汽车行驶中几个力的概念纠偏

汽车行驶中几个力的概念纠偏

本文内容较长，摘要如下：

汽车行驶受力中有三个虚拟和两个物理（真实）的力：虚拟的：驱动力（牵引力）、加速阻力与滚动阻力；物理的：空气阻力，坡道阻力。驱动力与总行驶阻力平衡，驱动力是虚拟的力，其值大于路面对驱动轮的静摩擦力而不是相等。

一、汽车力平衡方程中所有阻力等效在行驶方向

总行驶阻力F＝滚动阻力＋空气阻力＋加速阻力〈含平动与转动加速〉＋坡道阻力………（1），

这一公式用了非惯性参考系，其中加速阻力为惯性力（虚拟的力），滚动阻力宏观上为路面对轮胎的支撑力，该支撑力方向与行驶方向垂直，影响表现为对轮胎的阻力矩，在公式（1）中虚拟化为平动运动方向的阻力。故公式右边有两个虚拟的力，两个物理的力。而作为总阻力的F自然也是个虚拟的力，方向与车的运动方向平行（其中滚动阻力，空气阻力，坡道阻力（上坡），加速阻力（加速度＞0）与车平动方向相反，坡道阻力（下坡），加速阻力（加速度＜0）与车平动方向相同）。

注意以上所有的力都等效在车的平动方向。

二、驱动力是虚拟的而不是物理的力

一些文章认为汽车驱动力（牵引力）宏观表现为路面对驱动轮的切向静摩擦力，是真实存在的物理力。这一说法不正确，后轮受静摩擦力是物理力不假，但它没有包含克服滚动阻力和转动加速阻力所需部分。

实际上，发动机是驱动力的源，发动机转矩要克服上面所有的阻力而做功，宏观表现是1.驱动传动部件及车轮转动，2.借助地面静摩擦力驱动整车平动。

下面是各力（力矩）的物理分析：1.驱动轮所受路面静摩擦力是驱动整车平动的力〈同时阻碍驱动轮转动〉；从动轮所受路面静摩擦力驱动其转动，阻碍其平动。2.空气阻力，平动加速阻力阻碍整车平动，转动加速阻力阻碍车轮等转动，坡道阻力（假定上坡）阻碍整车平动。3.滚动阻力阻碍所有车轮转动。

注意到还差一个最重要的力（力矩）一一驱动驱动轮转动的力矩，那就是发动机产生并通过传动系统传递到驱动轮上的力矩M，该力矩使1）车轮转动，2）借助路面被动产生的静摩擦力，驱动整车平动。等效的驱动力

F驱（虚拟的力）=力矩M÷驱动轮半径 ………（2）

F驱＝F ………（3）。

三、驱动力与驱动轮所受静摩擦力的关系

分析水平方向物理力（非虚拟的力）的平衡：路面给车有从动能受到的向后的静摩擦力f1和驱动轮受到的向前的静摩擦力f2。

f2-f1=空气阻力＋坡道阻力＋加速阻力（平动），即两轮静摩擦力差用于克服各平动阻力驱动整车平动。结合（3）式，有

f2-f1=F驱-滚动阻力-转动加速阻力………（4）

即驱动轮受的静摩擦力不包括克服滚动阻力和转动加速阻力部分。

如果车均速前行，前轮滚阻力矩＝前轮静摩擦力矩，f1＝前轮静摩擦力矩／前轮半径＝前轮滚动阻力，则驱动轮所受静摩擦力＝F驱-滚动阻力+前轮滚动阻力－转动加速阻力

即f2＝F驱-后轮滚动阻力-转动加速阻力。