Question

简述汽车的行驶阻力有哪些,并写出汽车的行驶方程？

Answer 1

汽车的行驶阻力包括滚动阻力、空气阻力、坡度阻力和加速阻力。

Answer 2

汽车行驶的阻力主要包含：轮胎阻力，空气阻力，坡度阻力和加速阻力。

轮胎阻力
轮胎阻力一般由滚动阻力，路面阻力和滑动阻力构成。

下图完美的解释了滚动阻力是如何产生的：

图中，Tr为驱动扭矩，Gr为承载重力，R为支撑力，Fu为驱动力，rdyn是轮胎动态半径。可以观察到，因为轮胎运行时与地面接触面压力不均匀，支撑力作用点与轮胎轴心不在一个横向坐标上，由此得到

当驱动力为0时，公式变为

这里面 -Fu其实和滚动阻力相同，而支撑力R则取决于路面的坡度，当坡度为 [公式] 时，轮胎阻力等于滚动阻力就变为

其中 [公式] ，就是滚动摩擦系数。简单的理解，轮胎滚动时克服的阻力来源于与地面接触面的不均匀压力。

实际计算中，可以用到下表的滚动摩擦系数。

空气阻力
汽车运动中的空气阻力是由前后的压力差，汽车表面阻力以及穿过汽车内部气流阻力构成的。

空气阻力很大程度上和汽车与空气的相对速度相关，假设相对速度为 [公式] ，那么阻力可以表述为动态压力，汽车最大横截面积以及阻力系数的乘积：

其中动态压力为1/2 ρL v2， A是最大横截面积，Cw为阻力系数，由车身设计决定。

可以看出，汽车行驶中的空气阻力和速度呈指数相关，速度越大，阻力越大。

下表给出常见车型的横截面积和阻力系数：

坡度阻力
坡度阻力是最容易理解的阻力，与坡度的大小和车身重量直接相关，这里直接给公式：

FSt = mF g sinαSt

加速阻力
谈论加速阻力的时候，我们通常会直观的想到车身重量与汽车加速度的乘积，往往会忽略掉汽车内部转动惯量，而这部分代表的加速阻力完全不能被忽视。

正确的加速阻力计算公式为：

其中Fa是加速阻力Jred,i 为汽车内部转动部分惯量，rdyn是车轮动态半径。

加速阻力计算公式又可以表述为：

其中 [公式] 为转动惯量系数。值得注意的是，变速箱挡位不同的时候，转动惯量系数会相应的变化，比如一挡时可能为3，最高档可能为1.1。

把上面这些阻力加起来，就是汽车行驶过程中的阻力。我们谈到车辆性能时，往往提到爬坡能力，零到百公里，零到60公里，最高时速等，都与汽车行驶阻力相关，这些性能结合车身重量等因素，可以定义出动力总成的最大功率，进而进行动力总成设计。传动系统作为实现功率传输的部件，受这些性能的也就是行驶阻力的很大影响。