汽車在行進過程中一定會受到來自各個方面的行駛阻力。汽車等速行駛時要克服來自輪胎-地面的滾動阻力和來自空氣的空氣阻力。在加速或爬坡時就需額外克服加速阻力爬坡阻力。因此，汽車行駛的總阻力為

ƩF=Ff+Fw+Fi+Fj

1. 滾動阻力

車輪在滾動過程中，車輪與路面的接觸區域產生法向和切向的相互作用力以及相應的輪胎和支撐路面的變形。輪胎和支撐路面的剛度決定瞭變形的特點。當彈性輪胎在硬朗的路面時，輪胎的變形是主要的。此時由於輪胎的內部摩擦產生的彈性遲滯，使輪胎變形時對它作的功不能全部收回。

以實際輪胎為例，接觸地面的一面，法線前為加載變形區，此區域處於變形階段。法線後為卸載變形區，此區域處於恢復變形的階段。加載變形區地面反作用力對輪胎作的功大於輪胎恢復變形時放出的功。所以加載過程中與卸載過程之間有能量損失，此能量系消耗在輪胎內部組成部分相互間的摩擦以及橡膠、簾線等物質分子間的摩擦，最後轉化為熱量而消失在大氣中。這種損失為彈性物質的遲滯損失。

進一步分析可知，這種遲滯損失其實是阻礙車輪滾動的一種阻力偶，當車輪滾動時，在法線前後相對應的點如d和d,變形雖然相同，但由於遲滯損失，處於壓縮的前部受到的地面法向反作用力大於恢復過程的地面法向反作用力（也可以這麼理解，由於遲滯損失使得法線後部輪胎在恢復變形時恢復的較慢，這樣前後與地面的接觸面積不對稱，就造成瞭前後受力不同，前部受力大於後部受力）。這樣就使地面法線反作用力前後分佈不均勻，而使它們的合力Fz相對於法線前移力一個距離a，它隨著彈性遲滯的增大而變大，合外力Fz與法向載荷W大小相等，方向相反。

如果將Fz平移到與車輪法線重合，則車輪在硬路面上滾動時就有瞭滾動力偶矩Tf=Fza阻礙車輪滾動。

若使得車輪等速行駛必須有一推力Fp1與地面的切向外作用力構成一力偶矩來克服滾動阻力偶矩。由平衡條件得

Fp1r=Tf

→Fp1=Tf/r=Fz(a/r)

另f=a/r，又Fz=W,則Fp1=Wf或f=Fp1/W。式中f稱為滾動阻力系數，可見滾動阻力系數是車輪在一定條件下滾動時所需推力與車輪負荷之比，即單位汽車重力所需推力，換言之，滾動阻力系數Ff等於滾動阻力系數與車輪負荷之乘積。

Ff=Wf

滾動阻力系數f與路面種類，行駛車速以及輪胎構造、材料、氣壓等有關。其實對於汽車性能而言，我們無需研究驅動輪和從動輪不同的受力狀況，而隻需知道整車受到的總的滾動阻力Ff=Gf。

2. 空氣阻力

由於流經車頂的氣流速度大於流經車底的速度，使得車底的壓力大於車頂，從而作用在車身上垂直方向上的壓力形成壓力差，這就是空氣升力。

空氣阻力的數值通常總結成與氣流相對速度的動壓力1/2ρUr2成正比例形式。

Fw=1/2CDAρUr2

CD為空氣阻力系數，ρ為空氣密度，A為迎風面積，Ur為相對速度，無風時為車速Ua

在無風條件下的汽車運動，空氣阻力為

Fw=（CDAUa2）/21.15

由公式可得汽車行駛時所受到的空氣阻力Fw受車速很大的影響，在汽車高速行駛時每提高一點速度空氣阻力就會呈指數增長，而且還會有很大空氣升力，會嚴重影響汽車行駛的穩定性和操控性，所以在一些高性能賽車和跑車上普遍裝有擾流板。值得一提的是在一些高性能賽車或跑車上增加後擾流板會在高速時提供一個空氣反方向的下壓力同時也會減小空氣升力帶來的誘導阻力，但是如果是經常低速行駛的傢用轎車加裝後擾流板的話，非但沒有使擾流板提供應有的作用，還會因為此增加幹擾阻力，進而增加油耗。所以一些兼顧高性能與低速行駛的汽車，廠商會選擇使用隱藏式後擾流板，低速行駛時與後尾箱蓋融為一體，減少幹擾阻力，但速度達到一定值時，會自動升起提供下壓力。

panamera隱藏式後擾流板

同時公式表明，空氣阻力也與CD和A成正比，A值受乘坐使用空間限制不易進一步減少，所以降低CD值是降低空氣阻力的主要手段。現代汽車空氣動力學工程師認為，低CD值得汽車車身應遵循下列要點

（1）車身前部 發動機蓋應向前下傾 前擋風玻璃盡量“躺平”

過渡圓滑，凸起物盡可能的少，且成流向形 保險杠下面的前面，應裝有合適的擾流板

（2）整個車身應向前傾斜1°~2°

（3）汽車後部最好采用艙背式或直背式 應有擾流板 若用折背式，則行李箱蓋板至地面距離應高些，長度短些，應有鴨尾式結構

（4）車身底部所有零部件應在車身下平面且平整，最好有平滑的蓋板蓋住底部。

思考

打開天窗換氣和打開側窗換氣有何不同？

同空氣升力，汽車頂部的空氣流速大於汽車內部，使得打開天窗換氣是，天窗上方的壓力低於車內壓力，所以比打開側窗更有利於換氣。

夏季在高速行駛時開空調省油還是開窗省油？

高速行駛時汽車主要克服很大的空氣阻力，開窗會進一步增加空氣阻力，所以高速行駛時開窗通風的油耗大於開空調時的油耗。

3. 坡度阻力

汽車上坡時，汽車重力沿坡道分力表現為坡度阻力。

Fi=Gsinaα

坡度是指坡高與底長之比

i=h/s=tanα

當坡度較小時

sinα≈tanα≈i

故 Fi=Gsinα≈Gtanα≈Gi

上坡時滾動阻力為Ff=Gfcosα

由於坡道阻力與滾動阻力均是與道路有關的阻力，且均是與重力成正比，故可把這兩種阻力合在一起稱道路阻力

Fψ=Ff+Fi=Gfcosα+Gsinα

當α較小時 cosα≈1 sinα≈i 則

Fψ=Gf+Gi=G（f+i）

令ψ=f+i,為道路阻力系數，則

Fψ=Gψ

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