[科普中国]-汽车运行阻力-

汽车运行阻力包括滚动阻力、加速阻力、坡度阻力、空气阻力。其中滚动阻力和空气阻力是在任何行驶条件下均存在的，而坡度阻力和加速阻力仅在一定行驶条件下存在，例如在水平道路上等速行驶时就没有坡度阻力和加速阻力。

简述汽车运行阻力由4部分构成：滚动阻力、加速阻力、坡度阻力、空气阻力。

汽车在水平道路上等速行驶时，必须克服来自地面的滚动阻力和来自空气的空气阻力。当汽车在坡道上上坡行驶时，还必须克服重力沿坡道的分力，称为坡度阻力。汽车加速行驶时还需要克服加速阻力。

上述诸阻力中，滚动阻力和空气阻力是在任何行驶条件下均存在的，坡度阻力和加速阻力仅在一定行驶条件下存在，在水平道路上等速行驶时就没有坡度阻力和加速阻力。1

滚动阻力成因车轮滚动时，轮胎与路面的接触区域产生法向、切向的相互作用力以及相应的轮胎和支承路面的变形，轮胎和支承面的相对刚度决定了变形的特点。当弹性轮胎在硬路面(混凝土路、沥青路)上滚动时，轮胎的变形是主要的，此时由于轮胎有内部摩擦产生弹性迟滞损失，使轮胎变形时对它作的功不能全部回收。正是轮胎的这种弹性迟滞损失造成了滚动阻力。2

影响因素在实际中，不会直接应用滚动阻力，而是用滚动阻力系数f来表征滚动阻力的大小，在轮胎所受的法向力等条件相等的情况下，滚动阻力系数f越大，则滚动阻力就越大。影响滚动阻力系数f的因素较多，比如：路面的种类、行驶车速以及轮胎的构造、材料、气压等。2

加速阻力汽车加速行驶时，克服其质量加速运动时的惯性力，这就是加速阻力Fj。加速阻力包括平移质量的惯性力和旋转质量的惯性力偶矩，为了便于计算，一般把旋转质量的惯性力偶矩转化为平移质量的惯性力。2

坡度阻力汽车重力沿坡道的分力Fi表现为汽车坡度阻力，如图1所示。

根据我国的公路路线设计规范，高速公路平原微丘区最大纵坡为3%，山岭重丘区为5%；一级汽车专用公路平原微丘区最大坡度为4%，山岭重丘区为6%；一般四级公路平原微丘区为5%，山岭重丘区为9%。所以，一般道路的坡度均较小。2

空气阻力定义汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向的分力称为空气阻力。

组成空气阻力分为压力阻力与摩擦阻力两部分。作用在汽车外形表面上的法向压力的合力在行驶方向的分力，称为压力阻力(如图2所示)；摩擦阻力是由于空气的粘性在车身表面产生的切向力的合力在行驶方向的分力。

压力阻力又分为四部分：形状阻力、干扰阻力、内循环阻力和诱导阻力。形状阻力占压力阻力的大部分，与车身主体形状有很大关系；干扰阻力是车身表面突起物(如后视镜、门把、引水槽、悬架导向杆、驱动轴等)引起的阻力；发动机冷却系、车身通风等所需空气流经车体内部时构成的阻力，即为内循环阻力；诱导阻力是空气升力在水平方向的投影。

在一般轿车中，这几部分阻力的大致比例为：形状阻力占58%，干扰阻力占14%，内循环阻力占12%，诱导阻力占7%，摩擦阻力占9%。1

减小空气阻力的方法减小空气阻力对于提高汽车的动力性、燃油经济性都有重要作用。

（1）设计合理的车身形状

合理地车身形状对于减小汽车的空气阻力具有重要作用，现代车身空气动力学工程师认为，低空气阻力系数值的轿车车身应遵循下列要点：

①车身前部

发动机盖应向前下倾。面与面交接处的棱角应为圆柱状。风窗玻璃应尽可能“躺平”且与车顶圆滑过渡。前支柱应圆滑，侧窗应与车身相平。尽量减少灯、后视镜等凸出物，凸出物的形状应接近流线型。在保险杠下面的前面，应装有合适的扰流板。车轮盖应与轮胎相平。

②整车

整个车身应向前倾斜1°~2°，水平投影应为“腰鼓”形，后端稍稍收缩，前端呈半圆形。

③汽车后部

最好采用舱背式(hatch back)或直背式(fast back)。应有后扰流板。若用折背式(notch back)，则行李箱盖板至地面距离应高些，长度要短些，后面应有鸭尾式结构。

④车身底部

所有零部件应在车身下平面内且较平整，最好有平滑的盖板盖住底部。盖板从车身中部或由后轮以后向上稍稍升高。

⑤发动机冷却进风系统

仔细选择进风口与出风口的位置，应有高效率的冷却水箱、精心设计的内部风道。

⑥加装导流罩

对于货车与半挂车，在驾驶室顶部加装导流罩，可以减小空气阻力，改善燃油经济性。

（2）汽车加装尾翼

汽车在行驶过程中阻力可分为纵向、侧向和垂直上升3个方面的作用。其中升力是由于气流通过汽车上下面时流速不同而产生压力差造成的，升力会使汽车产生向上浮起的趋势，一方面导致轮胎与地面的接触载荷减小，另一方面导致悬架几何学特性发生变化，所以升力通常导致汽车的操纵稳定性变差。

汽车尾翼的作用，就是在汽车高速行驶时，使空气阻力形成一个向下的压力，尽量抵消升力，从而提高行驶的稳定性。

汽车尾翼形状尺寸是经过设计师精确计算而确定的，不宜过大也不宜过小，不然反而会增加轿车的行车阻力或起不到应有的作用。1

本词条内容贡献者为:

张磊 - 副教授 - 西南大学