loading
型、密度系数和深度三个方面的内容。胎面花纹基本上可分为纵向花纹、横向花纹和块状花纹三类。纵向花纹在纵向是连续的，而横向是间断的。在纵向力作用下其胎面的切向变形很小;而在横向力作用下，其胎面就相当于若干个悬臂梁，将发生较大的切向变形。因此，当轮胎上同时作用有纵向力和横向力时，轮胎与路面间的摩擦力方向将主要偏向于横向，即纵向花纹轮胎有较好的横向防滑能力。与纵向花纹相反，横向花纹在横向是连续的，而纵向除中间部分外都是向断的。因此当轮胎上同时作用有纵向力和横向办时，轮胎和路面间的摩擦力方向将主要偏向于纵向，即横向花纹有较好的纵向防滑能力。另外，在较软路面上，横向花纹和路面间存在一定的啮合作用，从而可提高它的纵向抗力。块状花纹的纵向和横向刚度比较接近，因此它既具有一定的纵向防滑能力，又具有一定的横向防滑能力。块状花纹轮胎在雪地、沙地以及其它一些软路面上滚动
时，它和路面间在纵向和横向都存在一定的啮合作用，从而提高了它在这些路面上的防滑能力。
胎面花纹密度系数主要对轮胎与路面间的实际接触面积，胎面花纹的贮水、排水能力和胎面切向刚度等有影响[6]。显然，胎面花纹密度系数越大，轮胎与路面间的实际接触面积就越大，这可增加轮胎与路面间的附着能力。但胎面花纹密度系数增加后，在胎面花纹深度一定的情况下，将降低胎面花纹的贮水和排水能力。当路面上水膜较厚时，轮胎与路面间实际接触区域内的水就可能没完全排出，从而降低了轮胎在路面上的附着能力。另外，胎面花纹密度系数的增加还将显著提高胎面切向刚度，使胎面在切向力作用下产生的变形量比预期值下降，从而改变摩擦力的方向。胎面花纹深度对轮胎滚动阻力有较显著的影响，胎面花纹越深，则轮胎滚动过程中产生的弹性变形量就越大，由弹性滞后而形成的滚动阻力就越大。另外，较深的胎面花纹将影响轮胎散热，使轮胎温升加快;但胎面花纹浅又将影响其贮水、排水能力和切向变形能力。外，确定胎面花纹深度时还需考虑磨损余量的因素。
轮胎的高宽比等其它结构参数对轮胎与路面间的摩擦也有一定的影响。高宽比越大，轮胎滚动时产生的弹性变形就越大，由弹性滞后效应产生的动阻力就越大。 2.2.3 路面状况及气候的影响
在轮胎与路面摩擦副中路面是一个摩擦表面路面状况对轮胎与路面间的摩擦有较大的影响。路面状况主要是指路面种类、路面的粗糙度、波纹度、污染情况及湿度等川。在没有污染的干燥路面上，各种路面与轮胎间的摩擦系数虽有差异，但基本上都能满足轮胎的行驶要求。此时对轮胎与路面间摩擦系数影响最大的因素是路面的粗糙度。路面粗糙度越大，则轮胎与路面间摩擦系数越大。研究表明，路面粗糙度除和路面种类有关外，还受天气和季节的影响。
当路面上存在油渍等污染物时，由于油渍具有很强的润滑作用，将使轮胎与路面间的摩擦系数急剧下降，从而使车辆失去操纵性、制动性和驱动性。除油渍外，路面上最常见的污染物是从轮胎上磨削下来的橡胶磨粒，橡胶磨粒能显著地降低轮胎与路面间的摩擦系数，当路面潮湿时尤为严重川。因此，应定期用水对路面进行冲洗，以清除路面污染。
轮胎在潮湿路面上滚动时，由于水的润滑作用，其与路面间的摩擦系数将会显著下降。为了提高摩擦系数，应尽量使轮胎与路面接触区域里的水从接触区域排出，以增加轮胎与
- 5 -
路面间的实际接触面积。为此，可采取下面几种措施:
a.适当减小轮胎的胎面花纹密度系数，增大胎面花纹的贮水和排水能力。
b.改变胎面花纹的图案，以便水从接触区域流出(如在粗花纹基础上再刻细花纹)。有一种可增加轮胎与路面间直接接触面积的胎面花纹形式，当轮胎一与路面间有水时，左边的胎面花纹较易变形，可向两侧张开，使胎面的贮水能力增加，从而减少水进人轮胎与路面接触区域的可能性。
c.在路面的横向上做成一定的坡度，以便于宏观排水。
d.在路面的横向上做出一定密度和深度的沟槽，以便水从轮胎与路面的接触区域排出。
e.适当降低汽车的行驶速度。水从轮胎与路面的接触区域排出是需要一定时间的，当汽车行驶速度太高时，本来可以排出的水就可能来不及排出，从而使轮胎与路面间的摩擦系数降低。而且当路面水膜较深时，只要汽车行驶速度高于某一临界速度，轮胎与路面间就会发生水滑效应，从而使汽车完全失去操纵性。另外，无论采取何种措施，轮胎与湿路面间的摩擦系数总是要降低的，因此降低车速有助于保证汽车的安全行驶。冰和雪的摩擦特性决定了轮胎与结冰路面及雪地之间的摩擦系数总是非常低的，在O℃附近尤为低。因为此时摩擦产生的热会使冰或雪融化产生水，而水的润滑作用将使摩擦系数进一步降低。为了提高摩擦系数，同样应尽量使融化产生的水从轮胎与路面的接触区域排出，以增加轮胎与路面直接接触的面积。 2.2.4 其他因素的影响
对轮胎与路面间摩擦有影响的因素很多，除上述因素之外，还有载荷、充气压力、磨损情况、胎面材料性能及环境的温度和湿度等。
在坚硬的路面上，如果轮胎充气压力较低，则它在滚动中所产生的弹性变形就较大，由弹性滞后而造成的滚动阻力也就较大。但较低的充气压力将有助于增加轮胎与路面间的直接接触面积，从而提高轮胎与路面间的附着能力。与此相反，如果轮胎的充气压力较高，则其滚动阻力就相对较小，轮胎与路面间的附着能力也将减小。虽然轮胎在坚硬地面上的滚动阻力随胎压的增加而减少，但在土等变形地面上，胎压高时地面变形功将增大，因而滚动阻力增大;而胎压低时地面变形减小，轮胎变形增大，弹性滞后损失增加，故对某一特定的地表条件存在一最佳的胎压值。
胎面磨损对轮胎与路面间的摩擦有较大的影响。胎面磨损后将显著降低胎面花纹的贮水和排水能力，从而使轮胎与湿路面间的摩擦系数降低。胎面磨损后还将增加其切向刚度，使胎面在切向力作用下的变形情况与设计值发生较大的差异，从而改变了轮胎与路面间摩擦力的方向，这会使有效摩擦力值显著降低。 2.3 轮胎滑水模型建立及计算 2.3.1物理模型
设矩形胎面单元与路面之间充满液体，且随着胎面单元向前滑动，液体源源不断地从前端进入，从后端排出。下图为胎面单元在潮湿路面上行驶产生动力润滑的物理模型.
- - 6 -
图2-1胎面单元与路面接触模型
在这个物理模型中，轮胎被简化为以一定速度运动的橡胶块胎面单元，在胎面单元下
表面上带有花纹，液膜厚度在速度的反方向上逐渐变薄。在该模型中在考虑了胎面单元和路面综合粗糙度的影响之外，把胎面单元的柔性变形也纳入计算范围，这将使本研究更接近事实[7]。同时，为了研究方便，将橡胶块表面单元按下图12*12进行剖分。
图2-2 胎面单元的网格剖分
2.3.2ReynoIds方程
同时考虑动压.挤压效应以及光滑表面的雷诺方程如下:
?3?p???p??u?h?h?（h)??h3??12u0???? （2-1） ?x?x?y??y??2?x?t?式中，h为液膜厚度，u为胎面单元相对路面的滑动速度，p为液膜动压力,P=P(X,Y,T);U为液体粘度,T为时间;边界条件为:
p(x,y,t)?0?p(x,y,t)/?n?0 （2-2）
h(x,y,o)?h00?式中,n为对称边界外法线;hoo为初始时刻胎面单元表面位置。 2.3.3 膜厚方程 膜厚方程为
h?h0(t)?h1(x,y,t) （2-3） 式中，h0为胎面单元为刚性时的表面高度位置;h1为胎面单元表面的垂直变形。
- 7 -
2.3.4 橡胶块的力平衡载荷方程
（2-4）
式中，Dx为胎面单元表面区域，F为作用在胎面单元上的垂直外载荷。这里我们取F/S=0.25Kpa,S为胎面面积。
液膜动压、挤压运动分析需联立上面几个方程。雷诺方程是一个二阶变系数椭圆方程，可采用数值方法求解。由于结果的对称性，为了加快运行速度，如图2一2，计算所用直角坐标系的原点位于胎面单元表面第一列、第七行的网格点上，x、y、z坐标方向分别沿单元的长、宽、高方向[8]。平行四边形单元是可以经坐标变换将物理域转换为正方形计算域以后进行分析的。通过将计算域分成许多微小均匀的子域，可得该定解问题的隐式差分格式。离散化以后的方程组为
（2-5）
式中，分别为在x、y方向的网格长度;l、m、n分别为计算域在x、y方向的离散点数及时间步数。crsy为变形矩阵的元素; eij为载荷系数。
- - 8 -