第一章 地面－轮胎力学

问题回顾 汽车六大性能: 1.计算汽车的通过性时，满载还是空载？ 2.发动机与轮胎的受力是什么关系？

第一节 概 述 轮胎是连接汽车车身与道路的唯一部件，其基本职能是支承车辆重量、传递驱动和制动力矩，吸振以及保证转向稳定性。汽车的运动依赖于轮胎所受的力。 轮胎力学是研究轮胎受力、变形和运动响应之间关系的，它的主要任务是建立精确实用的数学模型，描述轮胎的力学特性。

第二节 软路面的物理机械特性 一、松软路面给车辆的土壤推力 Fx——土壤推力(剪切力) A——驱动轮胎的接地面积 c——土壤的粘聚系数 第二节 软路面的物理机械特性 一、松软路面给车辆的土壤推力 Fx——土壤推力(剪切力) A——驱动轮胎的接地面积 c——土壤的粘聚系数 最大土壤推力（剪切力 ） 地面对驱动轮的切向反作用力 土壤的剪切应力与剪切变形的关系曲线

二、车辆在松软路面上的土壤阻力 车辆在松软的路面上行驶时，轮胎对土壤的压实和推移将产生压实阻力和推土阻力，而充气轮胎的变形将引起弹滞损耗阻力。 充气轮胎在不同的土壤条件下的滚动描述

若松软土壤对滚动的刚性从动轮的反作用力是径向的。则作用于车轴上的压实土壤阻力 1、刚性车轮滚动时的土壤阻力 若松软土壤对滚动的刚性从动轮的反作用力是径向的。则作用于车轴上的压实土壤阻力 刚性车轮滚动时的受力图

推土阻力 其中 刚性车轮滚动时的土壤阻力

2.充气轮胎的土壤阻力 弹性轮胎滚动时的土壤压实阻力 弹滞损耗阻力 充气轮胎滚动时的土壤阻力

第三节 作用在车轮上的力和力矩 滚动阻力矩 地面反作用力纵向分力 地面反作用力侧向分力 一、轮胎坐标系

二、轮胎六分力 在轮胎坐标系中，地面作用在轮胎上的主要力和力矩有：（在轮胎坐标系中已标注） 纵向力F x －地面切向反作用力沿x轴的分量； 侧向力F y －地面切向反作用力沿y轴的分量； 地面法向反作用力F z ； 翻转力矩 M x －地面反作用力绕x轴的力矩； 滚动阻力矩M y －地面反作用力绕y轴的力矩； 回正力矩M z －地面反作用力绕z轴的力矩。

滚动阻力是由于弹性轮胎的内摩擦、地面变形的阻尼（软路面）以及轮胎与地面间的弹性变形和局部的滑移等造成的。 第四节 轮胎的纵向力学特性 一、滚动阻力 滚动阻力是由于弹性轮胎的内摩擦、地面变形的阻尼（软路面）以及轮胎与地面间的弹性变形和局部的滑移等造成的。

轮胎径向变形曲线

轮胎内部摩擦产生迟滞损失，这种损失表现为阻碍车轮运动的阻力偶。

滚动阻力系数 车轮在一定条件下，滚动所需要推力Fp1与负荷W1之比，即单位重力的推力： 滚动阻力无法在受力图上画出，它是一个数值，在受力图上它是切向反力。

f 的影响因素 1. 速度ua对 f 的影响 2.充气压力对 f 的影响 气压 ， f

轿车轮胎的滚动阻力以及滚动阻力系数与行驶车速以及充气压力的关系曲线

3. 轮胎的结构、材料、帘线对f 的影响也很大。子午线轮胎 f 小，天然橡胶 f 低。

表2-5 车轮滚动阻力系数 路面类型 滚动阻力系数 沥青或混凝土路面（新） 沥青或混凝土路面（磨旧） 碎石路面 卵石路面（平） 表2-5 车轮滚动阻力系数 路面类型 滚动阻力系数 沥青或混凝土路面（新） 沥青或混凝土路面（磨旧） 碎石路面 卵石路面（平） 卵石路面（坑洼） 压实土路（干燥） 0.010~0.018 0.018~0.020 0.020~0.025 0.035~0.030 0.035~0.050 0.025~0.035 压实土路（雨后） 泥泞土路(雨季或解冻期) 干砂 湿砂 结冰路面 压实雪道 0.050~0.150 0.100~0.250 0.100~0.300 0.060~0.150 0.015~0.030 0.030~0.050

二、穿水阻力 穿水阻力是排挤水层而增加的滚动阻力 C为比例常数；b为轮胎的宽度；u为汽车的行驶车速；n为幂指数，当水层厚度大于0.5mm时，幂指数近似等于1.6

三、前束阻力 前束阻力：车轮的前束角造成 ，用以消除偶然外力冲击保持直线行驶的一种能力。

四、纵向附着系数 纵向附着系数影响因素： 纵向附着系数定义：纵向力与垂直载荷的比值 滑动率：（实际速度-理论速度）/实际速度 纯滚动、纯滑动(拖滑)、边滚边滑 纵向附着系数影响因素： 路面：材料、路面状况 轮胎：轮胎结构、材料、花纹、新旧程度、气压 轮胎与路面：受力、相互运动状态路况好,则纵向附着系数大;车速越低,则纵向附着系数大.

第五节 轮胎的侧偏特性

一、轮胎的侧偏现象 汽车在行驶过程中，由于路面的侧向倾斜、侧向风或者在作曲线行驶时离心力的作用下，车轮中心沿Y轴方向将作用有侧向力 ， 相应的在地面上产生地面侧向反作用力， 也称为侧偏力。

原因 概念

回正力矩

二、影响轮胎侧偏特性的主要因素 1.轮胎的结构 2.轮胎垂直载荷 3.轮胎的充气压力 4.路面的种类以及状态 5.汽车的行驶速度 6.轮胎外倾角

三、纵向力和侧向力的关系 附着力摩擦椭圆 地面切向反作用力与轮胎侧偏特性的关系

本次课小节及课后思考题 主要内容小节： 1轮胎的六分力（重点、需掌握） 2. 轮胎的纵向力学特性（重点、难点、需掌握） 3.掌握轮胎的侧偏特性（重点、难点、需掌握） 4. 轮胎阻力的形成（难点、了解） 课后思考题： 总结轮胎六分力形成机理及各自的影响因素