对影响轮胎与路面间附着性能因素的分析

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对影响轮胎与路面间附着性能因素的分析刘哲义（武汉汽车工业大学武汉市影响轮胎与路面间附着性能的因素是多方面的，但主要的是轮胎、路面以及滑动率等，通过分析，揭示这些因素的特点和变化规律，并加以改善，以提高行车安全。

上改进而成h它具1有两大结构特点。mileleetroniepublishing刖言附着性能是轮胎与路面间互相作用所表现出来的最重要的物理性能它表示路面可能提供给轮胎的最大附着力（摩擦力），作为汽车驱动、制动和转向的动力之源；或者说，它是轮胎承受相当大的切向力时，仍然与路面保持良好附着而不滑动的能力。

附着性能优劣是以附着系数h的大小来表示的。

大家知道，作用在汽车上的各种外力，除了空气阻力以外，其余全是经由轮胎与路面间附着作用而作用在汽车上的因此，附着性能无时不深刻影响着汽车几乎所有的使用性能它既是汽车正常行驶的前提条件，同时又是制约汽车行驶状态，关系行驶安全的重要因素。由此可见，就影响轮胎与路面间附着性能因素进行分析，对于预测附着性能，改善路面状况，提高道路交通安全等都具有重要的现实意义影响附着性能的因素很多，但主要的是轮胎、路面以及滑动率等1轮胎对附着性能的影响轮胎对附着性能的影响主要表现在轮胎的结构型式胎面花纹和轮胎扁平率1.1轮胎结构型式的影响目前广泛使用的轮胎结构型式主要有子午线轮胎和斜交轮胎。子午线轮胎是在传统斜交轮胎基础（1）它将斜交轮胎帘布层帘线由斜交叠加排列改进为平行叠加排列且帘线与胎面中心线垂直，见（b）这样使帘线受力方向与轮胎承载变形方向一致，理论上每根帘线的拉伸强度得到最充分的利甩带来的好处是，在承载能力相同条件下，子午线轮胎帘布层数可减到斜交轮胎的1/2左右，因此它的胎体柔软径向刚度小。同时带来的问题是它的帘布层只能承受法向（径向）载荷，却无法承受周向和横向载荷。假如子午线轮胎只有帘布层的话，汽车是无法行驶的子午线轮胎与斜交轮胎（2）为了解决上述问题，子午线轮胎在帘布层外面包着一圈周向几乎不可拉伸的带束层，带束层如同坦克履带紧束帘布层在带束层的作用下，轮胎的周向和横向刚度要比斜交轮胎的大得多。

轮胎胎体不同方向（径向、周向和横向），不同刚度（径向刚度小，周向和横向刚度大）特性巧妙地融为一体相得益彰。因此，子午线轮胎具有一系列斜交轮胎不可比拟的优点，其中之一就是它的接地面积大、单位压力小，胎面与路面间的滑移量小。所以子午线轮胎附着性能明显优于斜交轮胎。对比试验结果见表1所示表1子午线轮胎与斜交轮胎附着系数9的对比道路混凝土路沥青路硬雪路光滑干燥潮湿干燥潮湿冰路子午胎斜交胎子午胎比斜交胎提高率注：①表中数值是在车速为30km/h时测量的；轮胎载荷为2940n；1.2胎面花纹的影响胎面花纹的主要作用就是提高轮胎的附着性能胎面花纹主要从其型式、密度系数和深度对附着性能产生影响。

型式的影晌胎面花纹增加了接地弹性在胎面和路面间的切向力的作用下，接地橡胶块将产生较大的切向弹性变形，这种路面作用于橡胶块的弹性变形力及其恢复力之合力即为轮胎附着力的一部分目前广泛使用的胎面花纹型式主要有纵向花纹、横向花纹和混合花纹纵向花纹特点是纵向连续、横向间断，见（a），故花纹纵向刚度大而横向刚度小。因此纵向花纹轮胎的横向抗滑能力强，适合于速度较高的轿车使用；横向花纹特点是横向连续，纵向除胎面中间部分连续外，其余间断，见（b）故横向花纹轮胎的纵向抗滑能力强，适合于牵引力较大的货车使用；混合花纹介于纵向花纹和横向花纹之间这种纵横兼有的花纹，决定了轮胎纵横向附着性能比较均衡，适合于轿车货车及其它车辆使用，见（c）密度系数的影晌花纹密度系数是指轮胎和路面实际接触面积与接地面积之比花纹密度系数了轮胎附着性能，而且使胎面花纹沟槽贮水，排水和排除空气性能降低这种轮胎在湿路面上容易产生所谓的“滑水现象”

危害是接触面积变小，单位压力增大，胎面磨损严重；花纹块也因刚度小，受力大而易被撕裂脱落，轮胎附着性能同样会变坏因此，胎面花纹密度系数应在综合考虑汽车使用条件，路面状况，轮胎预期寿命等因素后合理选择（3深度的影响。胎面花纹深度从多方面影响轮胎性能，如轮胎滚动阻力、生热性、耐磨性、使用寿命等，而对轮胎附着性能的影响是其中的一个重要方面很清楚，将有花纹轮胎和无花纹轮胎作一附着性能对比试验，可以发现，无论在干燥潮湿或者其他路面上，前者附着性能明显优于后者。这说明胎面花纹深度直接影响着轮胎的附着性能，从而直接影响到汽车使用性能和安全性因此，各国对汽车轮胎花纹磨损极限都有明确的法规（表2），并在轮胎胎肩沿圆周若干等分处模印有标志当胎面花纹磨损距沟槽底部约1.6mm时（大部分轿车轮胎如此规定），在处花纹便已磨掉，于是在胎面圆周上呈现出若干等分的横条状光胎面，以此警示该轮胎已不能再继续使用，必须及时更新。

表2胎面花纹深度磨损极限mm国家轿车货车客车美国西欧日本中国1.3轮胎扁平率的影响增大，则接触面胎面刚度随厉盛局趾品系列甚至品系列，bookmark2扁平率是指轮胎断面高度h与断面宽度之比，即：h/bk100%它是描述轮胎外廓特征的重要参数从20世纪50年代以来，汽车轮胎尤其是轿车轮胎扁平率不断下降，由原来100系列下降到当今的标，其中一个重要指标是改善轮胎附着性能这是因为低扁平率可使轮胎和轮辋加宽，横向刚度增大；又因接地面积大，轮胎不易打滑，附着性能明显提高。

2路面状况对附着性能的影响路面状况主要包括路面的种类粗糙度、清洁度以及湿度等不同种类的路面与轮胎间附着系数虽有差异，但都能满足汽车使用要求（表3）表3几种主要路面的附着系数路面种类干燥混凝土潮湿混凝土干燥沥青潮湿沥青干燥土路峰值附着系数h滑动附着系数h路面粗糙度是指路面微观不平度。随着路面粗糙度的增加，附着系数也将随之增力p.这是由于路面较大尺寸的微小凸体具有提高胎面橡胶弹性变形能力；而较小尺寸的微小凸体对胎面橡胶具有微切削作甩微切削过程中所产生的切削阻力构成了轮胎与路面间附着力的一部分随着使用年限和交通量的增加，自然的风化作用，使得路面微观凸体逐渐钝化而变得光滑，附着性能随之衰退对于这样的路面应采用机械方法将路面打毛，使其恢复到要求的粗糙度路面清洁度随着气候、地理位置、周围环境、高交通量以及各种人为因素的影响而处于经常变化之中。例如路面不时覆盖和（或）嵌入诸如积水、冰雪、砂粒、油渍、泥土、橡胶磨粒及农作物等它们不同程度地阻隔了路面和胎面的接触，使得路面附着系数显著下降（见表今表6）如何避免和及时清除覆盖及嵌入物，使路面经常保持良好的清洁度是道路交通管理和养护部门需解决的重要课题表4一般覆盖物路面的滑动附着系数9，覆盖物干细砂湿细砂砂土粉煤灰稀泥混凝土路沥青路表5农作物覆盖路面的滑动附着系数9，覆盖物小麦谷子干杂草干麦秸混凝土路沥青路铺撒物无铺撒碎石（粒径铺撒细砂（粒径0.020.04mm）冰面压实积雪表6冰雪路面的滑动附着系数9.，路面潮湿程度对附着性能影响也是十分严重的显示，路面粗糙度愈低（曲线2），水层愈厚，则路面附着系数愈小。目前抑制湿路面附着性能衰退，主要从改善路面排水性和轮胎排水性入手。

宏观上，路面横向应做成向两侧倾斜的坡度，便于及时排水；微观上，路面应具有一定密度和深度的沟槽，便于水从轮胎与路面接触区域排出轮胎排水性主要与胎面花纹设计有关，主要特点是在胎面上设计出宽而深的排水沟（主沟），故在轮胎与路面之间形成了较大的排水空间。这种主沟对水流的阻力小，轮胎可将集中到中部的积水及时地排向胎后此外，在主沟两侧的胎面上设有通往胎侧的侧向花纹沟，这些侧沟的排水距离短，排水效率高，从而进一步提高了轮胎排水能力。为两种新型的抗滑水轮胎花纹型式。

3滑动率s对附着性能的影响chinaaeademicournalelectronicpublishing！当接地后部的切向力超过静摩擦力时，则这部滑动率s表示轮胎与硬路面在接地区域内两者相对滑动的程度通常以为轮胎（无论是驱动轮、制动轮或从动轮）是在路面上作单纯的滚动，其实不然，轮胎在接地区域程度不同地存在着弹性滑转现象。试验和分析证明，汽车制动或驱动时，路面和轮胎带束层之间的相对位移量是与离开接地前端的距离成比例增大，也就是说胎面橡胶的切向变形量和切向力是沿着接触长度成比例增加的。

分胎面相对路面滑动因此，按胎面和路面间摩擦特性不同，接地区域一般可以分为静止域和滑动域两部分路面作用到胎面上的切向反力实际上是静止域静摩擦力和滑动域动摩擦力之和由此可见，附着力不遵循库伦摩擦定律（即摩擦力等于车轮上法向载荷乘以比例常数）；附着系数也不同于摩擦系数而是随滑动率的变化而变化给出了试验所得的驱动和制动轮胎附着系数曲线，即h-s曲线抗滑水轮胎胎面花纹当出现制动轮抱死沿路面滑拖（s=1）或驱动轮原地滑转（s= -1）极限情况时，从可知，不仅纵向附着系数明显减少而且横向附着系数急剧减小而趋于0此刻汽车将完全丧失操纵稳定性和方向性；侧滑随时可能发生由此引发的交通事故层出不穷为了避免和减少上述事故发生，现代汽车普遍装有诸如制动防抱死装置或（和）驱动防滑转装置等主动安全装置，以提高和保持轮胎与路面间必需的附着性能4结语综上所述可知，轮胎与路面间附着性能是多方面因素综合作用的结果，而这些影响因素按其自身规律处于不断变化之中。因此，轮胎与路面间附着性能在不同的时空内表现出很强的差异性并深刻影响着汽车性能笔者认为，对上述影响因素的分析，揭示这些因素的特点和变化规律，提出改善附着性能的途径和方法等工作对于提高汽车性能，改善道路交通条件，提高行车安全性等具有重要的指导意义

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