車輛空氣動力學(xué)與車身造型

www.sail-shipping.com 來源：互聯(lián)網(wǎng) 作者：xuw1974 類別：汽車構(gòu)造維修時間：2006-08-20

車輛空氣動力學(xué)與車身造型

空氣動力學(xué)（Aerodynamics）是研究物體在與周圍空氣作相對運動時兩者之間相互作用力的關(guān)系及運動規(guī)律的科學(xué)，它屬于流體力學(xué)的一個重要分支。長期以來，空氣動力學(xué)成果的應(yīng)用多側(cè)重于航空及氣象領(lǐng)域，特別是在航空領(lǐng)域內(nèi)這門科學(xué)取得了巨大的進展，給汽車或路面車輛的空氣動力學(xué)（Automotive Aerodynamics-Road Vehicle Aerodynamics）研究提供了借鑒。然而進一步的深入研究表明，汽車或車輛的空氣動力學(xué)問題從理論到實際兩方面都與航空等問題有本質(zhì)的區(qū)別，汽車空氣動力學(xué)已逐步發(fā)展成為了空氣動力學(xué)的一個獨立分支，在方程式賽車領(lǐng)域更是得到了極大的應(yīng)用。下面就談?wù)勝愜囍锌諝鈩恿W(xué)的應(yīng)用。

圖1：行車阻力隨車速的變化情況

我們從日常生活的經(jīng)驗知道，當(dāng)風(fēng)吹向一個物體時，就會產(chǎn)生作用在物體上的力。力的大小與風(fēng)的方向和強弱有關(guān)。比如說輕風(fēng)徐來，我們的感覺是輕柔舒適（力量很小）；颶風(fēng)襲來，房倒屋塌，勢不可擋（力量很大）。這說明當(dāng)風(fēng)速達到某種程度時，就不能忽視它的影響。對賽車來說，是車運動，大氣可視為不動，相對運動的關(guān)系是一樣的。一般大致在車速超過100公里/小時（km/h）時，氣流對車輛產(chǎn)生的阻力就會超過車輪的滾動阻力。這時就必須考慮空氣動力的影響。如圖1所示。

其實氣動力對賽車的影響，不只是行車阻力，還有對發(fā)動機的進、排氣，車輛行駛的穩(wěn)定性，過彎速度，以及剎車距離，甚至輪胎溫度控制等等。

1．空氣動力學(xué)的基本概念和基本方程

空氣動力學(xué)，屬流體力學(xué)的范疇，是研究以空氣作介質(zhì)的流場中，物體所受的力與流動特點的科學(xué)。賽車空氣動力學(xué)屬低速空氣動力學(xué)。高速流和低速流在空氣壓縮性上有很大差別，通常用M數(shù)（也稱為馬赫）來劃分。若定義流速V與大氣中聲音的傳播速度a之比為M數(shù)，則M=V/a。大氣中小擾動的傳播速度是和聲音的傳播速度相同的，M=1后，會出現(xiàn)激波，氣動特性發(fā)生很大變化。

一般M>>１為高超音速范圍，主要是彈道導(dǎo)彈等的飛行；M>１為超音速，M在1.2-0.8左右為跨音速；M<0.8為亞音速范圍，高速飛機的飛行跨越這三個范圍。M<0.3是低速范圍，汽車、滑翔傘，以及多種球類運動都屬于這個范圍。

空氣的質(zhì)量和粘性：當(dāng)我們研究空氣動力學(xué)時，必須要考慮空氣的質(zhì)量。按照牛頓第二定律F=ma，有了質(zhì)量m，只要再有加速度a，就會產(chǎn)生力F。空氣的質(zhì)量密度r≈1.22千克/米³，即1立方米空氣質(zhì)量約1.22千克，約為水的1/800。同時空氣還有粘性，它的粘性系數(shù)m為1.8*10^-5牛秒/米²，約為水的1/55。

圖2：流場中，小擾動源的波形圖

流場和流線：通常將充滿運動流體（液或氣體）的一定空間稱為流場，并且用有向線條來形象地表示流場中流體的流動趨向，這些線條稱為流線。

　　過流線任一點的切線方向，即代表流場中該點的流動方向。流場中線條越密的區(qū)域，表示流速越大。各點流速不隨時間變化的流場稱穩(wěn)定流場。為了簡化實際問題，若假設(shè)流體無粘性，又不可壓縮就稱為理想流體。

　　層流和紊流：當(dāng)流體流經(jīng)物體表面，流線很平順時，各層之間層次分明，互不影響，我們稱這種流動為層流。

　　若因流體的粘性或物體表面粗糙，流線會逐漸出現(xiàn)小的擾動，盡管平均流速仍未受影響，但看起來流線在跳動，層次不分明。這種流動稱為紊流。

　　流經(jīng)物體表面的流動，往往開始是層流，到達某點后才變?yōu)槲闪鳎D(zhuǎn)變的地方，稱轉(zhuǎn)淚點。轉(zhuǎn)變的因素是流體質(zhì)量密度r，粘性系數(shù)m，流速V，流經(jīng)的距離L以及物體表面的粗糙度等。我們用雷諾數(shù)Re=rVL/m達到某一數(shù)值作為判別的條件。一般層流中阻力較小。

圖3：附面層、分離點、層流、尾跡

分離點

附面層

駐點

尾跡

層流

附面層、分離、層流、尾跡：以平面流場示意圖3為例，當(dāng)流體以均勻流速V，流過物體表面時，由于自身粘性的影響，接觸物體后，首先是貼近物體表面的一層流體的速度會受阻滯。

　　隨著流經(jīng)物體距離L的增加，受阻流體的范圍也增大。到達Lx時，δx范圍內(nèi)各層的流速都會依次下降，略呈拋物線分布。我們將速度接近V層作為邊界，稱速度受到阻滯，厚度隨流經(jīng)的距離在變化的這層流體為附面層。從附面層內(nèi)流速的分布看，近物體表面小，外面大。速度的這種差易，就構(gòu)成了轉(zhuǎn)動的趨勢。當(dāng)流線與物體分離后，就發(fā)生旋轉(zhuǎn)而形成三角。受阻的流體與渦組成的區(qū)域，分離點的位置往往也有小的前后移動。渦的形成和脫體，會斷續(xù)發(fā)生，所以在尾跡中渦流區(qū)內(nèi)，流動物性往往很不穩(wěn)定。

連續(xù)方程：現(xiàn)在來討論忽略粘性影響的穩(wěn)定流場情況。我們將一組流線圖圍成的管道稱為流管。以垂直流管的切面A1，A2截取一段流管。A1切面流管面積為Δ A1，A2切面流管面積為Δ A2。在A1A2間，沒有流體注入或溢出，所以在dt時間內(nèi)，從Δ A1流入的流體質(zhì)量（流量）與Δ A2流出的流量相等。

　　即 r1*V1 *Δ A1*dt＝r2*V2 *Δ A2*dt

式中，r：密度，V：流速，Δ A：流管切面積，dt：時段

　　或 r1*V1 *Δ A1＝r2*V2* Δ A2

這方程表示流動沒有中斷，稱連續(xù)方程。

在研究低速空氣動力學(xué)時，認為空氣是不可壓縮的。即r1＝r2＝常量，屬理想流體，連續(xù)方程變?yōu)椋?/DIV>

V1 *Δ A1＝V2 *Δ A2

說明管道切面越小處，流速越快。

伯努利方程：我們?nèi)匀患俣ㄊ菬o粘性、不可壓縮的穩(wěn)定流場。

dt時間內(nèi)經(jīng)Δ A1切面的流量dm1為：

　　 dm1＝ r1*V1 *Δ A1*dt

經(jīng)Δ A2切面的流量dm2為：

　　 dm2＝r2*V2* Δ A2*dt

按不可壓條件， r1＝r2＝r

連續(xù)條件下： dm1＝dm2＝dm＝r *V1 *Δ A1*dt＝r*V2 *Δ A2*dt

　　在Δ A1切面dt時間內(nèi)流入的總機械能是動能與位能之和：

　　 dE1＝（1/2）*dm *V1²+ dm*g*h1

　　h:切面位置高度，g:重力加速度

　　在Δ A2切面同一時間流出的總機械能為：

　　 dE2＝（1/2）*dm V2²+ dm*g*h2

　　dt時間內(nèi)，流管A1至A2間機械能的增量為：

　　 dE＝dE1－dE2＝[（1/2）*（V1²－V2²）+g*（h1－h(huán)2）]*dm

　　與此同時，流管兩端外力P對流體作功的增量dW為：

　　 dW＝（P1* V1* Δ A1－P2* V2 *Δ A2）*dt 　引入dm式

　　 dW＝（1/r）*（P1－P2）*dm

　　按能量守恒原理： dW＋dE＝０

　　所以，［（1/r）*（P1－P2）＋（1/2）*（V1²－V2²）+g*（h1－h(huán)2）］*dm＝０

　　即（1/2）*r *V1²＋r*g*h1＋P1＝（1/2）*r *V2²＋r*g*h２＋P２

　　這就是伯努利方程。

　　就賽車看，基本上是在等高度上，即h1=h2

　　方程變?yōu)椋?nbsp; （1/2）*r *V1²＋P1＝（1/2）*r* V2²＋P２

式中第一項稱動壓，第二項稱靜壓，兩項合起來稱總壓。這式說明理想流場中，速度高的地方壓力小，速度小的地方壓力較大。

2. 流場中物體所受的空氣動力

理想流體流經(jīng)圓柱體的情況：假設(shè)圓柱體是無限長的，即縱向長度LZ ＝∞，因此氣流橫向流過時在Z方向的分速度VZ＝0，所以各切面流動情況相同，可用任意切面為代表，變成平面（二維）流動問題。如圖4所示。

θ＝0°的點A，稱駐點。駐點氣流速度VA＝0，按伯努利方程，氣流中總壓在駐點全部轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓PA。

　　PA＝P∞+（1/2）ρV∞²θ＝180°處，VF＝0，所以PF＝ P∞+（1/2）ρV∞²

P∞：流場中未受物體影響處靜壓，V∞：未受物體影響處流速。

圖4：非粘性流流過無限長圓柱情況

圓周上不同θ位置各點，速度、靜壓變化如圖中（c）,（b）所示。理想氣體沒有粘性，所以沒有摩擦，沒有能量損失，只有動、靜壓的轉(zhuǎn)換。流經(jīng)物體后，速度可以完全恢復(fù)，所以柱體上不產(chǎn)生阻力，也不產(chǎn)生升力。（物體上所受的力在氣流速度方向的分力稱阻力，垂直速度的稱升力。）

翼型的壓力分布、升力和阻力：

圖5：翼型

　　賽車的前后豎面，是產(chǎn)生氣動力的重要組件，現(xiàn)來介紹它的氣動力特性。

翼面的長度叫豎度L，橫切面形狀稱翼型。如圖5所示。做成這種形狀，主要是為了產(chǎn)生升力。在賽車上，是反過來裝的，主要是產(chǎn)生負升力。翼型對著氣流的一端稱前緣，另一端稱后緣，前后緣連線稱翼弦，其長度稱弦長C。翼型各點高度中點的連線稱中弧線，中弧線與弦線間的距離稱中弧線高度，用來表示翼型的彎度，t是最大厚度，t/C稱相對厚度。弦線與速度矢量的夾角α，稱迎角。以上這些翼型的幾何參數(shù)，都會影響翼型的氣動力性能。

　　當(dāng)機翼展長L極大時，叫無限翼展機翼。這時流過機翼的氣流不會產(chǎn)生展向分速度，所以各切面的流動相同，變成平面（二維）流動情況。氣流流過翼型就是這種情況。

圖6：升力產(chǎn)生理論的示意圖

現(xiàn)在來解釋升力產(chǎn)生的一種理論：無旋的理想氣流流過翼型時，如果是小迎角，無分離。流線的示意圖如圖6。

圖7：a）翼型上下表面壓力分布；b）摩擦剪力分布；c）翼型微面積上力的幾何關(guān)系

實際風(fēng)洞試驗中觀察結(jié)果與圖6右邊的圖形一致，并可測得翼型上下表面的壓力分布情況。如圖7所示。

　　此外實際空氣有粘性，還會產(chǎn)生剪力如圖7(b)。計算時，沿翼型表面積分圖7(c)，即可求得翼型的升力和阻力。

　　 DFY ＝－(p*dA)*sinθ + (τ*dA)*cosθ

　　 DFx ＝ (p*dA)*cosθ + (τ*dA)*sinθ

翼型升力Y，阻力X：

　　 Y ＝ ſd*FY ＝－ ſp*sinθ*dA + ſτ*cosθ*dA

　　 X ＝ ſd*Fx ＝ ſp*cosθ*dA + ſτ*sinθ*dA

　　通常按阻力產(chǎn)生的原因，上式右端前一項叫壓差阻力（或形狀阻力），后一項叫摩擦阻力。

實際翼面展長L是有限的，翼尖部分因上下壓力差，氣流會由下表面反向上表面，并在翼尖后緣脫離翼面形成尾渦，旋轉(zhuǎn)的氣流使整個翼面后緣，產(chǎn)生向下的速度，稱為下瀉速度。

　　從切面看，由原來流速與下瀉速度合成的速度矢量，方向發(fā)生角ε的改變，新的升力Y在原來速度V0的方向上，產(chǎn)生了分力Xi。

　　因ε很小，所以Y0＝Y(jié)cosε≈Y，Xi＝Y(jié)sinε

　　Xi稱誘導(dǎo)阻力，它是隨升力伴生的，是獲得升力無法避免的代價。此外就整車而言，組件間還會相互干擾，還會產(chǎn)生阻力，稱為干擾阻力，這樣總阻力將由下列幾部分組成：

　　總阻力＝壓差阻力（形狀阻力）+ 摩擦阻力 + 誘導(dǎo)阻力 + 干擾阻力

　　賽車水平翼面端部，往往裝上垂直的端板，除了增加方向穩(wěn)定性外（尾翼），還能降低尾渦強度，減小誘阻，使平尾效力增高。

　　升力、阻力系數(shù)Cy、Cx隨迎角α的變化：

　　在翼型表面某點A作用的氣動力中，按伯努利方程的概念得：

　　 P＝PA－PB＝(1/2)*ρ*V∞²－ (1/2)*ρ*VA²

　　＝(1－VA²/ V∞²)*(1/2)*ρ*V∞²

　　＝ Cp*(1/2)*ρ*V∞²

　　式中Cp＝（1－ VA²/ V∞²），稱氣動力系數(shù)，是個無因次量。

　　類似的有升力系數(shù)Cy，阻力系數(shù)Cx，側(cè)力系數(shù)Cz，以及力矩系數(shù)Cmo等。

　　當(dāng)求翼面上的氣動力P時，用如下的公式：

　　 P＝Cp*（1/2）*ρ*V²*S Cp是相對參考面積S取的。

　　類似的求翼面上升力Y時，

　　 Y＝Cy*（1/2）*ρ*V²*S 對應(yīng)Cy的S取翼面平面積。

　　求全車阻力X時，

　　 X ＝ Cx*（1/2）*ρ*V²*S 對應(yīng)Cx的S取車輛最大的迎風(fēng)切面積。

圖8：升力、阻力系數(shù)隨迎角的變化情況

很多著名氣動研究機構(gòu)，都研制了不同特性的翼型，并且用各自規(guī)定的代號，來區(qū)別不同翼型。例如NACA（NASA的前身）的NACA0006和NACA23012就是最大相對厚度t/C分別為6%和12%的對稱和不對稱翼型。不同翼型的Cy,Cx等系數(shù)隨迎角α的變化曲線，在手冊中可以查到。它們大致的趨勢如圖8所示：

　　一般Cy~α曲線在α<10º左右時，Cy隨α直線增加，接近Cymax時，氣流出現(xiàn)分離，Cy增加減慢。隨著分離區(qū)域的擴大，達Cymax后會突然下降，稱為失速。這時的Cx也隨α由緩慢變?yōu)榧眲≡龃蟆ΨQ翼型的零升力迎角α０＝０º，有彎度（中弧線上凸的）翼型，α０<０º，為負值。相對厚度較大的翼型，Cymax和失速迎角也較大，Cx也略大。

　　為了提高Cymax，要盡力延緩上表現(xiàn)氣流分離，并增大翼型彎度。較有效的辦法就是翼面后緣安裝開縫襟翼。經(jīng)精心設(shè)計的開縫，使下翼面壓力較高的氣流吹向壓力較低的上翼面，增大氣流流速，使分離延緩，Cymax增大。

現(xiàn)在很多賽車的水平翼面，都采用類似原理的幾個翼面組合。

3．研究方法與試驗設(shè)備

　　研究方法：雖然專門研究賽車空氣動力學(xué)歷史不長，但空氣動力學(xué)隨著飛機的誕生開始，已經(jīng)是一門發(fā)展多年的學(xué)科。研究這門學(xué)科，大體分為理論方法和實驗方法。

　　理論方法主要是通過計算求解有關(guān)的流體力學(xué)方程，又分為精確解和近似解。前者也叫解析法，由于實際問題很復(fù)雜，解析法求解很困難，所以應(yīng)用上有很大局限性。目前工程上多采用近似方法。隨著電腦的發(fā)展，因其快速和不易出錯，所以得到廣泛應(yīng)用，且其精確性可根據(jù)需要，用細化網(wǎng)格的辦法提高，成本也容易控制。缺點是計算模型與實際情況之間往往存在較大差異，所以又不得不采用實驗方法。

　　實驗方法又分為風(fēng)洞試驗和真車行駛試驗。風(fēng)洞試驗是做出賽車模型，安裝在風(fēng)洞的人工流場中，用儀器測量作用在模型上的力和力矩，以及用噴煙或氣流染色或貼絲線等辦法來觀察模型附近流線的變化。這種方法，也不盡完善，因為要模擬輪胎轉(zhuǎn)動，地面運動以及發(fā)動機進、排氣的影響等都很復(fù)雜。而最突出的是模型試驗與實際情況之間的“相似”問題。所謂“相似”不只是幾何尺寸要成比例，各種力之間也應(yīng)保持同樣比例。這有時很難做到。例如作用于物體表面的力如粘性力，是隨物體表面積也就是長度的二次方變化的，而質(zhì)量力是隨物體體積即長度的三次方變化的。即使流場的相應(yīng)參數(shù)都做到試驗與實際完全相同，但當(dāng)模型縮小后，上述兩種力之間的比例，就不能保持完全相同。最簡單的方法就是將模型尺寸做得接近實物，來提高“相似程度”。這時候的風(fēng)洞也要加大（甚至能容納真車），推動風(fēng)洞中氣流運動的能源功率更會強大。因此又只好用真車做行駛試驗來測量分析各種數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，進行性能改善。

圖9：a）閉循環(huán)式風(fēng)洞示意圖；b）開口式風(fēng)洞示意圖

總之理論與實驗方法各有所長，可以相輔相成，以獲取最佳經(jīng)濟效益。例如新型號研制初期，尚無模型和實物，比較方便的當(dāng)然是理論方法。而最后性能的確認和改進，又必須依靠行駛試驗來定案。

試驗設(shè)備：最基本的試驗設(shè)備是風(fēng)洞及其附屬測試儀器。風(fēng)洞試驗的優(yōu)點，是容易控制環(huán)境條件，測試儀器有通用性。風(fēng)洞試驗的重要環(huán)節(jié)是保持粘性相似。我們以雷諾系數(shù)Re=ρVL/μ代表慣性力與粘性力之間的比例。在大氣環(huán)境中做風(fēng)洞試驗，ρ，μ是與行車環(huán)境相同的，所以提高風(fēng)速V，增加模型尺寸L，都可提高相似性。賽車試驗用的風(fēng)洞是低速風(fēng)洞，最大風(fēng)速200萬里/小時左右，型式有開口式和閉循環(huán)式。如圖9所示。

　　后者部分氣流動能得到重復(fù)利用，較省功率，但造價昂貴。試件用撐桿、支柱或轉(zhuǎn)臺裝置在試驗段內(nèi)。試驗段切面形狀多為長方形，尺寸可達3*2平方米，可以是敞開、封閉或半封閉的。前者在試驗段洞壁上開縫，便于內(nèi)外空氣交換和調(diào)節(jié)模型大小對氣流的堵塞。模型最大橫切面積建議不超過試驗段切面積的7%，以降低洞壁的影響。為了模擬行車情況，地面應(yīng)能隨氣流向后運動。并有吸氣縫穴，以減小附面層厚度。

　　實際行車時，大氣是靜止的。風(fēng)洞中的氣流是旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇推動的，為了提高氣流質(zhì)量，試驗段前有整流格，阻止旋轉(zhuǎn)，消除渦流。收縮段和穩(wěn)定段使氣流加速，保持流場均勻穩(wěn)定。擴散段使氣流速度降低，減少洞壁的摩擦損失，節(jié)省風(fēng)扇馬達的功率。

為了測量流速，多使用皮托管。圓頭的封閉圓管，駐點位置開總壓孔。離端部適當(dāng)位置，開靜壓孔。分別用管路將測得的總壓和靜壓，引入膜盒的內(nèi)外腔。壓差引起的變形，通過傳動裝置，即可將流速顯示在儀表上。

　　這種裝置，對流場的干擾小。本身沒有旋轉(zhuǎn)機械的慣性滯后，是通用的測速儀表。為了測壓力分布，可在模型表面的測試點上開孔，測得靜壓。分析流動情況，可在模型表面貼絲線或噴煙染色照相的辦法獲得直觀效果。

測力的辦法可用六分力天秤，它可直接測得x、y、z方向的分力和繞x、y、z軸的力矩分量。這種天秤可以是直接支持地面，或直接支持支柱的機械式，或置于撐桿內(nèi)的應(yīng)變式。后者便于應(yīng)用到活動地面的模型上，但對氣流有小的局部影響。

4．空氣動力對賽車性能的影響

　　空氣動力對發(fā)動機性能的影響：車輛的水平直線最大速度，取決于發(fā)動機提供的可用功率（隨檔位不同）和行駛的需用功率。

　　當(dāng)發(fā)動機的可用功率與行駛的需用功率相等時，這時得到可能的最大速度Vmax（某個檔位的）。

　　另外車身兩側(cè)有附面層，層內(nèi)氣流速度下降，應(yīng)有排除附面層的設(shè)計，并裝置導(dǎo)流片避開車輪尾跡。進氣道內(nèi)部轉(zhuǎn)彎處，應(yīng)有導(dǎo)流片，減小發(fā)生渦流帶來能量損失。排氣管出口位置應(yīng)選在低壓區(qū)域，降低排氣反壓力。同時排氣管還具有吹除功能，可使附近氣流加速，保持好的流線。散熱器進、排氣口布置，也大體遵循這些原則。

A

一般說來，車身上表面壓力分布趨勢大致如圖10所示。

圖10：車身上表面壓力圖

　　A點以前，壓力沿車身長度方向是遞減的，即吸力越來越大。A點以后是遞增的，分離多發(fā)生在A點以后，因此排氣口放在這一區(qū)域，可以起到吹除作用，延緩氣流分離。

圖11：機翼表面的一種渦流發(fā)生器

空氣動力對車輛阻力的影響：前面曾經(jīng)提到，阻力由不同類型組成，現(xiàn)在分別加以討論。首先是誘導(dǎo)阻力，它是因有限翼展下洗流引起的，減小的辦法是在產(chǎn)生負升力的前、后水平翼兩端加垂直端板，使水平翼變成接近無限翼展情況。但前翼端板對方向穩(wěn)定不利，因此不可太大。其次是形阻，減小的辦法是保持流線形，縮小氣流分離區(qū)域。目前在后掠翼翼尖部分，裝一種防失速的渦流發(fā)生器，如圖11所示。

　　這種渦流發(fā)生器可使層流附面層提前轉(zhuǎn)換成紊流附面層以增加氣流能量。可延緩分離，不妨在賽車上試用。第三是摩阻，減小的辦法除做到表面光滑以外，就是盡量布局緊湊，減小表面積。最后是干擾阻力，這對露輪類（印地、一級方程式等）賽車尤其突出。解決辦法是在干擾部件間裝置導(dǎo)流片（也稱整流片）。此外導(dǎo)流片的作用，還可引導(dǎo)氣流冷卻剎車片，或引導(dǎo)暖氣流加溫輪胎等。

再來分析空氣動力對剎車距離的影響：剎車距離取決于輪胎與地面間摩擦阻力Xw和氣動阻力Xa。氣動阻力Xa可用阻力傘或阻力板產(chǎn)生，但受到技術(shù)規(guī)則的限制，并非所有賽車都允許使用。現(xiàn)在僅來分析Xw部分。車輪與地面的摩擦力Xw與正壓力P和車輪車道間摩擦系數(shù)μ有關(guān)。Μ的大小，與剎車時，車輪打滑程度有關(guān)。若以車輪全鎖死的打滑率為100%，則無剎車時為0%，即此時車輪接地點速度與車速相同，該點車輪與地?zé)o相對運動。最大μmax大致在打滑率15%左右。

　　在無ABS（Anti-lock Braking System）類賽車，能達到的μ值，取決于車手的技術(shù)。現(xiàn)只討論正壓力P。P中包含三部分：重力W、氣動力Y（負升力）以及慣性力mah/l。

　　Xw = μP

　　前輪摩擦力：Xwf ＝ μ*(Wf + Yf +mah/l)

　　后輪摩擦力：Xwr ＝μ*(Wr + Yr -mah/l)

　　式中m：車的質(zhì)量，a：剎車加速度，h：重心離地高度，l：前后輪距，Wf，Wr重心位置決定的。

慣性力則使前輪剎車效率增加，后輪效率下降。這對車輛穩(wěn)定性不好。但負升力的大小和分配，可根據(jù)要求，在一定程度上，由前后水平翼面的設(shè)計來控制，有利提高剎車效率。不過負升力與速度平方成比，高速時效果才明顯。

　　Y=0曲線是無負升力翼面車輛；Y>0裝有負升力翼面車輛。

　　負升力實際改善了高速時輪胎的抓地性能，所以也改善高速時的加速性。

　　空氣動力對穩(wěn)定性的影響：穩(wěn)定性是指處于平衡狀態(tài)的系統(tǒng)（車輛和作用在上面的力就是一個系統(tǒng)），由于外來干擾（有限度的）而使平衡破壞時，在干擾除去后，靠系統(tǒng)自身力量，回復(fù)原來狀態(tài)的能力。它是與操縱性相對的，后者是指改變原來平衡狀態(tài)的能力。過高的穩(wěn)定性，會使操縱性變壞。

對賽車，方向穩(wěn)定性與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、懸掛系統(tǒng)的構(gòu)造、輪胎性能、重心位置等都有關(guān)系。現(xiàn)在只就氣動力影響部分加以分拆。

　　假設(shè)賽車在行駛中，受到干擾而使車輛發(fā)生β角的偏航。這時側(cè)滑阻力在垂直車軸線的分力分別為：

左右前輪阻力合力

Ff ＝μ*(Wf + Yf)

左右后輪阻力合力

Fr ＝μ*(Wr + Yr)

　　μ：輪胎地面?zhèn)然瑫r摩擦系數(shù)，Wf、Wr：重量在前、后輪上的分力，Yf、Yr：前、后輪處負升力

前阻力Ff對重心的力矩是非穩(wěn)定的

Mf ＝μ*(Wf + Yf)*lf

后阻力Fr對重心的力矩是穩(wěn)定的

Mr ＝μ*(Wr + Yr)* lr

　　lf、lr：是重心到前、后輪軸的距離。