汽配轮材同道路路层接触数据的探讨

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要保证汽车在公路上安全行驶，轮胎胎面与必须有足够的摩擦力（附着力），通常用附着系数来表示。附着系数Υ，是路面对轮胎切向应力的大值Σmax与路面的法向应力pg之比：Υ=Σmaxpg（1）轮胎与路面的摩擦从摩擦学上讲，轮胎胎面与路面是一对相接触运动的两个物体，也称一对摩擦副。在这对摩擦副中，由于胎面的制造误差以及路面的材料和施工的要求，使它们的接触表面都存在有大量的微小凸凹不平之处。这些凸起部分，称为微凸体；凹下去部分，称凹谷（峰谷）。

由于路面上的微凸体的高度不一致。当车辆处于正常载荷时，胎面与路面仅在接触区内的许多小块面积上相接触（称接触斑点）。这些斑点的总和称为轮廓接触面积ag，轮廓接触面积上的垂直（法向）载荷，则称为轮廓法向接触应力pg。

胎面与路面的摩擦力由于胎面与路面有摩擦存在，轮胎运动时必然会产生摩擦力。摩擦力可以理解为路面对胎面相对移动的阻力，其方向与轮胎运动方向相反。胎面与路面之间的摩擦，是属于固体的外摩擦。外摩擦力的大小，是由轮胎沿切线方向的位移所决定的。因此，要计算附着系数，必须首先确定胎面与路面之间的摩擦力t。分析表明，胎面与路面的摩擦力包括两个部分：一部分取决于路面的粗糙度、路面种类、污染（油污）、湿度以及轮胎材料和花纹等，这些称为粘附分量tm；另一部分则是轮胎移动中，路面的微凸体压入胎面表层橡胶而使之产生变形时的阻力，称为变形分量tb。应当指出，这两个分量是相互关联的。当计算总摩擦力时，作为近似计算，可采用两者算术和：

t=tm+tb（2）212影响摩擦力的因素为了提高轮胎与路面的摩擦力（附着力），防止其在路面上打滑。胎面均设计了各种花纹。实际测试表明，胎面花纹对轮胎的工作性能起着十分重要的作用。

胎面花纹主要是用来清除雨雪天气中胎面与路面实际接触区内的水分，增大总摩擦力中的粘附分量。由于胎面花纹突出于胎面，它会造成实际接触应力明显大于不计胎面花纹时的接触应力。另外，轮胎的结构、胎面花纹形状、车辆载荷、车轮的驱动力矩和制动力矩、轮胎气压，都会影响胎面上的接触应力的大小和分布特性。

轮胎与路面的受力分析1轮胎的受力分析为汽车以速度v行驶时，驱动轮上的受力简图。由于轮胎本身还充有压缩空气，具有一定的内压力。这样，它在内、外力、扭矩的作用下，会产生变形。

对于具体的一辆汽车，其车辆载荷、轮胎结构参数和轮胎气压均为定值。这时，附着力的大小取决于胎面与路面的摩擦力，而摩擦力取决于路面的粗糙度，粗糙度则取决于路面形貌。

路面形貌路面形貌是指路面施工后保留下来的路面几何形貌，通常以单位面积上的微凸体个数，以及微凸体的几何形状和高度分布来表征。为水泥混凝土与沥青路面的截面轮廓图。从这些轮廓图可以看出，路面的微凸体形状近似于球截体。这些球截体位于某一基准线上且沿高度方向分布。为路面微凸体纵截面几何参数评定图。

h为微凸体的高度；l为路面取样长度图2水泥混凝土与沥青路面的表面轮廓rmax为微凸体大轮廓峰谷距；rp为微凸体轮廓大高度；ra为微凸体轮廓峰谷距算术平均值；tp为微凸体轮廓支承线长度（基准线上的粗黑线）说明：算术平均值，为5个以上微凸体算术和除以微凸体的个数图3路面微凸体纵截面几何参数评定根据文献可知，我国路面规范对各级道路均提出了粗糙度标准以路面细构造深度（td）值来表征。标准规定，高速公路、一级公路：沥青路面，td≥0155mm；水泥混凝土路面，td≥018mm；其他级别的水泥混凝土路面，td≥016mm.

由于微凸体近似于球截体，实际上td值仅反映的是中微凸体轮廓峰谷距的算术平均值ra，并不能反映整个微凸体的基本形貌。我们用来说明这一问题。一组粗糙度td值相等的微凸体示意图。

从图上可以看出，（a）、（b）、（c）这3种微凸体虽然高度一样，但是由于其峰顶部的曲率半径r和支承面的尺寸tp等参数不相等，使得微凸体与胎面的接触应力，以及压入胎面橡胶层的深度等数值均不可能相等，这会造成路面与胎面的摩擦力有很大区别。若不考虑这些条件，将会造成理论计算的附着系数与实测值有较大的出入。为此，特引进了反映路面微凸体形貌的几何参数rmax、r、v、b、，作为路面粗糙度的评定参数。这几个评定参数中的v、b、值，可按式（9）计算，计算公式中所涉及的微凸体其他参数。图4路面微凸体纵截面轮廓示意v=2tmrpra-1b=tmrmaxrpv=rmaxrb1v（9）式中：tm为微凸体纵截面支承线长度tp的算术平均值；r为微凸体顶部平均曲率半径（r=rhrv，rh、rv为微凸体顶部的横向和纵向平均曲率半径）。

附着系数的计算从式（2）可知，附着力（摩擦力）为摩擦力粘附分量与变形分量之和。其中，摩擦力粘附分量，取决于实际接触区内胎面与路面材料分子之间的相互作用；摩擦力变形分量，则取决于路面微凸体压入胎面表层使之发生变形时产生的滞后损失。

当汽车在公路上行驶时，若司机发现轮胎打滑现象出现时，为了确保行车安全，可用增大轮胎气压或车辆载荷的方法来提高轮胎与路面的附着系数，但在调整这两个指标时，必须控制其调整量。否则，不但不能提高轮胎与路面的附着系数，还会使之下降，造成轮胎更容易在路面上打滑。另外，若司机需要制动时，特别是未安装abs装置的车辆，不应当将制动器踩得过死，以免因轮胎被抱死而在路面上做纯滑动时造成附着系数下降而出现事故。

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