图2-3所示为作用于车辆驱动轮上受力的示意图，电动汽车的电机输出轴输出转矩M，经过减速齿轮传动，传到驱动轴上的转矩T_t，使驱动轮与地面之间产生相互作用，车轮与地面作用一圆周力F₀，同时，地面对驱动轮产生反作用力F_t。F_t与F₀大小相等、方向相反，F_t方向与驱动轮前进方向一致，是推动汽车前进的外力，定义为电动汽车的驱动力。

由力的平衡关系可知

式中，i_g为变速器传动比；i₀为主减速比；η为传动系统的机械传动效率；r_d为车轮半径。

图2-4所示为作用于上坡行驶车辆上的各种力。作用于驱动轮的轮胎和路面之间接触面上的总牵引力∑F_t=F_tf+F_tr，推动车辆向前运动。

该作用力由动力装置的转矩产生，通过传动装置传递，最终驱动车轮。当车辆运动时，将受到阻碍其运动的阻力作用。该阻力通常包括轮胎滚动阻力F_r、空气阻力F_w、爬坡阻力F_g和加速阻力F_j。因此，汽车行驶的总阻力为

图2-3 车辆驱动轮受力情况

图2-4 作用于车辆上的力

上述诸阻力中，滚动阻力F_r和空气阻力F_w是在任何条件下都存在的，而爬坡阻力F_g和加速阻力F_j仅在一定行驶条件下存在。在水平道路上等速行驶时就没有坡度阻力和加速阻力。

依据牛顿第二运动定律，车辆的加速度可描述为

式中，v为车辆速度；∑F_t为车辆的总牵引力；∑F为总阻力；M为车辆的总质量；δ为车辆动力系统中表征旋转组件效应的质量系数。式（2-1）表明车辆的速度和加速度取决于牵引力、阻力和车辆的质量。如图2-4所示，与车辆运动方向相反的车辆阻力包括轮胎阻力（在图中，表现为滚动阻力矩T_rf和T_rr），空气阻力F_w，以及爬坡阻力F_g（图中的Gsinα项）。

1.滚动阻力

车辆在硬地面上时，轮胎的滚动阻力基本起因于轮胎材料的滞变作用。它是在轮胎滚动时，由于轮胎胎壳挠曲所产生的作用，导致地面反作用力的不对称分布。如图2-5a所示，接触面前半部分的压力大于后半部分，这一现象导致了地面反作用力向前偏移，该向前偏移的地面反作用力和作用于车轮中心、铅垂方向的载荷产生了一个抵制车轮转动的转矩。设取同一变形δ，如图2-5b所示压缩时的受力为CF，恢复时受力为DF，CF大于DF。这样就使得地面法向反作用力的分布前后不对称，其合力F_Z相对于法线n—n′向前移了一个距离a（图2-5c），它随弹性迟滞损失的增大而变大，其大小与法向载荷W相等。将法向反作用力F_Z平移至与通过车轮中心的垂线重合，如图2-5d所示，则滚动时有滚动阻力偶矩T_f=F_Za阻碍车轮滚动。从图2-5d可知，欲使车轮在路面上等速滚动，必须在车轮中心加一个推力F_p1，它与地面切向反作用力构成力偶矩来克服T_f。

图2-5 不同路面轮胎的变形与受力

由平衡条件，可得

因此 。因F_Z与W大小相等，从而有

或

式中，r_d为轮胎的有效半径； 为滚动阻力系数。这样，滚动阻力矩可表示为

式中，P为作用于滚动车轮中心的铅垂方向的载荷。当车辆运行在有坡度的路面上时，铅垂方向的载荷P应由与路面正交的分量所代替，也就是说

式中，α为路面的倾斜角。

滚动阻力系数f_r取决于轮胎材料、轮胎结构、轮胎温度、轮胎充气压力、外轮胎面的几何形状、路面粗糙程度、路面材料和路面上有无液体等因素，它对应于各种不同特征路面的典型值见表2-1。近年来，为节省能源，已开发了用于轿车的低阻力轮胎，其滚动阻力系数小于0.01。

表2-1 滚动阻力系数

在表2-1给出的数据中，滚动阻力系数的大小没有考虑轮胎与车速之间的变化关系。但是实际上行驶车速对滚动阻力系数有很大影响。如图2-6所示，两种不同的轿车轮胎在车速100km/h以下时，滚动阻力逐渐增加但变化不大；在某一车速（如140km/h）以上时增长较快；当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。

图2-6 滚动阻力与车速关系

同时，轮胎的结构、帘线和橡胶的品种对滚动阻力都有影响。图2-7所示为几种不同轿车轮胎的滚动阻力系数与车速和充气压力的关系。可以看出，轮胎充气压力对f_r值影响很大。气压降低时，f_r值迅速增加。这是因为气压降低时，滚动轮胎的变形大，迟滞损失增加。从图中还可以看出，子午线轮胎的滚动阻力系数较低。

基于实测结果，为计算在硬路面上的滚动阻力，许多经验公式已经被提出。例如，在混凝土路面上，轿车的滚动系数可以计算为

式中，v为车速（km/h）；f₀和f_s取决于轮胎的充气压力。

在车辆性能计算中，可认为滚动阻力系数是速度的线性函数。对混凝土路面上行驶的轿车，可采用如下适合于一般充气压力范围的计算公式(www.daowen.com)

图2-7 滚动阻力系数与车速和充气压力关系

2.空气阻力

根据空气动力学原理，汽车在行驶过程中，由于空气动力的作用，在汽车行驶方向上作用于汽车上的分力被称为空气阻力，空气阻力又分为压力阻力和摩擦阻力两部分。

压力阻力：作用在汽车外表面上法向压力的合力在行驶方向的分力。压力阻力又分为四部分：形状阻力、干扰阻力、内循环阻力和诱导阻力。形状阻力占压力阻力的大部分，与车身主体形状有很大的关系；干扰阻力是车身表面突起物（如后视镜、门把、引水槽、悬架导向杆、驱动轴等）引起的阻力；内循环阻力为发动机冷却系、车身通风等所需空气流经车体内部时构成的阻力；诱导阻力是空气升力在水平方向上的投影。

摩擦阻力：当远离车辆的空气保持静止时，靠近车辆车身的空气近乎以车速运动，两者之间的空气分子在宽速度范围下相对运动。两个空气分子之间的速度差异便产生了摩擦力，这就导致了空气阻力中的第二个分量。

在一般轿车中，这几部分阻力的大致比例为：形状阻力占58%，干扰阻力占14%，内循环阻力占12%，诱导阻力占7%，摩擦阻力占9%。

空气阻力是车速v、车辆迎风正面的面积A_f、空气密度ρ和车辆形状的函数。空气阻力可表达为

式中，C_D为表示车辆形状特征的空气阻力系数；v_w为在车辆运行方向上的风速分量，当它取向与车速方向相反时为正值，而与车速方向相同时则为负值。

式（2-8）表明，空气阻力与C_D及A_f成正比。一般A_f受车内空间限制不宜变小，所以降低C_D是降低空气阻力的主要手段。20世纪50年代到70年代初，轿车的C_D维持在0.4～0.6，到20世纪90年代已降到0.3左右。现代车身空气动力学的工程师认为，降低轿车车身C_D值应从下列几点着手：

1）车身前部：发动机盖应向下倾。面与面交接处尽量圆滑，过渡平缓。

2）整车：整个车身应向前倾1°～2°，俯视形状为腰鼓式。

3）汽车后部：最好采用舱背式或直背式，后部加扰流板。

4）车身底部：所有零部件应在车身下平面内且较平整，盖板应向后逐步升高。

5）冷却进风系统：精心选择并改进通风进口、出口位置。

典型汽车的空气阻力系数和迎风面积数据见表2-2。

表2-2 典型汽车的空气阻力系数和迎风面积数据

3.爬坡阻力

当车辆爬坡或下坡时，其重力将产生一个始终指向下坡方向的分力F_g，如图2-8所示。这一分力不是阻碍（上坡时）就是辅助（下坡时）向前的运动。在车辆性能分析中，现仅考虑上坡时的运行状态。由路面坡度所产生的力通常称为爬坡阻力，即

F_g=Mgsinα （2-9）

为简化计算，当路面倾斜角较小时，通常采用坡度代替。坡度定义为

同时，轮胎的滚动阻力和爬坡阻力一起被称为路面阻力，即

F_rd=F_f+F_g=Mg（f_rcosα+sinα） （2-11）

当路面倾斜角较小时，路面阻力可简化为

F_rd=F_f+F_g=Mg（f_r+i） （2-12）

令f_r+i=ψ，ψ为道路阻力系数，则有

F_rd=Mgψ （2-13）

图2-8 爬坡阻力示意图

4.加速阻力

汽车加速行驶时，用来克服其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偶矩。为了便于计算，一般把旋转质量的惯性力偶矩转化为平移质量的惯性力，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换算系数，因而汽车的加速阻力可写为

式中，δ为汽车旋转质量换算系数，δ＞1；M为汽车质量； 为行驶加速度。δ主要与飞轮的转动惯量、车轮的转动惯量及传动系的传动比有关，根据公式推导为（推导过程略）

式中，I_w为车轮的转动惯量；I_f为飞轮转动惯量；r_d为车轮有效半径；i_g为变速器传动比；i₀为主减速器传动比。