汽车行驶的必要条件

    汽车之所以能够行驶，必须具备如下条件：车辆行驶阻力≤发动机产生的牵引力≤轮胎和路面之间的附着力。行驶阻力主要包括轮胎滚动阻力、空气阻力、爬坡阻力和惯性阻力。

    其中，轮胎滚动阻力来自轮胎和地面的变形，不同轮胎之间这项参数会有一定差别（下图中用D表示），数值较小讨论爬坡能力时可忽略不计；

    空气阻力与速度平方成正比，在低速时可忽略不计；

    爬坡阻力来自重力分量，取决于爬坡角度α，大小等于G×sinα；

    惯性阻力：汽车因加速引起的惯性力，大小等于m×a。匀速爬坡的情况a=0，惯性阻力=0；

    牵引力：发动机输出扭矩、变速箱传动比和传动效率成正比，与轮胎半径成反比；T=发动机扭矩×减速比×传动效率 / 驱动轮半径。

    发动机扭矩越大（尤其低转速扭矩），减速比越大，牵引力越大，而轮胎越大则牵引力越小，有的车主喜欢换大一号的轮胎，认为是一种“升级”，可实际上，此时汽车的加速、爬坡能力都将下降。此次试验中的未能爬上25度硬坡，就是最典型的例证。（点击下图可阅览试验过程的介绍）

    另外，需要注意的是，自动变速器由于有液力变矩器，在齿轮减速比之外还多一个变矩比，所以，在同样条件下，自动变速器的车往往比手动变速器会产生更大的牵引力，因此一些明智的越野爱好者，会更喜欢开自动挡的车去玩攀爬。

    附着力：地面能够对轮胎提供的切向作用力极限值，大小等于ψ×N（ψ为附着系数，N为正压力）。附着力取决于路面状态、粗糙度以及轮胎橡胶材质、花纹、几何尺寸、气压和轴重。在斜坡上附着力为：N×ψ= G×sinα。

    汽车最大爬坡度的计算

    了解上述原理，如果已知汽车的一些基础数据，就能计算出汽车的最大爬坡值。我的朋友、一位汉兰达车主做了如下演算。

    对前驱车而言，当牵引力=前轴附着力时，为汽车克服爬坡阻力的极限，此时有下列沿坡度方向的平衡方程组：Nf×ψ-Gsinα=0

          Nf+ Nr-Gcosα=0

          G×（l/cosα+（h-l×tgα）×sinα）-Nr×L=0

    知道车重G、重心参数l、h，可以求出理论最大爬坡度α值。

    首先汇总一下汉兰达的相关数据： 

     根据表格中的数据，求得半径为：245×0.55+19×25.4/2=376mm=0.376m

    对于自动挡车型，还要乘一个液力变矩器的变矩比（也就是俗称的自动档扭矩放大作用），单极液力变矩器变矩比一般在1.7-2.6之间，这里暂且取1.7。

    传动效率与变速器结构等诸多因素有关，轮胎橡胶软硬可能也会有影响。一般说手动挡的效率高于自动挡的效率，前置前驱的效率高于前置后驱或四驱。前置前驱手动变速箱的传动效率大致在80-90%，同样情况的自动变速器多在70-80%之间，汉兰达的6速自动变速器的效率暂且取75%。

    将上述参数带入公式求得：最大牵引力Tmax=252×1.7×3.3×4.36×0.75/0.376=12293牛顿

    匀速爬坡时牵引力等于爬坡阻力，故有：T= G×sinα=M×g×sinα

    由此得出，汉兰达理论最大爬坡角是αmax=arcsin（T/M/g）= arcsin（122931/1970/9.8）=39.6°

    差一点40度，这是一个非常棒的角度，但在实际路面根本达不到，因为有路面附着力的限制。附着力最小也得等于坡道阻力，否则还是没法上坡。

    即：Nf×ψ-Gsinα=0

    Nf =G（cosα×d/L-sinα×h/L）

    式中约去G整理成爬坡充分条件等式：（cosα×d/L-sinα×h/L）×ψ- sinα=0

    根据上述计算结果，说明此时爬坡能力与车重无关，仅取决于重心的几何位置——即前轴重比和重心高度。前驱车前轴重比例越大、重心越低，爬坡时前轮附着力越大，爬坡角度越大。

    对于前驱轿车或小型SUV，空载时前后轴重比大约是6：4，满载时重心会后移变到5.5：4.5左右；对于汉兰达等中型SUV或MPV，重心比轿车偏后一些，空载约5.5：4.5（2.7汉兰达实测的轴重比为5.4：4.6），再加上重心高，这样起实际路面爬坡能力要比前驱轿车小一点。

    这个结果，解释了汉兰达在“爬坡门”中，为什么面对18度左右的土坡上不去（媒体误传为30度），而夏利、奥拓都能上的原因。

    也就是说，前驱车的前后轴载荷，在爬坡时非常重要。比如，在冰雪路面，轴重比6:4的车比5.5：4.5的前驱车爬坡角度大0.5度左右，在砂石路面大1度左右，在沥青路面大不到2度。

   下面这段视频，是车讯网第三期《拆车坊》进行测试时拍摄的，画面中是一个非常标准的46.6%的铺装坡（25度），前轮驱动的ix35、逍客和骐达，都很顺利地爬坡成功，因为车主更换过轮胎未能爬上，独汉兰达爬了一半前轮开始打滑，这个现象，与上述计算结果是一致的。

预习下一堂课：自己动手保养车

    核心提示：日常的汽车保养，比如打蜡，清洁仪表盘和内饰板，清洁发动机仓，清洁轮胎，等等，都是非常简单的工作，有必要的话，完全可以自己完成……

    【回顾上一堂课：判断汽车的故障】

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