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牵引力

地面对车轮的水平力

考虑一辆汽车,一对轮子是主动轮,另一对轮子是从动轮。具有一定的初速度,在水平路面上向前滑行。空气阻力忽略。那么地面对主动轮、从动轮的水平力方向如何?

汽车作为一个整体,包括发动机、传动系统在内,受到竖直方向两个力:重力、支持力,水平方向两个力:地面对主动轮的水平作用力、地面对从动轮的水平作用力。汽车滑行时,减速运动,加速度向后,合力向后。所以水平方向两个力的合力应该向后。没有传动系统的控制,主动轮跟从动轮处于相同的条件。所以,两个水平作用力都是向后。为下面讨论的方便,假设重心离主动轮轴较近一些,地面对主动轮水平力是向后600牛,对从动轮水平力是向后400牛,合力等于向后1000牛。

现在,发动机工作,带动汽车行驶。发生什么变化呢?汽车作为整体,水平方向仍然受两个力。从动轮所处的条件跟原来一样,所以水平力仍然向后,大小仍然是400牛。对于发动机功率的不同数值,受传动系统控制的影响,地面对主动轮的水平力可以取多样的数值:

  1. 向前700牛。这意味着,合力等于向前的700牛减去向后的400牛,等于向前300牛。汽车向前加速运动。
  2. 向前400牛。这意味着,合力等于向前的400牛减去向后的400牛,等于零。汽车向前匀速运动。
  3. 向前100牛。这意味着,合力等于向后300牛。汽车向前减速运动。加速度绝对值比滑行时小一些。
  4. 零。这意味着,合力等于向后400牛。
  5. 向后100牛。这意味着,合力等于向后500牛。

总之,汽车向前行驶时,从动轮受到的水平力总是向后的,(依功率由大到小)主动轮受到的水平作用力,可以向前、为零、向后。

汽车受到的“阻力”

在前面的例子中,汽车滑行时,受到的阻力等于1000牛。从动轮和主动轮受到的向后的力,是1000牛。

汽车在发动机带动下行驶时,受到的“阻力”也等于1000牛。这可以说是依据一个定义:在发动机带动下行驶时的“阻力”等于滑行时的阻力。从动轮和主动轮受到的向后的力,并不是1000牛。

汽车受到的“阻力”,往往不是地面对轮子向后的力。

地面对汽车主动轮作用力的变化量

  1. 地面对主动轮的水平力,由向后600牛变为向前700牛,变化量是向前1300牛。
  2. 地面对主动轮的水平力,由向后600牛变为向前400牛,变化量是向前1000牛。
  3. 地面对主动轮的水平力,由向后600牛变为向前100牛,变化量是向前700牛。
  4. 地面对主动轮的水平力,由向后600牛变为零,变化量是向前600牛。
  5. 地面对主动轮的水平力,由向后600牛变为向后100牛,变化量是向前500牛。

汽车受到的“牵引力”

按照定义,“牵引力”跟“阻力”的合力,就是汽车受到的合力。

  1. 由阻力向后1000牛,合力向前300牛,得出牵引力是向前1300牛。
  2. 由阻力向后1000牛,合力为零,得出牵引力是向前1000牛。
  3. 由阻力向后1000牛,合力向后300牛,得出牵引力是向前700牛。
  4. 由阻力向后1000牛,合力向后400牛,得出牵引力是向前600牛。
  5. 由阻力向后1000牛,合力向后500牛,得出牵引力是向前500牛。

汽车受到的“牵引力”,不是地面对主动轮的水平力。

牵引力跟地面对主动轮水平力的变化量

现在我们自然地得到结论,牵引力就是地面对主动轮路面方向作用力的变化量。这个结论,对于空气阻力不可忽略的情况,对于四轮驱动的情况,应该都是成立的。

The end.

Forces on wheels and fuel consumption in cars

牵引力.txt · Last modified: 2018/04/08 16:18 by minglang