第四节 了解汽车的行驶原理

汽车要想行驶，必须要有来自地面外力的推动，这一外力就是驱动力。驱动力用来克服汽车行驶中的各种阻力，使汽车产生运动。

一、汽车驱动力是如何产生的

汽车驱动力是汽车行驶时，由地面提供给驱动轮的克服各种行驶阻力来推动汽车前进的作用力。汽车驱动力的产生原理如图1-23所示，汽车行驶时，发动机的输出转矩经由传动系的离合器、变速器、主减速器施加一个驱动力矩至驱动轮上，力图使驱动轮旋转，并与地面作用产生了推动汽车行驶的驱动力F_t。驱动力的数值与发动机的转矩、传动系的参数和车轮滚动半径有关，发动机输出的转矩越大、变速器档位越低、传动系统效率越高、车轮半径越小，则可能产生的驱动力越大。这就是车辆爬坡时要用低速档的原因。

图1-23 汽车驱动力产生原理

二、汽车行驶阻力有哪些

汽车行驶过程中，阻止汽车前进的阻力有滚动阻力、空气阻力、坡度阻力和加速阻力四种，这些阻力合称为行驶阻力。

1.滚动阻力

滚动阻力是车轮在路面滚动时，轮胎与路面之间的相互作用和相应变形所产生的阻力。

滚动阻力与路面条件、轮胎结构、轮胎气压、汽车质量、行驶车速等都有关系。汽车在硬路面上行驶时，路面状况越好，轮胎气压适当高些，车轮滚动时的变形越小，滚动阻力越小；汽车总质量越小，行驶车速越低，车轮滚动时的变形越小，滚动阻力越小；子午线轮胎在相同条件下比普通斜交轮胎滚动阻力小。滚动阻力与车轮的滚动紧密相连，在汽车中低速运行时，是行驶阻力的主要部分。

2.空气阻力

汽车行驶时，由于汽车与空气的相对运动，汽车要挤开周围的空气，车身前部受到气流压力，而车身后部因空气涡流产生负压，如图1-24所示，这样汽车前后形成压力差，此外还存在着空气与汽车表面之间的摩擦，再加上冷却发动机、室内通风以及汽车外部表面凸起零件引起的气流干扰等，就形成了空气阻力。

空气阻力主要与汽车的外部形状、正面投影面积、汽车的运动速度有关。汽车流线形越理想、迎风面积越小，空气阻力越小。空气阻力与汽车运动速度的平方成正比，汽车高速行驶时，空气阻力显著增加，是汽车行驶阻力的主要部分，发动机大部分功率都消耗在空气阻力上；而当车速小于30km/h时，空气阻力较小，可以忽略不计。

图1-24 汽车行驶时的空气流动

3.坡度阻力

汽车上坡行驶时，需要克服汽车重力沿坡道方向的分力，这个力就是坡度阻力，如图1-25所示。坡度阻力的大小取决于汽车的总质量和道路的坡度角，汽车的总质量越大、道路坡度越陡，坡度阻力就越大。

4.加速阻力

汽车加速行驶时，需要改变原来的匀速状态，由于汽车质量具有保持原有状态的惯性，相当于给汽车加了一个阻力，这就是加速阻力，它是克服汽车质量加速运动时的惯性力。加速阻力的大小主要与汽车的总质量、旋转质量和加速度有关。其总质量、旋转质量、加速度越大，则加速阻力就越大。

图1-25 汽车的坡度阻力

提示：汽车行驶阻力与汽车的运动状态有关，低速行驶时，滚动阻力占绝大部分；高速行驶时，空气阻力占主导地位；坡度阻力在上坡时表现为阻力，在下坡时表现为助力；加速阻力在加速时表现为阻力，在减速时表现为助力。

三、汽车怎样才能正常行驶

1.汽车行驶的必备条件

当路面的接触强度足够时，汽车的起步与行驶状态取决于驱动力与阻力（滚动阻力、空气阻力、坡度阻力）的关系。汽车行驶的必备条件是：驱动力必须大于或等于滚动阻力、空气阻力、坡度阻力之和。

2.汽车行驶的附着条件

有了汽车行驶的必备条件，汽车还不一定能够行驶，如松软路面或建筑工地上有时会见到汽车驱动轮陷入泥坑，驱动轮相对地面产生滑转，汽车不能行驶的现象，驾驶人采用猛踩加速踏板的方法，力图增大汽车驱动力，其结果只能使驱动轮加速旋转，汽车仍不能行驶。这种现象说明，地面作用在驱动轮上的切向反力，受地面接触强度的限制，并不能随意增大。汽车行驶除满足驱动的必备条件外，还要满足地面接触强度提供的条件，汽车才能正常行驶，即汽车的驱动力必须小于或等于附着力，否则驱动轮会滑转，汽车不能正常行驶。

可见，只有当汽车的驱动力大于或等于滚动阻力、空气阻力、坡度阻力之和，同时小于或等于附着力时，汽车才能正常行驶。

提示：路面提供的实际驱动力首先取决于汽车能输出的动力，同时还受路面附着条件的限制。汽车克服阻力的能力越大，路面附着条件越好，汽车越容易正常行驶。