动阻力的形成原因及影响因素

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

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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-n1对称的d和d1 两点处，在车轮滚动时其变形 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 FZ与法向载荷W相等，方向相反，但由 2.2.1 的 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 FZ 会相对法 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 FZ移至与法线 n-n1重合，则从动轮在硬路面上 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Tf  FZa 。

滚动阻力偶矩 Tf阻碍车轮滚动，这正是所分析的迟滞损失的表现。汽车行驶阻力过大是什么故障？

汽车行驶阻力增大故障表现为，感觉汽车动力不足，车速与档位不相符，油耗增加，汽车在平直道路上空档滑行时，滑行性能变差。汽车的行驶阻力包括四部分为轮胎与地面的滚动阻力、空气阻力、坡度阻力和加速阻力，也就是说汽车在行驶当中影响车速的因素，摩擦力增大，影响是发动机动力输出压力过大。

汽车的行驶阻力包括四部分：轮胎与地面的滚动阻力、空气阻力、坡度阻力和加速阻力。也就是说汽车在行驶当中影响车速的因素，摩擦力增大，影响是发动机动力输出压力过大。

汽车在水平道路上等速行驶时，必须克服来自地面的滚动阻力和来自空气的空气阻力。当汽车在坡道上上坡行驶时，还必须克服重力沿坡道的分力，称为坡度阻力。汽车加速行驶时还需要克服加速阻力。滚动阻力和空气阻力是在任何行驶条件下均存在的，坡度阻力和加速阻力仅在一定行驶条件下存在，在水平道路上等速行驶时就没有坡度阻力和加速阻力。

车轮滚动时，轮胎与路面的接触区域产生法向、切向的相互作用力以及相应的轮胎和支承路面的变形，轮胎和支承面的相对刚度决定了变形的特点。当弹性轮胎在硬路面（混凝土路、沥青路）上滚动时，轮胎的变形是主要的，此时由于轮胎有内部摩擦产生弹性迟滞损失，使轮胎变形时对它作的功不能全部回收。正是轮胎的这种弹性迟滞损失造成了滚动阻力。

在实际中，不会直接应用滚动阻力，而是用滚动阻力系数f来表征滚动阻力的大小，在轮胎所受的法向力等条件相等的情况下，滚动阻力系数f越大，则滚动阻力就越大。影响滚动阻力系数f的因素较多，比如：路面的种类、行驶车速以及轮胎的构造、材料、气压等。汽车的四种阻力是什么？并解释其定义

滚动阻力 空气阻力 坡度阻力 加速阻力

1.滚动阻力：车轮滚动时，轮胎与路面的接触区域产生法向、切向的相互作用力以及相应的轮胎和支承路面的变形，轮胎和支承面的相对刚度决定了变形的特点。当弹性轮胎在硬路面(混凝土路、沥青路)上滚动时，轮胎的变形是主要的，此时由于轮胎有内部摩擦产生弹性迟滞损失，使轮胎变形时对它作的功不能全部回收。正是轮胎的这种弹性迟滞损失造成了滚动阻力。

2.空气阻力：汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向的分力称为空气阻力。空气阻力分为压力阻力与摩擦阻力两部分。作用在汽车外形表面上的法向压力的合力在行驶方向的分力，称为压力阻力；摩擦阻力是由于空气的粘性在车身表面产生的切向力的合力在行驶方向的分力。压力阻力又分为四部分：形状阻力、干扰阻力、内循环阻力和诱导阻力。形状阻力占压力阻力的大部分，与车身主体形状有很大关系；干扰阻力是车身表面突起物(如后视镜、门把、引水槽、悬架导向杆、驱动轴等)引起的阻力；发动机冷却系、车身通风等所需空气流经车体内部时构成的阻力，即为内循环阻力；诱导阻力是空气升力在水平方向的投影。

3.坡度阻力：汽车重力沿坡道的分力Fi表现为汽车坡度阻力。根据我国的公路路线设计规范，高速公路平原微丘区最大纵坡为3%，山岭重丘区为5%；一级汽车专用公路平原微丘区最大坡度为4%，山岭重丘区为6%；一般四级公路平原微丘区为5%，山岭重丘区为9%。所以，一般道路的坡度均较小。

4.加速阻力：汽车加速行驶时，克服其质量加速运动时的惯性力，这就是加速阻力Fj。加速阻力包括平移质量的惯性力和旋转质量的惯性力偶矩，为了便于计算，一般把旋转质量的惯性力偶矩转化为平移质量的惯性力。