汽車的滾動(dòng)阻力主要是由輪胎和路面的變形引起的。當(dāng)輪胎在堅(jiān)硬的路面上滾動(dòng)時(shí)，路面的變形很小，主要是輪胎的變形；當(dāng)輪胎在松軟的路面上滾動(dòng)時(shí)，輪胎的變形很小，主要是路面的變形。還有車輪軸承內(nèi)部也存在著磨擦，這些磨擦和變形都要損耗發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，從而形成了汽車行駛中的滾動(dòng)阻力汽車簡(jiǎn)述輪胎滾動(dòng)阻力的形成原因及影響因素

滾動(dòng)阻力是汽車在任何條件下行駛時(shí)都需克服的阻力。汽車行駛時(shí)，輪胎 或地面的變形過程所伴隨的能量損失是車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生滾動(dòng)阻力的根本原因。本 文主要通過對(duì)滾動(dòng)阻力進(jìn)行簡(jiǎn)單的理論分析，加深對(duì)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(dòng)阻力的產(chǎn)生機(jī)理及其作用形式。然后，介紹了 滾動(dòng)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(dòng)力系數(shù)，輪胎充氣壓力等。

關(guān)鍵詞：滾動(dòng)阻力，成因分析，滾動(dòng)阻力系數(shù)，影響因素

引言

汽車在水平道路上行駛時(shí)，有多種阻力需要克服。滾動(dòng)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(duì)滾動(dòng) 阻力進(jìn)行簡(jiǎn)單理論分析，以加深汽車?yán)碚摶A(chǔ)課程學(xué)習(xí)中對(duì)這一概念的理解。由 于彈性輪胎在硬路面上滾動(dòng)時(shí)以輪胎變形為主，為簡(jiǎn)單起見，本文僅討論這種情 況下滾動(dòng)阻力的成因及其影響因素。

1 滾動(dòng)阻力成因分析

1.1 產(chǎn)生機(jī)理

車輪滾動(dòng)時(shí)，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(dòng)

當(dāng)彈性輪胎在硬路面（混凝土地、瀝青路）上滾動(dòng)時(shí)，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(shí)對(duì)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(dòng)的一種阻力偶。當(dāng)車輪 不滾動(dòng)，地面對(duì)車輪的法向反作用力的分布是前后對(duì)稱的：但當(dāng)車輪滾動(dòng)時(shí)，在 法線 n m 前后相對(duì)應(yīng)點(diǎn) 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(diǎn)的地面法向反作用力就會(huì)大于處于恢復(fù)過程的后部 e 點(diǎn)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(shí)易知，當(dāng)車輪處于靜止時(shí)，路面對(duì)車輪的法向反作用力的分布 是前后對(duì)稱的。但當(dāng)車輪滾動(dòng)時(shí)，其受力情況將會(huì)發(fā)生變化。

圖 2 彈性車輪在硬路面上的滾動(dòng)

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

1.2. 2滾動(dòng)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(shí)前后分布的法向反作用力不相等，則其合力 FZ 會(huì)相對(duì)法 線向前進(jìn)方向移動(dòng)一個(gè)距離 a （如圖 2所示）。

圖 3 從動(dòng)輪在硬路面滾動(dòng)時(shí)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(dòng)輪在硬路面上 滾動(dòng)時(shí)的受力情況可畫為圖 3 所示的形式。即滾動(dòng)時(shí)有滾動(dòng)阻力偶矩Tf ? FZa 。

滾動(dòng)阻力偶矩 Tf阻礙車輪滾動(dòng)，這正是所分析的遲滯損失的表現(xiàn)。汽車滾動(dòng)阻力與哪些因素有關(guān)？

滾動(dòng)阻力是輪胎的重要性能之一，它影響著車輛的動(dòng)能消耗、燃料耗損及輪胎自身的壽命。減小滾動(dòng)阻力，能改善車輛的運(yùn)動(dòng)性能和燃料的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)由于變形能和生熱量的減少，還能夠延長(zhǎng)輪胎的行駛壽命。滾動(dòng)阻力可以用滾動(dòng)阻力系數(shù)，或者用車輪每轉(zhuǎn)動(dòng)1周所需要做的克服滾動(dòng)阻力的功來鑒別。滾動(dòng)阻力消耗于輪胎變形、路面變形以及輪胎與道路的附著方面。因此，滾動(dòng)阻力取決于道路類型、狀況以及輪胎的結(jié)構(gòu)和性能。

(1)道路類型和狀況的影響。輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)的大小取決于路面狀況，在柏油路上為0.014～0.015，在軟土道路為0.3～0.4。在平坦的優(yōu)質(zhì)路面上，克服路面變形和胎面與路面摩擦所耗用的能量?jī)H占整個(gè)耗用能量的10%～15%。在軟土道路上，能量則主要消耗在土壤的變形上。當(dāng)輪胎載荷和車輪扭矩增大時(shí)，輪胎徑向變形和周向變形加大，滾動(dòng)阻力也會(huì)增加，特別是對(duì)周向變形的影響更大。如子午線輪胎，雖然其徑向變形較大，但周向剛性大，因此要比斜交輪胎的滾動(dòng)阻力小。

在低速范圍內(nèi)，輪胎滾動(dòng)速度的增加對(duì)滾動(dòng)阻力的影響較小，但在高速時(shí)(如100km/h以上)，滾動(dòng)阻力的增加非常明顯。當(dāng)滾動(dòng)速度高于輪胎徑向變形在其周圍的分布速度時(shí)，在胎面轉(zhuǎn)入接地面部分產(chǎn)生駐波，輪胎便要經(jīng)受沖擊負(fù)荷，而使胎體升溫過高，造成輪胎材料應(yīng)力過大，致使輪胎損壞(大部分是因胎面脫空而報(bào)廢)。

(2)輪胎的結(jié)構(gòu)和性能的影響。從輪胎結(jié)構(gòu)參數(shù)來說，影響滾動(dòng)阻力，即滾動(dòng)損失的主要有輪胎類型、胎面結(jié)構(gòu)和扁平率等。其中，輪胎類型對(duì)其滾動(dòng)損失的影響比較大，如子午線輪胎的滾動(dòng)損失明顯低于斜交輪胎。輪胎的胎面結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)滾動(dòng)損失也有著很大的影響，如減小胎面厚度，尤其是兩肩厚度，減小胎面拱度、花紋溝深度和減小花紋塊的分散程度，都能夠減小輪胎的滾動(dòng)損失。試驗(yàn)表明，胎面膠厚度每減小1mm，轎車胎的滾動(dòng)損失減少1%，載重胎則減少3%;胎肩部厚度從14mm減小到10mm時(shí)，輪胎的滾動(dòng)損失減少7%。

輪胎簾線角度越大，則徑向剛性越大，滾動(dòng)阻力就越小。例如，當(dāng)簾線角從30°增大到55°時(shí)，滾動(dòng)阻力要減少5%～10%。采用不同材質(zhì)制造的輪胎對(duì)比試驗(yàn)表明:輪胎全部采用合成橡膠時(shí)，其滾動(dòng)阻力要比全部采用天然橡膠輪胎的滾動(dòng)阻力大，增大量甚至達(dá)到50%。

輪胎氣壓對(duì)其滾動(dòng)阻力系數(shù)的影響較為復(fù)雜，提高內(nèi)壓，在軟土道路上會(huì)加大滾動(dòng)阻力，相反在硬路面上能降低滾動(dòng)阻力;而在軟土中，當(dāng)輪胎氣壓降低到一定程度以下時(shí)，不僅土壤變形，而且輪胎也要變形，滾動(dòng)阻力又將增大。不同速度等級(jí)的輪胎，適合于在不同速度條件下使用。否則，高速輪胎在低速時(shí)使用，滾動(dòng)損失反而大于低速輪胎。同理，當(dāng)?shù)退佥喬ピ诟咚傧滦旭倳r(shí)，滾動(dòng)損失又顯著增大。