硬核汽车理论(四)：汽车的滚动阻力研究

在上一篇文章中，我们了解到汽车的运动离不开驱动力，与此同时，汽车在行驶过程中不可避免的也会受到行驶阻力。

在正常行驶中，汽车的轮胎不可避免的会受到滚动阻力Ff，只要汽车运动一定会受到空气阻力Fw，当汽车加速的时候，一定还会受到汽车的加速阻力Fj，当汽车上坡的时候，汽车上坡的受力方向会有一个分力，我们称其为坡度阻力Fi。

把这四个阻力加起来，就可以得到汽车的总行驶阻力：

其中滚动阻力和空气阻力是固然存在的，而加速阻力只有在加速的时候才存在，上坡阻力只有在上坡的时候才存在，我们首先来探讨一下滚动阻力：如果汽车在较为柔软的路面上行驶，轮胎和路面都会有比较明显的变形，如果在较为硬的混凝土路面上行驶，轮胎变形的较多。无论在那种路面，轮胎与地面接触的法向和切向接触面都会使轮胎发生变形，根据轮胎力学测量表示，轮胎加载过程中受力的曲线总是位于卸载过程中受力曲线的上方。这表明，要使轮胎产生相同状态的形变，加载过程中的力要大于卸载过程的力。而图中的面积则表示轮胎形变所产生的的能量，这个能量是加载和卸载过程中损失的能量，直接表现为轮胎的发热。

这就是轮胎变形的弹性迟滞损失产生滚动阻力的原理。

我们接下来以从动轮为例，详细分析一下滚动阻力的作用机理：

假设车轮向左滚动，车轮受到的法线载荷为W，车轮向前滚动，车轮中心必然受到Fp1,同时从动轮还会收到阻力Fx1，在法线的左侧存在加载变形区d，在右侧存在卸载变形区d'，

根据之前的分析，绘制出弹性迟滞损失图：

绘制出每一个微圆上的作用力，大致状态如下：

作用力的合力并不在圆的中心，而是更偏向运动方向，这个合力就是轮胎给地面的法向力Fz，他的大小和载荷W是相等的，W和Fz的距离用a来表示，为了使得Fz和W在一个位置，从而减小距离a，我们会引入滚动阻力扭矩来抵消这段距离：

那我们对上述进行简化：

由上述公式表面，车轮在一定条件下滚动时所需推力与车轮负荷之比，分析行驶阻力，只需考虑滚动阻力，而不必考虑滚动阻力偶矩。

在下一篇文章中，我们将通过科学的方法来研究出那种轮胎更适合我们的日常使用。