汽车行驶的基本原理
我们知道汽车要运动,就必须有克服各种阻力的驱动力,也就是说,汽车在行驶中所需要的功率和能量是取决于它的行驶阻力。
因此,我们首先要了解的就是阻力。有些人大概会问了,我们只要给汽车装个大功率的发动机就好了,还用得着管它什么阻力么?如果是这样就会面临几个问题:1、究竟多大功率的发动机才可以呢?没有一个对比参照物,我们如何确定我们需要多大功率呢;2、汽车的设计是先设计了汽车的总成,比如底盘,车体等等的部分之后,才设计和选用发动机的,如果不知道这部汽车将面对的阻力,那么我们根本没办法设计出实用的汽车;3、就算有了非常大功率的发动机(足够可否任何在地面行驶时的阻力),并且已经装上了合适的车体,在使用中也会因为行驶性、油耗,排放,保养,维修等问题而使你无法正常使用它。由此可见,我们要了解汽车的动力性,首先就是要知道我们所遇阻力有哪些。
一般,汽车的行驶阻力可以分为稳定行驶阻力和动态行驶阻力。
稳定行驶阻力包括了车轮阻力、空气阻力以及坡度阻力。
1、车轮阻力
我们所说的车轮阻力其实是由轮胎的滚动阻力、路面阻力还有轮胎侧偏引起的阻力所构成。
当汽车在行驶时会使得轮胎变形,而不是一直保持静止时的圆形,而由于轮胎本身的橡胶和内部的空气都具有弹性,因此在轮胎滚动是会使得轮胎反复经历压缩和伸展的过程,由此产生了阻尼功,即变形阻力。经过试验表明,当汽车超过45m/s(162km/h)时轮胎变形阻力就会急剧增加,这不仅要求有更高的动力,对轮胎本身也是极大的考验。而轮胎在路面行驶时,胎面与地面之间存在着纵向和横向的相对局部滑动,还有车轮轴承内部也会有相对运动,因此又会有摩擦阻力产生。由于我们是被空气所包围的,只要是运动的物体就会受到空气阻力的影响。这三种阻力:变形阻力、摩擦阻力还有轮胎空气阻力的总和便是轮胎的滚动阻力了。在40m/s(144km/h)以下的速度范围内,变形阻力占了轮胎的滚动阻力的90%-95%,摩擦阻力占2%-10%,而轮胎空气阻力所占的比率极小。
而路面阻力就是轮胎在各种路面上的滚动阻力,由于各种路面不同,而产生的阻力也不同,在这里就不详细研究了。还有便是轮胎侧偏引起的阻力,这是由于车轮的运动方向与受到的侧向力产生了夹角而产生的。
2、空气阻力
汽车在行驶时,需要挤开周围的空气,汽车前面受气流压力并且形成
热能百分之40转换成机械能,燃油经过火花塞点燃,活塞膨胀旋转,带动齿轮,变速箱,传动轴到车轮滚动
静止的汽车如要运动,必须克服四种阻力。
(1)滚动阻力:滚动阻力主要是轮胎和地面之间由于汽车的重力的作用产生相对变形所引起的。阻力的大小,汽车的总重量,轮胎的结构和气压,路面的等级和好坏有直接关系。
(2)空气阻力:空气阻力是由于汽车在运动中表面与空气摩擦,车身前部迎面气流的压力和后部空气涡流造成的真空度所形成的。阻力的大小,与汽车的迎面正投影面积、流线型程度,行驶速度等有关。其中速度影响最大。当车速达到50公里/小时时,发动机功率的30呖左右用于克服空气阻力,80公里川、时,发动机几乎一半消耗在风阻上。所以,中速行驶,汽车最省油,风力和风向也影响风阻的数值。
(3)上坡阻力:上坡阻力取决于汽车的总重量和坡度的大小。汽车的总重量及道路的坡度大,上坡的阻力大,反之,阻力就小。下坡时相反,成为汽车的推动力。
(4)惯性阻力:惯性阻力只是在汽车变速运动时才会产生。根据惯性原理,汽车加速行驶时,惯性阻力与行驶方向相反,当汽车减速时,贮存的动能又力图保持原有的速度,向前滑行。为了克服上述的汽车行驶阻力,必须对汽车施加一个推动力,使之得以按照要求行驶。汽车发动机通过传动系将扭力传递到后轮,在后轮的边缘与地面接触的部分产生驱动汽车前进的力,即牵引力,当牵引力与汽车行驶总阻力相等时,汽车等速(匀速)行驶。牵引力大于总阻力,汽车加速行驶,小于总阻力,减速行驶。所以,加速或减速,完全由牵引力大小来决定。