汽車前驅后驅車輪受力分析計算，爬坡前驅還是后驅好？

雪地行駛能加大油門嗎？爬坡前驅還是后驅好？絕大多數人只知道雪地起步最好掛2檔、后驅車爬坡能力更強一些，但并不知道為什么，小編也不例外，今天有空就研究了一下，在此也一起分享給各位寶子，雖然都是初中物理知識，但親自算過，心中才會更有底。

不論是雪地起步還是爬坡問題，其本質都是摩擦力的問題，在摩擦系數已定的情況下，摩擦力只跟正壓力有關，就跟拔河一樣，拔河本質上只跟體重有關，因此，只需要分析汽車車輪處的正壓力即可，我們把車輪拿掉，直接分析車輪安裝處的受力即可。

本著由簡單到復雜的原則，我們先分析汽車靜止狀態下的受力，然后分析起步及爬坡狀態下的受力。

1 水平靜止狀態

汽車靜止，車輪沒有扭矩輸出，此時受力最簡單，然后分析前輪驅動、后輪驅動、爬坡等狀態下受力。

參數說明：

G：汽車重力

Ff：前輪安裝位置車軸的支撐力

Fr：后輪安裝位置車軸的支撐力

Lf：汽車重心到前輪的距離

Lr：汽車重心到后輪的距離

根據力的平衡可列出如下關系式：

Fr + Ff = G ①

根據力的平衡可列出如下關系式：

G × Lf = Fr × (Lr + Lf) ②

由 ② 式可得：

Fr = (G × Lf) / (Lr + Lf) ③

由①③可得：

Ff = (G × Lr) / (Lr + Lf) ④

2 水平行駛 前輪驅動

此時需要考慮車輪扭矩對車軸以及車身的影響。

根據力的平衡可列出如下關系式：

Fr + Ff = G ①

根據力的平衡可列出如下關系式：

T + G × Lf = Fr × (Lr + Lf) ②

由 ② 式可得：

Fr = [(G × Lf) + T] / (Lr + Lf) ③

由①③可得：

Ff = [(G × Lr) - T] / (Lr + Lf) ④

由④-③得：

(Ff-Fr) = [G ×(Lr - Lf) - 2T] / (Lr + Lf) ⑤

結論：

水平行駛，前輪驅動：

1. 前輪扭矩減小，前輪正壓力增加；
2. 重心靠近前輪，前輪正壓力增加；
3. 車身重量增加，前輪增壓力增加。

3 水平行駛 后輪驅動

根據力的平衡可列出如下關系式：

Fr + Ff = G ①

根據力的平衡可列出如下關系式：

T + Ff × (Lr + Lf)= G × Lr ②

由 ② 式可得：

Ff = [(G × Lr) - T] / (Lr + Lf) ③

由①③可得：

Fr = [(G × Lf) + T] / (Lr + Lf) ④

由④-③得：

(Fr - Ff) = [G ×( Lf - Lr) + 2T] / [(Lr + Lf) ⑤

結論：

水平行駛，后輪驅動：

1. 后輪扭矩增加，后輪正壓力增加；
2. 重心靠近后輪，后輪正壓力增加；
3. 車身重量增加，前輪增壓力增加。

4 爬坡行駛 前輪驅動

爬坡狀態的受力本質上和水平行駛的受力類似，只不過力臂需要乘以 cosα。

根據力的平衡可列出如下關系式：

Fr + Ff = G ①

根據力的平衡可列出如下關系式：

T + G × Lf × cosα = Fr × (Lr + Lf) × cosα ②

由 ② 式可得：

Fr = [(G × Lf × cosα) + T] / [(Lr + Lf) × cosα] ③

由①③可得：

Ff = [(G × Lr × cosα) - T] / [(Lr + Lf) × cosα] ④

由④-③得：

(Ff-Fr) = [G ×( Lr - Lf ) × cosα - 2T] / [(Lr + Lf) × cosα] ⑤

結論：

水平行駛，前輪驅動：

1. 前輪扭矩減小，前輪正壓力增加；
2. 重心靠近前輪，前輪正壓力增加；
3. 車身重量增加，前輪增壓力增加；
4. 坡度越大，前輪車軸位置支撐力越小。

5 水平行駛 后輪驅動

根據力的平衡可列出如下關系式：

Fr + Ff = G ①

根據力的平衡可列出如下關系式：

T + Ff × (Lr + Lf) × cosα = G × Lr × cosα ②

由 ② 式可得：

Ff = [(G × Lr) × cosα - T] / [(Lr + Lf) × cosα] ③

由①③可得：

Fr = [(G × Lf) × cosα + T] / [(Lr + Lf) × cosα] ④

由④-③得：

(Fr-Ff) = [G ×( Lf - Lr) × cosα + 2T] / [(Lr + Lf) × cosα] ⑤

結論：

水平行駛，后輪驅動：

1. 后輪扭矩增加，后輪正壓力增加；
2. 重心靠近后輪，后輪正壓力增加；
3. 車身重量增加，前輪增壓力增加；
4. 坡度越大，后輪車軸位置支撐力越大（注意，此處車軸位置支撐力是豎直向上的力，不是坡面受到的正壓力）。

6 實際案例

以漢蘭達前驅爬坡為例，分析車軸位置的受力情況。

漢蘭達前驅車輛參數：

• 車重：2100kg
• 重心到前輪距離1.28m，到后輪距離1.57m
• 正常起步車輪實際需要的扭矩 T：840Nm
• 坡度：23°

根據章節4里面的公式進行計算，結果過程及結果如下：

Fr = [(G × Lf × cosα) + T] / [(Lr + Lf) × cosα] = [2100×9.8×1.28×cos23°+840] / [(1.28+1.57)×cos23°] = 9563 N

Ff = [(G × Lr × cosα) - T] / [(Lr + Lf) × cosα] = [2100×9.8×1.57×cos23°-840] / [(1.28+1.57)×cos23°] = 11017 N

雖然扭矩會減輕前輪支撐力，但由于重心靠近前輪，綜合計算之后，前輪豎向支撐力Ff為11017N，仍然大于后輪豎向支撐力Fr 9563N。

車輪對地面的正壓力N = Ff × cosα= 11017 × cos23° = 10141 N

車輪摩擦力 f = μ × N = 0.8 × 10141 = 8112.9 N

汽車重力沿坡面方向的分力 F = G × sinα = 2100×9.8×sin30°=8041.2 N

此時摩擦力 f 剛好大于重力坡面的分力 F，車輪剛好不打滑，因此前驅漢蘭達最大只能爬23°的坡。

為了直觀地感受扭矩及重心對車輪受力的影響，特意計算了3種狀態下車輪的受力，具體見下面3個表格。

前驅漢蘭達車輪受力分析計算表

將起步時扭矩下調到200Nm時前輪受力計算表

重心到前后輪距離調整到50:50時前輪受力計算表

7 總結

1）不論是前驅還是后驅，只要車輪有扭矩輸出，都會導致前輪支撐力降低、后輪支撐力增加，因此相同配置的車輛，后輪驅動更不容易打滑，也就是我們常說的后驅車更有勁。

2）前驅車起步時，增加車輪扭矩反而會降低前輪支撐力，因此前驅車雪地起步時，最好掛2檔，并輕點油門，降低扭矩輸出，增加車輪支撐力，進而提高摩擦力，避免車輪打滑。

3）后驅車起步時，增加車輪扭矩會增加后輪支撐力，因此后驅車起步時，可以掛1檔，并增加油門，車頭會輕微往上抬，車身重量大部分都壓倒后輪，增加了后輪的抓地力，達到快速起步的目的，這就是為什么性能車、賽車等都采用后驅的原因。

4）車身重量增加有利于提高車輪抓地力，因此雪地行駛時可以通過增加車身重量的方式實現車輪防打滑，雪地或泥地脫困最簡單的方式就是多拉幾個人。

5）輪距減小有利于增加車輪驅動力，這就是雪地行駛時為什么很多豪華車容易打滑而面包車卻不容易打滑的原因。

5）重心偏向驅動輪有利于增加驅動輪支撐力，但這個度需要把握好，重心偏移太多雖然有利于增加車輪抓地力，但可能會影響車輛操控。