一、滚动阻力
轮胎变形
硬路面上
产生滚动阻力的主要原因 软路面上
思考
轮胎变形和路面变形
轮胎变形为什么会产生滚动阻力？
轮胎的迟滞损失：轮胎在加载变形时所消耗的能量在卸 载恢复时不能完全收回，一部分能量消耗在轮胎内部摩擦 损失上，产生热量，这种损失称为轮胎的迟滞损失。
n
加载变形区 n ' 卸载变形区
思
由轮胎的迟滞损失图看，在轮胎径向变形相同的情况下，
fz
（）轮胎结构
➢子午线轮胎比斜交轮胎的滚动阻力小～％； ➢滚动阻力与轮胎的帘线（棉、人造丝、尼龙、钢丝） 和橡胶品质有关。
（）气压
➢气压越高，轮胎变形及由其产生的迟滞损失就越小， 滚动阻力也越小。
（）驱动力
思考
为什么驱动力系数很大时，气压越低 越小？
胎面滑移
接地面积 胎面滑移 滑移引起的
考
地面作用在加载变形区与卸载变形区的法向反力是否相等？
）从动轮受力分析
ua
n W
FZ
F p1
’
C
A
D
ua
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d d' FX1
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F
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Tf FZa
Fp1r Tf
Fp1
Tf r
FZ
a r
令 fa
r
—滚动阻力系数
Fp1 Wf
f Fp1 W
Ff Wf
Ff
Tf r
ua
r
ua
n
W
FZ
F p1
a
FX1
n' n
W
F p1
பைடு நூலகம்
FZ
Tf
FX1
n'
）驱动轮受力分析
FX2rTt FZa
Tt Tf
FX2
Tt r
Tf r
Ft Ff
ua
Tt
FX2 F Z
W
F p2
a
r
➢即路面作用于驱动轮的切向力比要小。
）影响的因素
（）车速 高大
货车
轿车
f f0f11ua00f41ua004
轮胎模型是汽车动力学研究的难点
• 目前还没有如此完备的轮胎模型 • 目前在车轮动力学研究中使用的三类轮胎
模型 • 轮胎纵滑模型：主要用于汽车动力性、制
动性能研究 • 轮胎侧偏模型：主要用于操纵稳定性研究 • 轮胎垂直振动模型：主要用于研究
轮胎的纵向力学特性
• 一、滚动阻力 • 二、轮胎的附着性能
环形跑道（视频）
（注意观察弯道的倾斜情况）
.影响纵向力系数的因素
（）路面
表 各种路面的平均附着系数
路面
峰值附着系数 滑动附着系数
沥青或混凝土路面
～
沥青（湿）
～
思考
上高速公路前要检查胎压，在给定的胎压范围内，胎 压适当高一些好还是低一些好？
胎压高 轮胎变形小 迟 滞损失少 小
胎压低 滑移小 小
思考
在高速公路上，轮胎变形产生的滚动阻力 大还是滑移产生的滚动阻力大？
上高速公路时，轮胎气压应该适当高一些。 在松软路面、泥泞路面、雪地行驶时，可适当降低轮胎气压。
地面对轮胎的反作用力沿坐标系轴的 分量
地面对轮胎的反作用力沿坐标系轴的 分量 地面对轮胎反作用力绕轴产生的力矩 地面对轮胎反作用力绕轴产生的力矩
地面对轮胎反作用力绕轴产生的力矩
纵向滑移率 侧偏角 经向变形 车轮外倾角 车轮转速 前轮转向角
轮胎 模型
纵向力 侧向力 法向力 侧倾力矩 滚动助力矩 回正力矩
承载能力（）
负荷指数（）
承载能力（）
承载能力（）
承载能力（）
轮胎的变形参数与六分力
轮胎的状态参数：前轮转角、外倾角、转速 轮胎的变形参数：滑移率、侧偏角、经向变形
轮胎六分力
符号
Fx
Fy
Fz Tx
Ty
Tz
名称
纵向力
测向力
法向力
侧倾力矩 滚动阻力矩
回正力矩
意义
地面对轮胎的反作用力眼坐标系轴的 分量
）纵向力系数大，地面纵向力大，制动距离短； ）侧向力系数大，地面可作用于车轮的侧向力大， 方向稳定性好； ）减轻轮胎磨损。
➢由 b 、 l 与 之间的关系可知，当滑动率 时，
l 0.1，即地面能产生的侧向力很小。
➢如果汽车直线行驶，在侧向外力作用下，容易发生侧滑； ➢如果汽车转向行驶，地面提供的侧向力不能满足转向的需 要，将会失去转向能力。
由轮胎
与土壤之 间的粘着 性所致
（）路面条件
表 滚动阻力系数 的数值
路面类型
滚动阻力系数
良好的沥青或混凝土路面
一般的沥青或混凝土路面
碎石路面
良好的卵石路面
坑洼的卵石路面
压紧土路
干燥的
雨后的
泥泞土路（雨季或解冻期）
干沙
湿沙
结冰路面
压紧的雪道
（）转向
离心力 前、后轮产生侧偏力 侧偏力沿行驶方向产生分力 滚动阻力增加
思考
什么情况下汽车会受到侧向外力的作用？
车身受到侧向风作用 路面侧倾
汽车转向行驶
➢为什么弯道要有一定的侧倾角？ ➢向内倾还是向外倾？ ➢倾角的大小依什么而定？
FY
FY
➢平地转向时，离心力由地面侧向力平衡。
当汽车在倾斜弯道转向时，离心力可由重力的分力平衡。
➢弯道内倾，可以减小所需的地面侧向力；倾角依道路 转弯半径和设计车速而定。
滑动率的计算
uw rw
rr0w uδ
uδ uwrr0w
s uδ 100%
uw
r
uw rr0w 100%
uw
w
uw
uδ
rr0
O（速度瞬心）
滑动率的计算
uw rw
rr0w uδ
uδ uwrr0w
s uδ 100% uw
纯滚动时 δ ， ； 纯滑动时 ω，
u w δ， ；
边滚边滑时 < <。
uw rr0w 100%
大家好
第一章 汽车轮胎力学 与空气动力学
同济大学 汽车学院 朱西产 教授
第一节 轮胎力学
轮胎的基本知识
速度标记 负荷指数 轮辋直径 （） 轮胎型号（为子午 线，为斜交胎） 扁平率（） 轮胎宽度
➢轮胎的扁 平率：表征 轮胎的胎面 高度与宽度 的比值（百 分比）。
速度标记
速度标记（） 最高车速（） 速度标记（） 最高车速（）
uw
.纵向力系数 与b 滑动率
纵向力系数：地 面纵向力与作用在 车轮上的垂直载荷 的比值。
b
FX b FZ
峰值附着系数
滑动附着系数
～
纵向力系数随 滑动率而变化
.侧向力系数 l
侧向力系数：地面 作用于车轮的侧向力 与车轮垂直载荷之比。
l
FY FZ
侧向力系数也 随滑动率而变化
➢（防抱死制动系统）将制动时的滑动率控制在～ 之间，有如下优点：
二、轮胎的附着性能
车轮接近纯滚动
uw rr0w
车轮边滚边滑
uw rr0w
车轮抱死拖滑
uwrr0w w 0
.滑动率
➢从制动过程的三个阶段看，随着制动强度的增加，车 轮几何中心的运动速度因滚动而产生的部分越来越少，因 滑动而产生的部分越来越多。 滑动率：车轮接地处的滑动速度与车轮中心运动速度的 比值。 ➢滑动率的数值说明了车轮运动中滑动成分所占的比例。