汽车前驱后驱车轮受力分析计算，爬坡前驱还是后驱好？

雪地行驶能加大油门吗？爬坡前驱还是后驱好？绝大多数人只知道雪地起步最好挂2档、后驱车爬坡能力更强一些，但并不知道为什么，小编也不例外，今天有空就研究了一下，在此也一起分享给各位宝子，虽然都是初中物理知识，但亲自算过，心中才会更有底。

不论是雪地起步还是爬坡问题，其本质都是摩擦力的问题，在摩擦系数已定的情况下，摩擦力只跟正压力有关，就跟拔河一样，拔河本质上只跟体重有关，因此，只需要分析汽车车轮处的正压力即可，我们把车轮拿掉，直接分析车轮安装处的受力即可。

本着由简单到复杂的原则，我们先分析汽车静止状态下的受力，然后分析起步及爬坡状态下的受力。

1 水平静止状态

汽车静止，车轮没有扭矩输出，此时受力最简单，然后分析前轮驱动、后轮驱动、爬坡等状态下受力。

参数说明：

G：汽车重力

Ff：前轮安装位置车轴的支撑力

Fr：后轮安装位置车轴的支撑力

Lf：汽车重心到前轮的距离

Lr：汽车重心到后轮的距离

根据力的平衡可列出如下关系式：

Fr + Ff = G ①

根据力的平衡可列出如下关系式：

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 水平行驶 前轮驱动

此时需要考虑车轮扭矩对车轴以及车身的影响。

根据力的平衡可列出如下关系式：

Fr + Ff = G ①

根据力的平衡可列出如下关系式：

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

结论：

水平行驶，前轮驱动：

1. 前轮扭矩减小，前轮正压力增加；
2. 重心靠近前轮，前轮正压力增加；
3. 车身重量增加，前轮增压力增加。

3 水平行驶 后轮驱动

根据力的平衡可列出如下关系式：

Fr + Ff = G ①

根据力的平衡可列出如下关系式：

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

结论：

水平行驶，后轮驱动：

1. 后轮扭矩增加，后轮正压力增加；
2. 重心靠近后轮，后轮正压力增加；
3. 车身重量增加，前轮增压力增加。

4 爬坡行驶 前轮驱动

爬坡状态的受力本质上和水平行驶的受力类似，只不过力臂需要乘以 cosα。

根据力的平衡可列出如下关系式：

Fr + Ff = G ①

根据力的平衡可列出如下关系式：

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

结论：

水平行驶，前轮驱动：

1. 前轮扭矩减小，前轮正压力增加；
2. 重心靠近前轮，前轮正压力增加；
3. 车身重量增加，前轮增压力增加；
4. 坡度越大，前轮车轴位置支撑力越小。

5 水平行驶 后轮驱动

根据力的平衡可列出如下关系式：

Fr + Ff = G ①

根据力的平衡可列出如下关系式：

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

结论：

水平行驶，后轮驱动：

1. 后轮扭矩增加，后轮正压力增加；
2. 重心靠近后轮，后轮正压力增加；
3. 车身重量增加，前轮增压力增加；
4. 坡度越大，后轮车轴位置支撑力越大（注意，此处车轴位置支撑力是竖直向上的力，不是坡面受到的正压力）。

6 实际案例

以汉兰达前驱爬坡为例，分析车轴位置的受力情况。

汉兰达前驱车辆参数：

• 车重：2100kg
• 重心到前轮距离1.28m，到后轮距离1.57m
• 正常起步车轮实际需要的扭矩 T：840Nm
• 坡度：23°

根据章节4里面的公式进行计算，结果过程及结果如下：

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

虽然扭矩会减轻前轮支撑力，但由于重心靠近前轮，综合计算之后，前轮竖向支撑力Ff为11017N，仍然大于后轮竖向支撑力Fr 9563N。

车轮对地面的正压力N = Ff × cosα= 11017 × cos23° = 10141 N

车轮摩擦力 f = μ × N = 0.8 × 10141 = 8112.9 N

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

此时摩擦力 f 刚好大于重力坡面的分力 F，车轮刚好不打滑，因此前驱汉兰达最大只能爬23°的坡。

为了直观地感受扭矩及重心对车轮受力的影响，特意计算了3种状态下车轮的受力，具体见下面3个表格。

前驱汉兰达车轮受力分析计算表

将起步时扭矩下调到200Nm时前轮受力计算表

重心到前后轮距离调整到50:50时前轮受力计算表

7 总结

1）不论是前驱还是后驱，只要车轮有扭矩输出，都会导致前轮支撑力降低、后轮支撑力增加，因此相同配置的车辆，后轮驱动更不容易打滑，也就是我们常说的后驱车更有劲。

2）前驱车起步时，增加车轮扭矩反而会降低前轮支撑力，因此前驱车雪地起步时，最好挂2档，并轻点油门，降低扭矩输出，增加车轮支撑力，进而提高摩擦力，避免车轮打滑。

3）后驱车起步时，增加车轮扭矩会增加后轮支撑力，因此后驱车起步时，可以挂1档，并增加油门，车头会轻微往上抬，车身重量大部分都压倒后轮，增加了后轮的抓地力，达到快速起步的目的，这就是为什么性能车、赛车等都采用后驱的原因。

4）车身重量增加有利于提高车轮抓地力，因此雪地行驶时可以通过增加车身重量的方式实现车轮防打滑，雪地或泥地脱困最简单的方式就是多拉几个人。

5）轮距减小有利于增加车轮驱动力，这就是雪地行驶时为什么很多豪华车容易打滑而面包车却不容易打滑的原因。

5）重心偏向驱动轮有利于增加驱动轮支撑力，但这个度需要把握好，重心偏移太多虽然有利于增加车轮抓地力，但可能会影响车辆操控。