汽车在行进过程中一定会受到来自各个方面的行驶阻力。汽车等速行驶时要克服来自轮胎-地面的滚动阻力和来自空气的空气阻力。在加速或爬坡时就需额外克服加速阻力爬坡阻力。因此,汽车行驶的总阻力为
ƩF=Ff+Fw+Fi+Fj
1. 滚动阻力
车轮在滚动过程中,车轮与路面的接触区域产生法向和切向的相互作用力以及相应的轮胎和支撑路面的变形。轮胎和支撑路面的刚度决定了变形的特点。当弹性轮胎在硬朗的路面时,轮胎的变形是主要的。此时由于轮胎的内部摩擦产生的弹性迟滞,使轮胎变形时对它作的功不能全部收回。
以实际轮胎为例,接触地面的一面,法线前为加载变形区,此区域处于变形阶段。法线后为卸载变形区,此区域处于恢复变形的阶段。加载变形区地面反作用力对轮胎作的功大于轮胎恢复变形时放出的功。所以加载过程中与卸载过程之间有能量损失,此能量系消耗在轮胎内部组成部分相互间的摩擦以及橡胶、帘线等物质分子间的摩擦,最后转化为热量而消失在大气中。这种损失为弹性物质的迟滞损失。
进一步分析可知,这种迟滞损失其实是阻碍车轮滚动的一种阻力偶,当车轮滚动时,在法线前后相对应的点如d和d,变形虽然相同,但由于迟滞损失,处于压缩的前部受到的地面法向反作用力大于恢复过程的地面法向反作用力(也可以这么理解,由于迟滞损失使得法线后部轮胎在恢复变形时恢复的较慢,这样前后与地面的接触面积不对称,就造成了前后受力不同,前部受力大于后部受力)。这样就使地面法线反作用力前后分布不均匀,而使它们的合力Fz相对于法线前移力一个距离a,它随着弹性迟滞的增大而变大,合外力Fz与法向载荷W大小相等,方向相反。
如果将Fz平移到与车轮法线重合,则车轮在硬路面上滚动时就有了滚动力偶矩Tf=Fza阻碍车轮滚动。
若使得车轮等速行驶必须有一推力Fp1与地面的切向外作用力构成一力偶矩来克服滚动阻力偶矩。由平衡条件得
Fp1r=Tf
→Fp1=Tf/r=Fz(a/r)
另f=a/r,又Fz=W,则Fp1=Wf或f=Fp1/W。式中f称为滚动阻力系数,可见滚动阻力系数是车轮在一定条件下滚动时所需推力与车轮负荷之比,即单位汽车重力所需推力,换言之,滚动阻力系数Ff等于滚动阻力系数与车轮负荷之乘积。
Ff=Wf
滚动阻力系数f与路面种类,行驶车速以及轮胎构造、材料、气压等有关。其实对于汽车性能