汽车在道路上行驶的过程中，需要克服各种阻力，这些阻力有滚动阻力F_f，空气阻力F_w，坡度阻力F_i，加速阻力F_j。因此，汽车行驶的总阻力为

∑F=F_f＋F_w＋F_i＋F_j

上述各种阻力中，来自地面的滚动阻力和来自空气的空气阻力是在任何行驶条件下均存在的，坡度阻力当汽车在坡道上行驶时存在，加速阻力在汽车加速行驶时存在。

1.滚动阻力

车轮滚动时，轮胎与路面的接触区域产生法向、切向的相互作用力及相应的轮胎和支撑路面的变形。轮胎和支撑路面的相对刚度决定了变形的特点。当弹性轮胎在硬路面上滚动时，轮胎的变形是主要的。此时由于轮胎有内部摩擦产生弹性迟滞损失，使轮胎变形时对它做的功不能全部回收。

图2-6为9.00-20汽车轮胎^[1]在①硬支撑路面上受径向载荷时的变形曲线。由图可知，轮胎的加载变形曲线与卸载变形曲线并不重合，两曲线与横轴组成的面积之差即为加载与卸载过程的能量损失。此能量消耗在轮胎各组成部分相互间的摩擦及橡胶、帘线等物质的分子间的摩擦，最后转化为热能而消失在大气中。这种损失称为弹性物质的迟滞损失。

轮胎的这种迟滞损失表现为阻碍车轮滚动的一种阻力偶。当车轮不滚动时，地面对车轮的法向反作用力的分布是前后对称的；但当车轮滚动时，在法线n－n′前后相对应点d和d′变形虽然相同（见图2-7a），但由于弹性迟滞现象，处于压缩过程的前部d点的地面法向反作用力就会大于处于恢复过程的后部d′点的地面法向反作用力。这样就使地面法向反作用力的分布前后并不对称，而使他们的合力F_Z相对于法线n－n′向前移了一个距离a，如图2-7b所示，它随弹性迟滞损失的增大而变大。合力F_Z与法向载荷G大小相等，方向相反。

图2-6 9.00-20汽车轮胎的径向变形曲线

如果将法向反作用力F_Z平移至与通过车轮中心的垂线重合，则从动轮在硬路面上滚动的受力情况如图2-7c所示，即滚动时有滚动阻力偶矩M_f=F_Za阻碍车轮滚动。

图2-7 从动轮在路面上滚动时的受力情况

从图2-7中可知，欲使从动轮在硬路上等速滚动，必须在车轮中心加一推力F_p1，它与地面切向反作用力构成一力偶矩来克服上述滚动阻力偶矩。由平衡条件得

若令，且考虑到F_Z与汽车重力G的大小相等，常将F_p1写作

式中 f——滚动阻力系数。

可见，滚动阻力系数是车轮在一定条件下滚动时所需的推力与车轮负荷之比，即单位汽车重力所需的推力，即

F_f=Gf （2-5）

滚动阻力系数由试验确定。滚动阻力系数与路面种类、行驶车速以及轮胎的性质等因素有关。

（1）路面种类 不同路面其表面的平整度、形状和刚度均不相同，其滚动阻力系数相差很大。表2-2给出了汽车在某些路面上以中、低速行驶时，滚动阻力系数的大致数值。

表2-2 滚动阻力系数f的数值

（2）行驶车速 行驶车速对滚动阻力系数有很大影响。在车速达到某一临界车速（如200km/h左右）时，滚动阻力迅速增长，此时轮胎发生驻波现象，轮胎周缘不再是圆形而呈明显的波浪状。出现驻波后，不但滚动阻力显著增加，轮胎的温度也很快增加到100℃以上，胎面与轮胎帘布层脱落，几分钟内就会出现爆破现象，这对高速行驶的车辆是一件很危险的事情。

（3）轮胎的性质 轮胎的结构、帘线和橡胶的品种，对滚动阻力都有影响。轮胎的充气压力对滚动阻力系数的影响很大，气压降低时，轮胎的滚动阻力系数迅速增加。子午线轮胎的滚动阻力系数较低。

2.空气阻力

汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力称为空气阻力。空气阻力分为压力阻力与摩擦阻力两部分。作用在汽车外形表面上的法向压力的合力在行驶方向上的分力，称为压力阻力；摩擦阻力是由于空气的黏性在车身表面产生的切向力的合力在行驶方向上的分力。

压力阻力又分为形状阻力、干扰阻力、内循环阻力和诱导阻力四部分。形状阻力所占的比例大致为58％，它与车身主体形状有很大关系；干扰阻力占的比例大致为14％，它是车身表面突起物（如后视镜、门把、引水槽、悬架导向杆、驱动轴等）引起的阻力；内循环阻力占的比例大致为12％，它是发动机冷却系、车身通风等所需空气流经车体内部时构成的阻力；诱导阻力所占的比例大致为7％，它是空气升力在水平方向的投影。

在汽车行驶范围内，空气阻力的数值通常都总结成与气流相对速度的动压力成正例的形式，即

式中 C_D——空气阻力系数，应是雷诺数Re的函数，在车速较高、动压力较高而相应气体的黏性摩擦较小时，C_D将不随雷诺数的变化而变化；

ρ——空气密度；

A——迎风面积，即汽车行驶方向的投影面积（m²）；

u_r——相对速度，在无风时即汽车的行驶速度（m/s）；

n——随车速变化的指数，当u_r＜1m/s时，n=1，当1＜u_r＜330m/s时，n=2，当(www.daowen.com)

u_r＞330m/s时，n=3；汽车行驶相对速度为1＜u_r＜330，所以n=2。

一般只讨论在无风条件下汽车的运动，u_r即为汽车行驶速度u_a。如果u_a以km/h、A以m²计，则空气阻力为

式（2-6）表明，空气阻力是与空气阻力系数C_D和迎风面积A成正比的，想要降低空气阻力，可以从这两方面入手。但是迎风面积受到乘坐使用空间的限制不易进一步减小，所以降低空气阻力系数C_D是降低空气阻力的主要手段。降低C_D主要从车身和发动机冷却进风系统进行改进。不少货车和半挂车的牵引车驾驶室上已装用了导流板等装置，以减小空气阻力、节省燃油。

值得指出的是，汽车的C_D值实际上随着车身的离地距离、俯仰角及侧向风的大小而变化。一般给出的是额定载荷下（如轿车为半载），无侧向风时的空气阻力值。表2-3列举了一些汽车的空气阻力系数C_D和迎风面积A的数据。

表2-3 一些汽车的空气阻力系数与迎风面积

3.坡度阻力

当汽车上坡行驶时，如图2-8所示，汽车重力沿坡道的分力表现为汽车坡度阻力，即

F_i=Gsinα （2-7）

式中 G——作用于汽车上的重力，G=mg，m为汽车质量，g为重力加速度。

图2-8 汽车的坡度阻力

路的坡度是以坡高与底长之比来表示的，即

根据JTGD20—2006《公路路线设计规范》，高速公路平原微丘区最大纵坡为3％，山岭重丘区为5％；一级汽车专用公路平原微丘区最大坡度为4％，山岭重丘区为6％；一般四级公路平原微丘区为5％，山岭重丘区为9％。所以，一般道路的坡度均较小，此时

sinα≈tanα=i故

F_i=Gsinα≈Gtanα=Gi （2-8）

在坡度大时，近似等式有一定误差，坡度阻力应按式（2-7）计算。上坡时垂直于坡道路面上的汽车重力分力为Gcosα，故汽车在坡道上行驶时的滚动阻力为F_f=Gfcosα。由于坡度阻力和滚动阻力均属于与道路有关的阻力，而且均与汽车重力成正比，故可把这两种阻力合在一起称作道路阻力，以F_ψ表示，即

F_ψ=F_f＋F_i=Gfcosα＋Gsinα当α不大时，cosα≈1，sinα≈i，则

F_ψ=Gf＋Gi=G（f＋i）令f＋i=ψ，ψ称为道路阻力系数，则

F_ψ=Gψ （2-9）

4.加速阻力

汽车加速行驶时，需要克服其质量加速运动时的惯性力，就是加速阻力F_j。汽车的质量分为平移质量和旋转质量两部分。加速时，不仅平移质量产生惯性力，旋转质量也要产生惯性力矩。为便于计算，一般把旋转质量的惯性力偶矩转化为平移质量惯性力，对于固定传动比的汽车，常以系数δ作为计入旋转质量惯性力偶矩后的汽车旋转质量转换系数，因此汽车加速时的阻力可表示为

式中 δ——旋转质量换算系数，δ＞1；

m——汽车质量（kg）；——行驶加速度（m/s²）。

δ主要与飞轮的转动惯量、车轮的转动惯量以及传动系的传动比有关，其他的影响可以忽略。δ可以按照下式进行计算

式中 I_w——车轮的转动惯量（kg·m²）；

I_f——飞轮的转动惯量（kg·m²）；

i₀——主传动比；

i_g——变速器的速比。