汽車行駛過程中輪胎與地面的摩擦力研究

1、汽車行駛過程中輪胎與地面的摩擦力研究 摘要：汽車在行駛的過程，輪胎不斷與地面進(jìn)行接觸進(jìn)而產(chǎn)生了摩擦力，并影響到汽車行駛的方向、速度等?；诖?，本文針對(duì)汽車汽車在平直公路上正常行駛時(shí)、剎車時(shí)以及轉(zhuǎn)彎時(shí)所受的摩擦力進(jìn)行分析，進(jìn)而具體描述了輪胎在汽車行駛中所產(chǎn)生的作用及影響。 關(guān)鍵詞：汽車；輪胎；摩擦力 引言： 在行駛時(shí)，輪胎與地面進(jìn)行摩擦，這是一種必然的物理現(xiàn)象。摩擦在生活中處處可見，摩擦力對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了阻礙，但是在汽車的行駛過程中，卻又扮演著動(dòng)力的角色，針對(duì)汽車行駛的不同階段，汽車輪胎與地面的摩擦力可以大致分為三種類型。 1.平直公路上正常行駛時(shí)所受的摩擦力 汽車在平直的公路上行駛時(shí)，主要分

2、為以下三個(gè)階段，即啟動(dòng)、加速、勻速等，這這是哪個(gè)階段內(nèi)，汽車會(huì)受到相同方向的摩擦力。所謂摩擦力，就是指互相接觸的物體在進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)或者是具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，所產(chǎn)生的一種阻礙物體間運(yùn)動(dòng)及運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力。在汽車的行駛過程中，主動(dòng)輪使汽車輪胎與地面產(chǎn)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)是由汽車發(fā)動(dòng)機(jī)所提供的驅(qū)動(dòng)力。汽車的動(dòng)力主要依靠后輪作為主動(dòng)輪，行駛的過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)能，使得主動(dòng)輪順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。一旦地面光滑度較高，就會(huì)令輪胎在原地打轉(zhuǎn)，不能有效行駛，而地面具有摩擦力，才會(huì)使地面對(duì)車輪產(chǎn)生阻礙車輪向后滑動(dòng)的摩擦力，這樣才能使得汽車向前行駛。 相較于主動(dòng)輪，從動(dòng)輪就是不提供動(dòng)力，不輸出功率以及扭矩的輪。從動(dòng)輪受

3、到地面的力是向后的，所以產(chǎn)生了阻力。從動(dòng)輪由于主動(dòng)輪的作用，才向前被推動(dòng)。與主動(dòng)輪相比，當(dāng)從動(dòng)輪形式的地面是光滑的，那么從動(dòng)輪與地面接觸的點(diǎn)就會(huì)相較于地面有前進(jìn)趨勢(shì)，反之地面粗糙，則會(huì)產(chǎn)生向后的摩擦力，并且這種力的方向不通過軸心，所以這個(gè)力是滾動(dòng)摩擦力1。滾動(dòng)摩擦力是一種阻礙滾動(dòng)的力，也正是由于這種力的作用，才使得從動(dòng)輪向后被動(dòng)地進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，推進(jìn)汽車行駛。 2.剎車時(shí)所受的摩擦力 剎車是汽車行駛最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，也是對(duì)駕駛者以及行人安全的保障。汽車剎車過程中，所受到的力是地面向后的摩擦力，摩擦力產(chǎn)生作用的位置與地面津貼，所以相對(duì)于汽車整體的重心有一個(gè)力矩，讓汽車向前翻轉(zhuǎn)按，但是由于地面支撐力對(duì)它來

4、說又有一個(gè)向后翻轉(zhuǎn)的力矩，抵消了向前翻轉(zhuǎn)的力矩，使得汽車并不會(huì)在剎車時(shí)發(fā)生翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象。汽車剎車時(shí)，前輪對(duì)地面的壓力是大于后輪的，即前輪受到支撐力也是比后輪大的。在物理學(xué)中可以知道，摩擦力越大，壓力也就越大，故而剎車過程中前輪由于摩擦力大于后輪，則前輪的制動(dòng)能力也較強(qiáng)，前輪的剎車裝置必須具有較強(qiáng)大的制動(dòng)力矩。但是汽車的主動(dòng)輪也配備剎車裝置，這是由于一旦只有前輪具備剎車裝置，就會(huì)出現(xiàn)慣性導(dǎo)致的翻車現(xiàn)象。所以一般汽車剎車時(shí)都會(huì)采取前后輪制動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行。緊急剎車會(huì)導(dǎo)致輪胎抱死，輪胎抱死會(huì)使得汽車的附著能力、穩(wěn)定性以及操控性受到影響，這時(shí)由于滑動(dòng)摩擦力極小，會(huì)造成危險(xiǎn)。關(guān)于把控汽車剎車抱死現(xiàn)象，可以采取裝

5、備ABS技術(shù)，ABS即制動(dòng)防抱死系統(tǒng)，有效對(duì)汽車制動(dòng)時(shí)制動(dòng)力的大小進(jìn)行控制，保證車輪和地面的附著力在最大值。這一技術(shù)在20世紀(jì)初期就已經(jīng)開始研制，但是推廣是在20世紀(jì)末，為汽車安全性能的提升做出了貢獻(xiàn)。 3.轉(zhuǎn)彎時(shí)所受的摩擦力 除了剎車和平直行駛，汽車還在轉(zhuǎn)彎時(shí)受到較為復(fù)雜的摩擦力。汽車的轉(zhuǎn)彎過程中，車輪受到驅(qū)動(dòng)力的作用，與地面形成的摩擦力是靜摩擦力。靜摩擦力和汽車在前進(jìn)方向上是相同的，這一摩擦力還為汽車的前進(jìn)提供了一種動(dòng)力。汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，運(yùn)動(dòng)是路線不再是直線，這時(shí)會(huì)產(chǎn)生向心力。但是由于汽車行駛過程中受力的不同以及做轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)各個(gè)輪胎位置差異，所以汽車的內(nèi)側(cè)、外側(cè)輪胎也受到了不同的向心力。汽車在轉(zhuǎn)

6、彎時(shí)受到的向心力是靜摩擦力的一個(gè)法相分力。汽車受到制動(dòng)并且不受驅(qū)動(dòng)力的影響時(shí)，汽車就會(huì)沿著切線的方向減速，這時(shí)受到的阻力來源就主要是自身的制動(dòng)系統(tǒng)提供的阻力以及地面的摩擦力。汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，向心力來自于靜摩擦力，故而物體的運(yùn)動(dòng)速度與向心力呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，這時(shí)摩擦力的增強(qiáng)也就使得汽車實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。車速越大，輪胎與地面的摩擦力越大，轉(zhuǎn)彎所需的向心力比可以提供最大的靜摩擦力要大，汽車就會(huì)進(jìn)行離心運(yùn)動(dòng)了。 4.輪胎對(duì)汽車行駛的影響 輪胎對(duì)于汽車行駛的影響主要就體現(xiàn)在摩擦力作用下，輪胎的性能影響汽車運(yùn)行主要分為五個(gè)部分：一是影響汽車制動(dòng)性，作為剎車最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，汽車制動(dòng)性也是汽車主動(dòng)安全性評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)之一2。

7、汽車制動(dòng)性受到輪胎磨損程度、花紋深度等影響，輪胎一旦磨損情況較嚴(yán)重，就會(huì)對(duì)安全駕駛造成威脅；二是影響汽車的抓地性，汽車之友輪胎是直接接觸地面的，所以輪胎影響汽車穩(wěn)定，輪胎的氣壓、主要材料以及結(jié)構(gòu)，都會(huì)對(duì)汽車抓地性能造成影響；三是影響汽車的排水，輪胎花紋是輪胎排水的主要基礎(chǔ)，排水不良會(huì)導(dǎo)致對(duì)汽車的控制能力降低，胎面排水主要有兩種設(shè)計(jì)方式，在輪胎中央形成大排水溝或是將輪胎胎面設(shè)計(jì)成萬戶側(cè)溝；四是輪胎花紋對(duì)于汽車行駛的意義，花紋在胎面和切向力的作用之下產(chǎn)生彈性變形，從而促進(jìn)對(duì)車體的控制；五是輪胎的扁平率，即輪胎高度與寬度之間的比例，車輪胎越寬，與地面接觸面積越大，所受到的摩擦力也就越大，反之同理，所以增強(qiáng)車輛的穩(wěn)定性以及可操控性的最簡單辦法就是增加輪胎的內(nèi)徑。這樣還可以防止由于爆胎而產(chǎn)生的影響，一旦發(fā)生爆胎，坍塌的幅度也由于面積較大而變小。 結(jié)論： 汽車行駛時(shí)產(chǎn)生的摩擦力不僅在汽車行駛方面可以起到作用，在汽車剎車時(shí)更是為汽車的前后輪提供向后的阻力，可以有效地進(jìn)行停車。摩擦力在汽車的行駛以及快速制動(dòng)方面，都具有著極其重要的作用，輪胎也成為汽車行駛最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。 參考文獻(xiàn)： 1李泓宇.汽車安全行駛，誰最給“力”淺談摩擦力在汽車