汽车行驶基本原理及附着条件简介

1.汽车的总布置形式

为满足不同的使用要求，汽车的总体布置有不同的形式。现代汽车按发动机相对于各总成的位置，有下列几种布置形式：

（1）发动机前置后轮驱动（FR）这是传统的布置形式。大多数货车、部分轿车和部分客车采用这种形式。

（2）发动机前置前轮驱动（FF）这是现代大多数轿车盛行的布置形式，具有结构紧凑、整车质量小、地板低、高速时操纵稳定性好等优点。

（3）发动机后置后轮驱动（RR）这是目前大、中型客车盛行的布置形式，具有室内噪声小、空间利用率高等优点。少数轿车也采用这种布置形式。

（4）发动机中置后轮驱动（MR）这是方程式赛车和大多数跑车采用的布置形式。将功率和尺寸很大的发动机布置在驾驶人座椅与后轴之间，有利于获得最佳分配和提高汽车的性能。少数大、中型客车也采用这种布置形式，把卧式发动机安装在地板下面。

（5）全轮驱动（nWD）这是越野汽车特有的布置形式，通常发动机前置，在变速器之后的分动器将动力分别输送给全部驱动轮。

汽车向前行驶时，承受较复杂的各种力的作用，有纵向力、横向力和垂直力以及力矩。为解释汽车向前行驶的基本原理，本节只讨论汽车直线行驶时各种纵向力的相互关系。

2.汽车的驱动力与阻力

（1）驱动力 发动机的动力经传动系统传给驱动轮，驱动轮对地面施加作用力的同时，地面对汽车施加的反作用力，就是促使汽车行驶的驱动力。

（2）滚动阻力 车轮滚动时轮胎与地面发生变形而产生的阻力就是滚动阻力。它分为以下两种情况：

1）车轮沿坚硬的路面滚动时，驱动汽车的一部分动力消耗在轮胎变形的内摩擦上，而路面变形较小。

2）车轮沿软地面滚动时，地面变形大，所产生的阻力就成为滚动阻力的主要部分。

滚动阻力与汽车的总重力、轮胎的结构和压力以及地面的性质有关。

（3）空气阻力 形成空气阻力的原因有以下三点：

1）汽车在稠密的空气中向前行驶时，前部承受气流的压力而后部抽空，产生压力差。

表4-3 乘用车的分类

（续）

（续）

（续）

(www.zuozong.com)

2）空气与车身表面以及各层空气之间存在摩擦。

3）引入车内冷却发动机和室内通风以及外伸零件引起的气流干扰。

空气阻力与汽车形状、汽车的正面投影面积，特别是与汽车-空气相对速度的平方成正比。可见，当汽车速度很高时，空气阻力相当可观，并将成为总阻力的主要部分。

（4）坡度阻力 汽车在坡道上行驶时，其总重力沿坡道方向的分力称为坡度阻力。

（5）驱动力与总阻力的关系 汽车的总阻力∑F是上述各阻力之和。

∑F=F_f（滚动阻力）+F_w（空气阻力）+F_i（坡度阻力）

当F_t（驱动力）=∑F时，汽车匀速行驶；当F_t>∑F时，汽车速度增加，总阻力随空气阻力而增加，在某个较高的车速达到新的平衡，然后匀速行驶；当F_t<∑F时，汽车减速或停驶。

3.汽车的附着条件

在冰雪或泥泞路面上，汽车速度提不上来甚至不能前进，即使开大节气门或换入低速档，车轮也只会滑转而驱动力不能增大，这说明汽车能否充分发挥其驱动力，还受到车轮与地面间附着作用的限制。

那么如何理解车轮与地面的附着作用呢？

在平整的干硬路面上，车轮的附着作用是由于轮胎与路面之间存在摩擦力，这个摩擦力阻碍车轮的滑动，使车轮能够正常地向前滚动并承受路面的驱动力。如果驱动力大于摩擦力，那么车轮与路面之间就会发生滑动。在松软的地面上，除了轮胎与地面的摩擦阻碍车轮滑动外，还有嵌入轮胎花纹凹处的软地面凸起所起的抗滑作用。

由附着作用所决定的阻碍车轮滑动的力的最大值称为附着力，用Fϕ表示。附着力与车轮所承受垂直于地面的法向反力G（称为附着重力）成正比。

Fϕ=Gϕ式中，ϕ称为附着系数，其值与轮胎的类型及地面的性质有关；附着重力G则是汽车总重力G_a分配到驱动轮上的部分。

由此可知，附着力限制了驱动力的发挥，其表达式为

F_t≤Fϕ

此式称为汽车行驶的附着条件。

在冰雪或泥泞地面上，由于附着力很小，汽车的驱动力受到附着力的限制而不能克服较大的阻力，导致汽车减速甚至不能前进。即使加大节气门开度或换入低速档，车轮也只会滑转而驱动力仍不能增大。为了增加车轮在冰雪地面的附着力，可采用特殊花纹轮胎、镶钉轮胎或普通轮胎上绕装防滑链，以提高其对冰雪的抓着能力。非全轮驱动汽车的附着重力只是分配到驱动轮上的那部分汽车总重力；而全轮驱动汽车的附着重力则是全车的总重力，因而其附着力较前者显著增大。

4.路面制动力与附着力的关系

汽车制动时，制动器对车轮施加制动力矩，通过车轮与路面间的附着作用，车轮即对路面施加一个向前的制动周缘力，同时路面也对车轮作用一个向后的切向反力，即制动力F_B。同汽车在正常行驶中路面作用于车轮的驱动力一样，制动力也不可能超过车轮与路面间的附着力Fϕ，即

F_B≤Fϕ=Gϕ式中，G为车轮对路面的垂直载荷；ϕ为轮胎与路面间的附着系数。

车轮上的制动力F_B一旦达到了附着力Fϕ的数值，车轮即完全停止旋转（车轮被抱死），只是沿路面作纯滑移。这时，即使进一步加大制动系统促动管路压力，以进一步加大制动器的制动力矩（此时表现为静摩擦力矩），制动力F_B也不会再随之增大。

在附着条件许可的情况下，希望制动力尽可能大，以期获得尽可能大的汽车减速度。但制动力大到等于附着力，以致车轮抱死滑移，也不一定能收到预期的最佳效果。