汽车轮胎抓地力与滚动阻力的关系

维权骑士品牌馆|科技 2019-08-22 02:13

老司机(包括自行车司机)都知道要给轮胎打气,这样跑得快还省油省力,但是气不能打太满,胎压太高了不仅车身的震动会变大(这个不是车震)、舒适性变差、车轮的抓地力不够,容易爆胎出事。有人说胎压相当于人的血压,太高太低都不好,从安全和车胎寿命角度看,这样说也对。

胎压如血压,过高过低都有害学过高中物理的朋友都明白,滚动摩擦相当于静摩擦,而老司机也知道胎压越低滚动阻力就越大,那么滚动摩擦力、静摩擦力与滚动阻力三者之间到底是什么关系?它们只是名字不同吗?本文为你详细分析。

什么是滚动阻力?车轮在向前滚动的过程中是有阻力的,这意味着它不可能一直滚下去,你不加油门它总有一刻会停下来。滚动阻力是什么?它是如何起作用的?我们先从翻箱子说起,这样可以更直观一些。

在翻滚正方体箱子时的受力情况设箱子的重力为G;我们以箱子的一角O点为支点推动其翻滚,O点在翻滚的过程中与地面瞬时相对速度为0,因此我们称O为瞬心;推动箱子的力为P。由此我们可以看出,箱子滚动的阻力是G·e。当箱子处于稳态时,G·e的值最大,意味着滚动阻力最大;随着箱子的翻滚,力臂e越来越小,滚动阻力也越来越小;当箱子的重心越过瞬心O时,e为0,滚动阻力为0;之后我们不再需要对箱子施加推力,它就可以再次达到稳定状态。在此过程中,滚动摩擦力f是保持瞬心O位置的力,它与N和摩擦系数有关。轮子不是方的,它是圆的。所以我们需要以圆形来分析车轮滚动过程的受力情况:

从方形、12边形到圆的滚动受力情况上图中P为推进滚动的力,G为重力,N为重力G的反作用力,f是摩擦力,O是瞬心,e是N在P作用下从原始作用点O'向瞬心过渡的偏移量,h是P到瞬心O的力臂。(注意:h不是圆的半径;瞬心是O而不是O',在轮子滚动过程中,接触点O是瞬时不动点,而O'是动点)。由图我们可以看出,轮子受到的滚动阻力与它的重力G以及偏移量e相关,滚动阻力就是G·e。轮子与路面的刚性越大,气越足、车越轻,轮子就越圆,e的长度就越小,滚动阻力就越小。反之,在车重不变的情况下,如果胎压不足,轮胎就会瘪下去一点,或路面比较软,O'与瞬心O的距离e就越大,滚动阻力G·e就越大。

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