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从能量角度分析越野车的机动性——越野车机动的能源与动力源
《越野车辆动力学》系列文章：
越野车的性能——平顺性 已发布
4.1 越野车机动的能源与动力源
根据加利福尼亚州能源协会(CEC)对轻型货车的调查和应用低运动阻力轮胎的文献记载可以得出，如果将加利福尼亚州所有的轻型货车的轮胎全部更换为低滚动阻力轮胎，能量的回收大约相当于1135623.53m3 /y的汽油，这是通过优化滚动阻力来对能量进行回收的结果。根据轮胎在反复变形过程中橡胶的弹性迟滞损失，我们对轮胎在行驶过程中的运动阻力进行了定量分析，车辆在地面上行驶的过程中，由于橡胶的循环变形弹性迟滞损失和车轮下方的土壤变形，能拭损失增大。一般来说，要想同时提高越野车的机动性和燃油效率是一个相互矛盾的技术问题，因为提高车辆的机动性一般都是以消耗额外的燃油为代价的，而优化燃油的消耗则势必会降低车辆的机动性。运动阻力、 土壤下沉和打滑是决定牵引轮性能的主要因素，其中，运动阻力是气动牵引轮的基本性能参数，在文献中有大量的研究表明，运动阻力通常会受到轮胎参数和系统参数的影响，包括轮胎的传统设计参数，例如直径、截面宽度、截面高度、 充气压力和载荷与挠度的关系，这些参数对轮胎与土 壤之间的相互作用有着不同程度的影响。因此，为了研究车轮与土壤之间的相互作用，首先要弄清楚轮胎的相关参数，并对其进行定性和定量。
如第3章所述，滚动阻力是行驶中轮胎不断变形以及在车轮载荷作用下土壤剖面的下沉导致的寄生能量损耗，由于随机的车轮动力与弹塑性半无限特征的土壤介质相互作用，这个过程十分复杂，其中机械能被转换成了热能。转换后的能量是橡胶变形（弹性变形）和／或轮胎下方土壤变形（塑性变形）所需能量与车轮轴承之间摩擦所需能量的总和。滚动阻力施加在车轮上，与汽车的行进方向相反，由于存在土壤下沉现象，在软土地面上行驶的车轮必须承受更大的阻力，进而导致更大的能量浪费，换句话说，滚动阻力可以描述为保持轮胎稳定滚动所需要的能量，并且对汽车的燃油利用率有着极大影响。
除了当代石油供应商的地缘政治动荡之外，由于原油资源的枯竭，车辆的能源效率成为一个非常重要的课题。轮式拖拉机的牵引性能作为能源效率的重要指标，是拖拉机车轮与表层土壤之间应力－应变相互作用的结果，土壤与车轮的相互作用约占拖拉机动力损耗的20% ~ 55%，大大地影响到了牵引杆的机械燃油消耗量，因此，必须对其进行详细分析来减少牵引能量的损耗，从而使越野车辆获得最佳的能量效率。因为越野车辆的尺寸更大，所需要提供的功率也更大，因此，越野车有着更为严重的能量损耗，这也使得对这类车辆的能量流进行专门研究是十分有必要的。
本文摘编自《越野车辆动力学——分析、建模与优化》，机械工业出版社出版，经出版方授权发布。
《越野车辆动力学——分析、建模与优化》基于机械概念和理论给出了越野车辆系统建模、数学描述和性能优化分析等问题的相关方法，主要目的是较为准确地概述越野汽车的动力学系统。本书首先建立了与车辆的行驶参数能够很好地吻合的数学模型，同时还介绍了高效地对在崎岖不平路面上行驶的车辆进行建模以获得车辆很好性能的方法，以及更快地针对越野车辆进行设计、开发、分析的基本原理。本书有助于读者开发计算机程序，并使用一些最优选的人工智能方法来对越野车辆动力学进行分析、建模和优化。读者可以根据需要选择学习。本书可作为高等院校机械工程、车辆工程、交通运输及相关专业的本科生、研究生教材，也可供对越野车辆感兴趣的研究人员和工程技术人员阅读参考。
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