汽车运动中轮胎力学问题与研究

刘峻恺

（绥中县利伟高级中学 125200)

汽车运动中轮胎力学问题与研究

刘峻恺

（绥中县利伟高级中学 125200)

在汽车生产制造流程中，从设计研发、组装到出厂的每一个环节都需要力学的支持。本文主要对汽车的发展历史进行了简述，分析了现有汽车的基本性能，介绍了汽车工程中的几个至关重要的力学理论，主要包括汽车轮胎力学、行驶稳定性分析、驱动与阻力、振动与噪声等。通过这些分析充分认识到力学在汽车工程中的重要性，并对汽车工程中需要进一步关注的力学问题进行了展望。

汽车工程；力学问题

1 汽车工程发展的基本历史

华夏民族在黄帝时期就有使用车辆的记载，后来马车的出现，在我国交通运输历史上发挥了重要作用。1796年，法国工程师发明了第一辆三轮汽车，该汽车可以借助自身动力前行。1886年，德国卡尔本茨发明了以汽油为前进动力的新型汽车，这是当前所有汽车的雏形。自从有了汽车以来，整个人类社会的交通运输变得更加快捷，人们的出行也较以往更加方便。到目前为止，中国现有的各种类型的汽车保有量较10年前大约增长了35%，汽车开始成为普通的生产生活工具。

在汽车的构成中，主要分为4大部分，发动机、车身、底盘和电气设备。发动机驱动车辆前进。车身是车辆的整体外部结构，主要是为驾驶员、乘客提供乘坐空间。底盘一般包括传统系统、行驶系统、转向系统和制动系统。电气设备则包括了常见的起动装置和照明系统等。随着科学技术的发展和人们对出行安全舒适的要求，发动机和电气系统在汽车工程中占据着越来越重要的位置[1]。

2 汽车工程中的主要力学问题

2.1 汽车前进的动力来源—轮胎力学

轮胎和道路相互作用形成的界面提供了汽车运动和操纵所需要的所有力和力矩。轮胎在发动机的牵引力下，使汽车加速、减速、转向和制动等。对整辆车来说，轮胎与地面间产生的摩擦力是系统仿真中的关键点，如果能对这个力进行准确的计算和掌握，也有助于对整个车辆动力学进行很好的分析。为了更加深入的认识轮胎与地面的摩擦力，这就需要建立准确的模型进行分析。建模过程中，通常将轮胎平面与地面交线的中心处，划分成X（沿着轮胎滚动前行的方向）Y（轮胎轮轴在前行道路平面上产生的投影线）Z（道路平面的垂线）三个轴线，从理论上讲，这样划分有助于保证坐标系统符合右手坐标系统的原则，也便于对各种受力进行分析。

2.2 汽车行驶的稳定性

在分析车辆的运动受力过程中，需要涉及到纵向速度、纵向加速度、侧向加速度、质心侧偏角等，这些因素都必须进行准确的计算与评判。汽车行驶过程中的稳定性分析主要就是分析车辆整体设计是否合理，与空气等产生的阻力是否能有效抵消，以及其他的力是否在可调控范围之内。通过准确的受力分析，可以有针对性的进行优化设计，从而提升汽车行驶过程中的稳定性。

2.3 汽车的驱动与阻力分析

所有的汽车如果能够不断加速和保持连续向前的运动，就必须具备一定的驱动力和附着条件。通过模拟实验可知，驱动力并非只由发动机转矩和车轮半径决定，在一定程度上也会受到轮胎与地面附着条件的制约。汽车在正常行驶过程中，会受到各种阻力的作用，包括滚动阻力、空气阻力和上坡阻力，滚动阻力主要是由于车轮滚动时轮胎与地面接触产生摩擦而引起的，空气阻力主要是整个车身在前行中与空气产生反方向的作用，上坡阻力是整个车身的重力沿坡道的分力。

2.4 汽车的振动与噪声

随着汽车消费市场的扩大，汽车的平顺性开始受到广泛关注，汽车在行驶中的振动主要来自于发动机、传动系统和底盘等。常见的汽车噪声有发动机噪声、排气噪声和轮胎噪声等。隔音主要是通过优化隔振弹性元件的刚度和阻力匹配达到阻隔振动传递路径的目的。另一个主要的振动来源就是车辆行驶路面的凹凸不平引起车辆自身的颠簸，随着公路建设的日渐完善，这方面的振动影响会逐渐降低[2]。

3 结束语

随着我国经济实力的不断上升，汽车保有量将持续增加，通过对汽车工程相关力学等问题的研究，可以更好的助力我国由汽车大国向汽车强国迈进，进一步提高我国自主研制汽车的质量，逐步提升我国汽车在国际、国内两个市场上的占有率。

[1]郭晖.“汽车服务工程”专业改革背景下的“材料力学”课程改革思路[J].教育现代化,2017,4(09):36-37.

[2]李晓妮,向宇,陆静.“汽车”特色的工程力学专业人才培养[J].教育教学论坛,2012,(38):177-178.

U472.8文献标示码：A

刘峻恺，绥中县利伟高级中学，研究方向为汽车电子技术。