汽車運動中輪胎力學問題與研究

劉峻愷

（綏中縣利偉高級中學 125200)

汽車運動中輪胎力學問題與研究

劉峻愷

（綏中縣利偉高級中學 125200)

在汽車生產制造流程中，從設計研發、組裝到出廠的每一個環節都需要力學的支持。本文主要對汽車的發展歷史進行了簡述，分析了現有汽車的基本性能，介紹了汽車工程中的幾個至關重要的力學理論，主要包括汽車輪胎力學、行駛穩定性分析、驅動與阻力、振動與噪聲等。通過這些分析充分認識到力學在汽車工程中的重要性，并對汽車工程中需要進一步關注的力學問題進行了展望。

汽車工程；力學問題

1 汽車工程發展的基本歷史

華夏民族在黃帝時期就有使用車輛的記載，后來馬車的出現，在我國交通運輸歷史上發揮了重要作用。1796年，法國工程師發明了第一輛三輪汽車，該汽車可以借助自身動力前行。1886年，德國卡爾本茨發明了以汽油為前進動力的新型汽車，這是當前所有汽車的雛形。自從有了汽車以來，整個人類社會的交通運輸變得更加快捷，人們的出行也較以往更加方便。到目前為止，中國現有的各種類型的汽車保有量較10年前大約增長了35%，汽車開始成為普通的生產生活工具。

在汽車的構成中，主要分為4大部分，發動機、車身、底盤和電氣設備。發動機驅動車輛前進。車身是車輛的整體外部結構，主要是為駕駛員、乘客提供乘坐空間。底盤一般包括傳統系統、行駛系統、轉向系統和制動系統。電氣設備則包括了常見的起動裝置和照明系統等。隨著科學技術的發展和人們對出行安全舒適的要求，發動機和電氣系統在汽車工程中占據著越來越重要的位置[1]。

2 汽車工程中的主要力學問題

2.1 汽車前進的動力來源—輪胎力學

輪胎和道路相互作用形成的界面提供了汽車運動和操縱所需要的所有力和力矩。輪胎在發動機的牽引力下，使汽車加速、減速、轉向和制動等。對整輛車來說，輪胎與地面間產生的摩擦力是系統仿真中的關鍵點，如果能對這個力進行準確的計算和掌握，也有助于對整個車輛動力學進行很好的分析。為了更加深入的認識輪胎與地面的摩擦力，這就需要建立準確的模型進行分析。建模過程中，通常將輪胎平面與地面交線的中心處，劃分成X（沿著輪胎滾動前行的方向）Y（輪胎輪軸在前行道路平面上產生的投影線）Z（道路平面的垂線）三個軸線，從理論上講，這樣劃分有助于保證坐標系統符合右手坐標系統的原則，也便于對各種受力進行分析。

2.2 汽車行駛的穩定性

在分析車輛的運動受力過程中，需要涉及到縱向速度、縱向加速度、側向加速度、質心側偏角等，這些因素都必須進行準確的計算與評判。汽車行駛過程中的穩定性分析主要就是分析車輛整體設計是否合理，與空氣等產生的阻力是否能有效抵消，以及其他的力是否在可調控范圍之內。通過準確的受力分析，可以有針對性的進行優化設計，從而提升汽車行駛過程中的穩定性。

2.3 汽車的驅動與阻力分析

所有的汽車如果能夠不斷加速和保持連續向前的運動，就必須具備一定的驅動力和附著條件。通過模擬實驗可知，驅動力并非只由發動機轉矩和車輪半徑決定，在一定程度上也會受到輪胎與地面附著條件的制約。汽車在正常行駛過程中，會受到各種阻力的作用，包括滾動阻力、空氣阻力和上坡阻力，滾動阻力主要是由于車輪滾動時輪胎與地面接觸產生摩擦而引起的，空氣阻力主要是整個車身在前行中與空氣產生反方向的作用，上坡阻力是整個車身的重力沿坡道的分力。

2.4 汽車的振動與噪聲

隨著汽車消費市場的擴大，汽車的平順性開始受到廣泛關注，汽車在行駛中的振動主要來自于發動機、傳動系統和底盤等。常見的汽車噪聲有發動機噪聲、排氣噪聲和輪胎噪聲等。隔音主要是通過優化隔振彈性元件的剛度和阻力匹配達到阻隔振動傳遞路徑的目的。另一個主要的振動來源就是車輛行駛路面的凹凸不平引起車輛自身的顛簸，隨著公路建設的日漸完善，這方面的振動影響會逐漸降低[2]。

3 結束語

隨著我國經濟實力的不斷上升，汽車保有量將持續增加，通過對汽車工程相關力學等問題的研究，可以更好的助力我國由汽車大國向汽車強國邁進，進一步提高我國自主研制汽車的質量，逐步提升我國汽車在國際、國內兩個市場上的占有率。

[1]郭暉.“汽車服務工程”專業改革背景下的“材料力學”課程改革思路[J].教育現代化,2017,4(09):36-37.

[2]李曉妮,向宇,陸靜.“汽車”特色的工程力學專業人才培養[J].教育教學論壇,2012,(38):177-178.

U472.8文獻標示碼：A

劉峻愷，綏中縣利偉高級中學，研究方向為汽車電子技術。