2024年09月07日 星期六
汽車行駛的必要條件
汽車之所以能夠行駛，必須具備如下條件：車輛行駛阻力點發動機産生的牽引力點輪胎和路面之間的附著力。行駛阻力主要包括輪胎滾動阻力、空氣阻力、爬坡阻力和慣性阻力。
其中，輪胎滾動阻力來自輪胎和地面的變形，不同輪胎之間這項參數會有一定差別（下圖中用D表示），數值較小討論爬坡能力時可忽略不計；
空氣阻力與速度平方成正比，在低速時可忽略不計；
爬坡阻力來自重力分量，取決於爬坡角度α，大小等於G×sinα；
慣性阻力：汽車因加速引起的慣性力，大小等於m×a。勻速爬坡的情況a=0，慣性阻力=0；
牽引力：發動機輸出扭矩、變速箱傳動比和傳動效率成正比，與輪胎半徑成反比；T=發動機扭矩×減速比×傳動效率 / 驅動輪半徑。
發動機扭矩越大（尤其低轉速扭矩），減速比越大，牽引力越大，而輪胎越大則牽引力越小，有的車主喜歡換大一號的輪胎，認為是一種“升級”，可實際上，此時汽車的加速、爬坡能力都將下降。此次試驗中的QQ未能爬上25度硬坡，就是最典型的例證。（點擊下圖可閱覽試驗過程的介紹）
另外，需要注意的是，自動變速器由於有液力變矩器，在齒輪減速比之外還多一個變矩比，所以，在同樣條件下，自動變速器的車往往比手動變速器會産生更大的牽引力，因此一些明智的越野愛好者，會更喜歡開自動擋的車去玩攀爬。
附著力：地面能夠對輪胎提供的切向作用力極限值，大小等於ψ×N（ψ為附著系數，N為正壓力）。附著力取決於路面狀態、粗糙度以及輪胎橡膠材質、花紋、幾何尺寸、氣壓和軸重。在斜坡上附著力為：N×ψ= G×sinα。
汽車最大爬坡度的計算
了解上述原理，如果已知汽車的一些基礎數據，就能計算出汽車的最大爬坡值。我的朋友、一位漢蘭達車主做了如下演算。
對前驅車而言，當牽引力=前軸附著力時，為汽車克服爬坡阻力的極限，此時有下列沿坡度方向的平衡方程組：Nf×ψ-Gsinα=0
Nf+ Nr-Gcosα=0
G×（l/cosα+（h-l×tgα）×sinα）-Nr×L=0
知道車重G、重心參數l、h，可以求出理論最大爬坡度α值。
首先匯總一下漢蘭達的相關數據：
| 1擋傳動比 | 3.3 |
| 主減速比 | 4.36 |
| 總傳動比 | 3.3×4.36=14.388 |
| 發動機最大扭矩 | 252牛米/4200轉/分鐘 |
| 輪胎規格 | 245/55R19 |
| 總品質M | 1970千克（含司機和燃油） |
根據表格中的數據，求得半徑為：245×0.55+19×25.4/2=376mm=0.376m
對於自動擋車型，還要乘一個液力變矩器的變矩比（也就是俗稱的自動檔扭矩放大作用），單極液力變矩器變矩比一般在1.7-2.6之間，這裡暫且取1.7。
傳動效率與變速器結構等諸多因素有關，輪胎橡膠軟硬可能也會有影響。一般説手動擋的效率高於自動擋的效率，前置前驅的效率高於前置後驅或四驅。前置前驅手動變速箱的傳動效率大致在80-90%，同樣情況的自動變速器多在70-80%之間，漢蘭達的6速自動變速器的效率暫且取75%。
將上述參數帶入公式求得：最大牽引力Tmax=252×1.7×3.3×4.36×0.75/0.376=12293牛頓
勻速爬坡時牽引力等於爬坡阻力，故有：T= G×sinα=M×g×sinα
由此得出，漢蘭達理論最大爬坡角是αmax=arcsin（T/M/g）= arcsin（122931/1970/9.8）=39.6°
差一點40度，這是一個非常棒的角度，但在實際路面根本達不到，因為有路面附著力的限制。附著力最小也得等於坡道阻力，否則還是沒法上坡。
即：Nf×ψ-Gsinα=0
Nf =G（cosα×d/L-sinα×h/L）
式中約去G整理成爬坡充分條件等式：（cosα×d/L-sinα×h/L）×ψ- sinα=0
根據上述計算結果，説明此時爬坡能力與車重無關，僅取決於重心的幾何位置——即前軸重比和重心高度。前驅車前軸重比例越大、重心越低，爬坡時前輪附著力越大，爬坡角度越大。
對於前驅轎車或小型SUV，空載時前後軸重比大約是6：4，滿載時重心會後移變到5.5：4.5左右；對於漢蘭達等中型SUV或MPV，重心比轎車偏後一些，空載約5.5：4.5（2.7漢蘭達實測的軸重比為5.4：4.6），再加上重心高，這樣起實際路面爬坡能力要比前驅轎車小一點。
這個結果，解釋了漢蘭達在“爬坡門”中，為什麼面對18度左右的土坡上不去（媒體誤傳為30度），而夏利、奧拓都能上的原因。
也就是説，前驅車的前後軸載荷，在爬坡時非常重要。比如，在冰雪路面，軸重比6:4的車比5.5：4.5的前驅車爬坡角度大0.5度左右，在砂石路面大1度左右，在瀝青路面大不到2度。
下面這段視頻，是車訊網第三期《拆車坊》進行測試時拍攝的，畫面中是一個非常標準的46.6%的鋪裝坡（25度），前輪驅動的ix35、逍客和騏達，都很順利地爬坡成功，QQ因為車主更換過輪胎未能爬上，獨漢蘭達爬了一半前輪開始打滑，這個現象，與上述計算結果是一致的。
預習下一堂課：自己動手保養車
核心提示：日常的汽車保養，比如打蠟，清潔儀錶盤和內飾板，清潔發動機倉，清潔輪胎，等等，都是非常簡單的工作，有必要的話，完全可以自己完成……
【回顧上一堂課：判斷汽車的故障】
