汽車論文7(1)

1、北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）誠信申明本人申明：我所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下對四年專業(yè)知識而進(jìn)行的研究工作及全面的總結(jié)。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中創(chuàng)新處不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京化工大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而已經(jīng)使用過的材料。與我一同完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的同學(xué)對本課題所做的任何貢獻(xiàn)均已在文中做了明確的說明并表示了謝意。若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。本人簽名： 年 月 日汽車輪胎附著性能的分析與應(yīng)用尚同汽車服務(wù)工程專業(yè) 汽車0901班 學(xué)號090107010指導(dǎo)教師 宮喚春老師摘 要 隨著時(shí)

2、代的發(fā)展，現(xiàn)代汽車對輪胎的要求越來越高，尤其是對輪胎附著性能的要求最為強(qiáng)烈。作用于汽車輪胎上除空氣阻力之外的各種外力，都是由輪胎與地面間的附著作用而作用在汽車上。因此，附著性能無時(shí)無刻影響著汽車的使用性能。它不僅是汽車正常行駛的前提條件，而且又是制約汽車行駛狀態(tài)，關(guān)系行駛安全的重要因素?？梢?，就影響輪胎與路面間附著性能因素（如輪胎、路面及滑動(dòng)率）進(jìn)行分析，對提高汽車的安全行駛，提高道路交通安全等有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。 對影響汽車輪胎附著性能因數(shù)的分析：一，輪胎結(jié)構(gòu)形式對附著性能的影響。其中包括不同結(jié)構(gòu)輪胎（子午線輪胎和普通斜交胎）和不同花紋輪胎（橫向、縱向、混合花紋）的影響。二，路面狀況對附著性

3、能的影響，包括不同路面種類（礫石路、土路、壓緊的雪路和結(jié)冰的路面等）、粗糙度及清潔度，濕度等的影響。三，滑動(dòng)率S對附著性能的影響，其中滑動(dòng)率可分為三種不同狀態(tài)下對附著性能的影響，即純滑動(dòng)時(shí)、純滾動(dòng)時(shí)和邊滑邊滾時(shí)。最終得出附著系數(shù)與其不同影響因數(shù)間的關(guān)系，了解到輪胎附著性能在汽車行車中的重要作用及未來輪胎的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞： 汽車輪胎 附著系數(shù) 附著性能 滑動(dòng)率Automobile tire adhesion performance analysis and applicationAbstractWith the development of the times, the modern auto

4、mobile tires have become increasingly demanding, especially on the adhesion of tire for the most intense. In automobile tire except air resistance outside the range of external forces is between the tire and ground attachment function and role in automobile.Therefore,every hour and moment adhesion p

5、erformance affects the performance of the vehicle. It is not only the precondition of normal running of the vehicle, but also restricts the vehicle driving state, important factors driving safety. Visible,will affect the performance of tire and road adhesion (such as tire ,road surface and the slidi

6、ng rate )analysis , To improve the safety of vehicles has important practical significance to improve road traffic safety.Analysis of the effect of tyer adhesion factor:one, effect of tire structure on adhesion properties .Including the different structure of tyer (tire and common bias tire ) and di

7、fferent tire (horizontal ,vertical ,the influence of mixed pattern ). Tow ,pavement condition effect on adhesion properties , including different pavement types (gravel,dirt road ,compacted snow and icy roads and so on), cleanliness , the humidity effect etc. Three ,the sliding rate affect the adhes

8、ion properties the on sliding rate , which can be divided into three different conditions influence on adhesion properties ,namely pure sliding , rolling and sliding side edge rolling .Finally the adhesion coefficient and its influence factor relations, understand the important role to the tire adhe

9、sion in automobile driving and the future development trend of tire .Key word: auto tyer attachment coefficient adhesion property sliding ratio目 錄前 言 1第一章 輪胎及輪胎附著性能的發(fā)展 2第二章 輪胎的類型和結(jié)構(gòu)及對附著性能的影響 5第2.1節(jié) 不同結(jié)構(gòu)輪胎對附著性能的影響 5第2.2節(jié) 輪胎花紋的影響 8第2.3節(jié) 輪胎扁平率的影響12第3章 路面狀況對附著性能的影響13第3.1節(jié) 路面種類的影響13第3.2節(jié) 路面粗糙度的影響13第3.3節(jié)

10、清潔度及濕度的影響14第4章 不同條件下附著系數(shù)的變化 17第4.1節(jié) 不同滑動(dòng)率下附著系數(shù)的變化17第4.2節(jié) 其他不同條件下的附著系數(shù)19第5章 未來輪胎的發(fā)展趨勢23第5.1節(jié) 論文概括23第5.2節(jié) 未來輪胎的預(yù)測24結(jié) 論 27參考文獻(xiàn) 28致 謝 2930前 言我國是一個(gè)發(fā)展中國家，和發(fā)達(dá)國家相比較，我國的汽車工業(yè)水平平均比發(fā)達(dá)國家汽車工業(yè)水平落后若干年，尤其在汽車的設(shè)計(jì)構(gòu)造、使用性能方面極其突出。因此，國外對與輪胎附著性能的研究和發(fā)展可以說遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越于我國。汽車車輪附著力的大小標(biāo)志著附著性能的好壞。汽車的附著力決定于附著系數(shù)以及地面作用于驅(qū)動(dòng)輪的法相反作用力，附著系數(shù)主要取決于路面

11、的種類和狀況，還有車輪結(jié)構(gòu)、輪胎花紋以及使用條件等附著性能是輪胎與路面間相互作用的結(jié)果。它的大小直接由路面提供給輪胎的附著力所表示。隨著時(shí)代的發(fā)展，現(xiàn)代汽車對輪胎的要求越來越高，尤其是對輪胎附著性能的要求最為強(qiáng)烈。作用于汽車輪胎上除空氣阻力之外的各種外力，都是由輪胎與地面間的附著作用而作用在汽車上。因此，附著性能無時(shí)無刻影響著汽車的使用性能。它不僅是汽車正常行駛的前提條件，而且又是制約汽車行駛狀態(tài)，關(guān)系行駛安全的重要因素?？梢?，就影響輪胎與路面間附著性能因素（如輪胎、路面及滑動(dòng)率）進(jìn)行分析，對提高汽車的安全行駛，提高道路交通安全等有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。第一章 輪胎及輪胎附著性能的發(fā)展早期的汽車使

12、用木制或鐵皮的車輪，汽車的懸架結(jié)構(gòu)也不完善，盡管汽車行駛速度不高，但還是顛簸得厲害。1845年，英國一個(gè)鐵匠獲得了第一個(gè)橡膠充氣輪胎的專利權(quán)，之后，輪胎行業(yè)急速發(fā)展。直到現(xiàn)在，在輪胎上的追求不僅僅局限于外形等簡單方面，縱多的汽車工程師正傾注大量心血于輪胎的研究，在輪胎性能方面做出了巨大貢獻(xiàn)。為汽車的安全行駛做了新的保障。輪胎是在各種車輛或機(jī)械上裝配的接地滾動(dòng)的圓環(huán)形彈性橡膠制品。通常安裝在金屬輪輞上，能支承車身，緩沖外界沖擊，實(shí)現(xiàn)與路面的接觸并保證車輛的行駛性能。輪胎常在復(fù)雜和苛刻的條件下使用，它在行駛時(shí)承受著各種變形、負(fù)荷、力以及高低溫作用，因此必須具有較高的承載性能、牽引性能、緩沖性能。同

13、時(shí)，還要求具備高耐磨性和耐屈撓性，以及低的滾動(dòng)阻力與生熱性。世界耗用橡膠量的一半用于輪胎生產(chǎn)。1 隨著時(shí)代的發(fā)展，現(xiàn)代汽車對輪胎的要求越來越高，尤其是對輪胎附著性能的要求最為強(qiáng)烈。作用于汽車輪胎上除空氣阻力之外的各種外力，都是由輪胎與地面間的附著作用而作用在汽車上。因此，附著性能無時(shí)無刻影響著汽車的使用性能。它不僅是汽車正常行駛的前提條件，而且又是制約汽車行駛狀態(tài)，關(guān)系行駛安全的重要因素。可見，就影響輪胎與路面間附著性能因素（如輪胎、路面及滑動(dòng)率）進(jìn)行分析，對提高汽車的安全行駛，提高道路交通安全等有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。 汽車車輪附著力指地面對輪胎切向反作用力的極限值稱為輪胎附著力。附著力=垂直載

14、荷乘以附著系數(shù)。附著力的大小與車重、輪胎的材質(zhì)、類型、花紋、胎壓、地面種類、干燥情況、溫度，還和車速有關(guān)。汽車車輪附著力的大小標(biāo)志著附著性能的好壞。汽車的附著力決定于附著系數(shù)以及地面作用于驅(qū)動(dòng)輪的法相反作用力，附著系數(shù)主要取決于路面的種類和狀況，還有車輪結(jié)構(gòu)、輪胎花紋以及使用條件等。附著性能是輪胎與路面間相互作用的結(jié)果。它的大小直接由路面提供給輪胎的附著力所表示。隨著時(shí)代的發(fā)展，現(xiàn)代汽車對輪胎的要求越來越高，尤其是對輪胎附著性能的要求最為強(qiáng)烈。作用于汽車輪胎上除空氣阻力之外的各種外力，都是由輪胎與地面間的附著作用而作用在汽車上。因此，附著性能無時(shí)無刻影響著汽車的使用性能。它不僅是汽車正常行駛的

15、前提條件，而且又是制約汽車行駛狀態(tài)，關(guān)系行駛安全的重要因素?？梢?，就影響輪胎與路面間附著性能因素（如輪胎、路面及滑動(dòng)率）進(jìn)行分析，對提高汽車的安全行駛，提高道路交通安全等有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀：我國是一個(gè)發(fā)展中國家，和發(fā)達(dá)國家相比較，我國的汽車工業(yè)水平平均比發(fā)達(dá)國家汽車工業(yè)水平落后若干年，尤其在汽車的設(shè)計(jì)構(gòu)造、使用性能方面極其突出。因此，國外對與輪胎附著性能的研究和發(fā)展可以說遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越于我國。如美國、韓國、日本等一些汽車工業(yè)相對發(fā)達(dá)的國家已經(jīng)對輪胎附著性能方面做了相關(guān)的研究，并取得了一定成果。而在國內(nèi)，也有不少的汽車工程師對汽車車輪的附著性能做了研究。劉長生（2006）汽車輪胎與公路

16、路面附著系數(shù)的研究 對汽車輪胎與公路路面的附著系數(shù)進(jìn)行了較詳細(xì)地分析與計(jì)算公式的推導(dǎo). 附著系數(shù)是路面對輪胎切向應(yīng)力的最大值與路面的法向應(yīng)力之比。2附著系數(shù)是一個(gè)極值函數(shù),在輪胎氣壓、車輛載荷和路面粗糙度這三項(xiàng)指標(biāo)其中之一選擇不當(dāng)時(shí),都會出現(xiàn)附著系數(shù)的最小值而影響行車安全.余卓平（2006）路面附著系數(shù)估算技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀綜述中提到隨著汽車保有量的增加，交通事故也隨之增加，特別是在道路附著條件較差的動(dòng)機(jī)，由于冰雪等惡劣的條件而使交通事故明顯增加，其主要原因就是冬季道路的附著條件變差，使得輪胎附著性能變差，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向失控或制動(dòng)距離過長等事故的發(fā)生。3 彭旭東(2009)輪胎摩擦學(xué)的研究與發(fā)展講述了一些

17、基于滑移率的附著系數(shù)估算方法。（1）使用單輪模型估算地面附著力，然后通過刷子輪胎模型根據(jù)當(dāng)前滑移率反推路面摩擦系數(shù)的方法。該方法主要是建立在仿真的基礎(chǔ)上，算法沒有采用場地試驗(yàn)驗(yàn)證估算結(jié)果的準(zhǔn)確性。另外該識別算法對輪胎模型的依賴性很強(qiáng)，需要準(zhǔn)確而又簡單的輪胎模型做基礎(chǔ)。（2）以輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)汽車為基礎(chǔ)，通過點(diǎn)擊輸出力矩和車輪轉(zhuǎn)角觀測路面附著力，在整個(gè)滑移率變化范圍內(nèi) 曲線的斜率進(jìn)行估算，從而估算路面附著系數(shù)。4 張彥輝（2007）胎面花紋對輪胎附著性能的影響通過從輪胎花紋對輪胎的附著性能的影響研究，建立力幾種輪胎花紋模型，并采用數(shù)值分析的方法，考慮了輪胎花紋的排水作用，研究了不同胎面花紋對輪胎附

18、著性能的影響，并對不同花紋胎面單元的壓力分布等進(jìn)行了深入的分析。田麒麟（2011）汽車輪胎與路面附著性能的分析作用在汽車上的各種外力，處了空氣阻力以外，其余全是經(jīng)又輪胎與論面間附著作用而作用于汽車上的，附著性能無時(shí)不刻影響著汽車幾乎所有的使用性能。它既是汽車正常行駛安全的重要因素，同時(shí)又是制約汽車的行駛狀態(tài)，關(guān)系行駛安全的重要因素。5第2章 輪胎的類型和結(jié)構(gòu)及對附著性能的影響第2.1節(jié) 不同結(jié)構(gòu)輪胎對附著性能的影響2.1.1輪胎結(jié)構(gòu)及作用 輪胎是在各種車輛或機(jī)械上裝配的接地滾動(dòng)的圓環(huán)形彈性橡膠制品。通常安裝在金屬輪輞上，能支承車身，緩沖外界沖擊，實(shí)現(xiàn)與路面的接觸并保證車輛的行駛性能。輪胎常在復(fù)

19、雜和苛刻的條件下使用，它在行駛時(shí)承受著各種變形、負(fù)荷、力以及高低溫作用，因此必須具有較高的承載性能、牽引性能、緩沖性能。同時(shí)，還要求具備高耐磨性和耐屈撓性，以及低的滾動(dòng)阻力與生熱性。世界耗用橡膠量的一半用于輪胎生產(chǎn)。輪胎通常由1外胎、2內(nèi)胎、3墊帶3部分組成。(圖2.1)其胎體內(nèi)層有氣密性好的橡膠層，且需配專用的輪輞。汽車輪胎按其胎體結(jié)構(gòu)形式不同可分為充氣式輪胎和實(shí)心輪胎。現(xiàn)在汽車大多數(shù)使用充氣輪胎，而充氣式輪胎按組成結(jié)構(gòu)不同，又可分為有內(nèi)胎輪胎和無輪胎兩種。充氣式輪胎按胎體簾線排列的方向不同，又可分為普通斜交輪胎和子午線輪胎。見圖2.2 斜交輪胎和子午線輪胎。6圖2.1 輪胎結(jié)構(gòu)現(xiàn)代汽車幾乎

20、都采用充氣式輪胎，安裝在輪輞上直接與路面接觸，其作用為：（1） 和汽車懸架共同緩和汽車在形式過程中所產(chǎn)生的沖擊，并減弱使之轉(zhuǎn)化為振動(dòng)，以保證汽車在行駛過程中的舒適性和平順性。（2） 承受整車負(fù)荷，并傳遞動(dòng)力和改變實(shí)行方向。（3） 保證車輪與路面間有著良好的附著性，以提高汽車的動(dòng)力使用效率在汽車實(shí)際行駛中，輪胎是起著重要的作用。它不僅支撐著整車的負(fù)荷，而且在轉(zhuǎn)向，制動(dòng)時(shí)起到至關(guān)重要的作用。因此，輪胎對其和路面間附著性能有著重要的影響。它對附著性能的影響主要表現(xiàn)在輪胎結(jié)構(gòu)形式、胎面花紋、輪胎扁平率。2.1.2普通斜交輪胎和子午線輪胎 普通斜交輪胎：簾布層和緩沖層各相鄰層簾線交叉且與胎中心線呈小于9

21、0角排列的充氣輪胎。簾布層是外胎的骨架，用以保持外胎的形狀和結(jié)構(gòu)，通常由成雙數(shù)的多層簾布用橡膠貼合而成。由于簾布層數(shù)多，強(qiáng)度上雖有增大，但是強(qiáng)度降低，附著性能有所下降。子午線輪胎：簾布層與胎面中心線呈90角或接近90角排列，與簾布層輪胎的子午斷面一致，很像地球上的子午線，所以稱為子午線輪胎。子午線輪胎是由簾布層、帶束層、胎冠、胎肩和胎圈組成，并以帶束層箍緊胎體。 子午線輪胎優(yōu)點(diǎn)： （1）接觸面積大，附著性能好，胎面滑移小，對地面單位壓力小，因而滾動(dòng)阻力小，使用壽命長 (2)胎冠較厚，不宜刺穿，形式時(shí)變形小，可降低油耗3%-8%。，簾布層少，散熱性能好 (4)在承受側(cè)向力時(shí)，接地面積基本不變，故

22、在轉(zhuǎn)向行駛和高速行駛時(shí)的穩(wěn)定性好（5）胎體簾布層的簾線與胎面中心線相互垂直，各層簾線彼此不交叉。由于胎體簾線按地球子午線方向排列，使簾線的強(qiáng)度能得到充分利用，故這種輪胎的簾布層數(shù)比普通斜線輪胎減少一半，因此胎體比較柔軟，彈性好。斜交輪胎 子午線輪胎 圖2.2 斜交輪胎和子午線輪胎子午線輪胎在以上所述的結(jié)構(gòu)上，在簾布層外面包著一圈周向幾乎不可拉伸的帶束層，這使帶束層像鋼腰帶一樣，緊緊箍在胎體上，以承受輪胎的內(nèi)壓和外力，大大提高了胎面的鋼性和強(qiáng)度，使得輪胎能夠承受較大切向力。子午線輪胎中的鋼絲帶則具有較好的柔韌性以適應(yīng)路面的不規(guī)則沖擊，又經(jīng)久耐用，它的簾布結(jié)構(gòu)還意味著在汽車行駛中有比斜交線小得多的

23、摩擦，從而獲得了較長的胎紋使用壽命和較好的燃油經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)子午線輪胎本身具有的特點(diǎn)使輪胎無內(nèi)胎成為可能。無內(nèi)胎輪胎有一個(gè)公認(rèn)優(yōu)點(diǎn)，即當(dāng)輪胎被扎破后，不像有內(nèi)胎的斜交線輪胎那樣爆裂，而是使輪胎能在一段時(shí)間內(nèi)保持氣壓，提高了汽車的行駛安全性。另外，和斜交線輪胎比，子午線輪胎還有更好的抓地性。通過在不同路面上兩種輪胎的附著系數(shù)的對比，可以看出子午線輪胎具有一系列斜交輪胎不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。見表2.17 表2.1 子午線輪胎與斜交輪胎附著系數(shù)的對比道路混凝土路瀝青路光滑路面硬雪路干燥潮濕干燥潮濕干燥潮濕子午線輪胎1.190.991.220.451.100.25斜交輪胎1.130.841.020.271.0

24、70.24子午胎比斜交胎提高率/%5.317.719.6662.84.1 雖說子午線輪胎優(yōu)點(diǎn)眾多，表現(xiàn)為子午線輪胎與普通斜線輪胎相比，彈性大，耐磨性好，滾動(dòng)阻力小，附著性能好，緩沖性能好，承載能力大，不易刺穿；但也有其自身缺點(diǎn)：胎側(cè)易裂口，由于側(cè)向變形大，導(dǎo)致汽車側(cè)向穩(wěn)定性稍差，制造技術(shù)要求高，成本較高。第2.2節(jié) 輪胎花紋的影響輪胎花紋對輪胎的性能影響很大。其主要作用就是增加胎面與路面間的摩擦力，提高胎面接地彈性，在胎面和路面間切向力(如驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力和橫向力)的作用下，花紋能產(chǎn)生較大的切向彈性變形。切向力增加，切向變形隨之增大，接觸面的“摩擦作用”也就隨之增強(qiáng)，從而增加輪胎與路面間的附著性

25、能，抑制胎面與路面打滑。輪胎花紋型式多種多樣，但歸納起來，主要有3種：普通花紋、越野花紋和混合花紋。普通花紋適合于在硬路面上使用。它分為縱向花紋、橫向花紋和縱橫兼有花紋。8汽車依靠輪胎支承在路面上，而直接與路面接觸的卻是輪胎花紋。輪胎不僅承載、滾動(dòng)，而且通過其花紋塊與路面產(chǎn)生的磨擦力，成為汽車驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)和轉(zhuǎn)向的動(dòng)力之胎面花紋主要從其型式、密度系數(shù)、深度對附著性能產(chǎn)生影響。2.2.1 不同花紋輪胎1普通花紋 隨著不同性能汽車的出現(xiàn)，伴隨著各種樣式的輪胎的出現(xiàn)。胎面花紋對輪胎的地面附著力，抗滑水能力，噪聲和直線行駛穩(wěn)定性有很大的影響，因此，近些年來，眾多的輪胎公司正傾注大量的心血在輪胎花紋的研究工

26、作，目前比較廣泛使用的有縱向花紋、橫向花紋和混合花紋輪胎（圖2.3）。它們各自有其自身的優(yōu)點(diǎn)：（1）縱向花紋，見圖2.3(a)：其花紋縱向排列，橫向間斷。這種花紋具有良好的操縱穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)向時(shí)抵抗小，滾動(dòng)阻力較小，散熱性能好，不容易產(chǎn)生橫向滑移。一般適用于路況較好的路面，如高速公路或城市路面等。在行駛中滾動(dòng)阻力小，因此與地面摩擦力小，具有較好的行駛導(dǎo)向性，很適宜于高速行駛。同時(shí)縱向花紋輪胎還具有優(yōu)良的排水性能，在濕滑路面不易打滑，行駛中的噪音也較小，在行駛中表現(xiàn)出良好的附著性能。此外，縱向花紋輪胎在制動(dòng)時(shí)制動(dòng)性能顯得相對較弱，附著性能有明顯下降的趨勢。這種型式花紋適合在比較清潔、良好的硬路面上行

27、駛。例如，轎車、輕型和微型貨車等多選擇這種花紋。（2）橫向花紋，見圖2.3(b)：其花紋橫向向排列，橫向除胎面中間部分連續(xù)外，其余間斷，這種型式花紋適合于在一般硬路面上、牽引力比較大的中型或重型貨車使用。因其采用了橫向花紋設(shè)計(jì)，使得輪胎與地面接觸面積增大，無論是制動(dòng)力、驅(qū)動(dòng)力都表現(xiàn)較出色，其附著性能極大的增強(qiáng)，抗滑能力也有極大的提升，較大地彌補(bǔ)了縱向花紋輪胎的不足，適用于荒郊野外、建筑工地等惡劣路況。但因其花紋的排列，排水能力有所下降，輪胎散熱能力也有所下降，噪聲增加，因此在操作靈敏度上比不上縱向花紋輪胎。 （3）混合花紋輪胎,見圖2.3(c)：這種輪胎具有縱橫向排列的花紋，吸收了縱向花紋排水

28、性能好、噪聲小的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)兼顧了橫向花紋動(dòng)力性能方面的強(qiáng)項(xiàng)，比純粹的縱向花紋具有更好的驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力表現(xiàn)。因此這種類型花紋的輪胎適應(yīng)能力強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣泛，它既適用于不同的硬路面，路況差的道路也可以對付，也適用于轎車和貨車，因此縱橫兼有的花紋類型已成了輪胎花紋的主流。種型式花紋的輪胎適應(yīng)能力強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣泛，它既適用于不同的硬路面，也適宜和于轎車和貨車。 （a）縱向花紋 （b）橫向花紋 （c）混合花紋 圖2.3輪胎胎面花紋 2. 越野花紋. 越野花紋的共同特點(diǎn)是花紋溝槽寬而深，花紋塊接地面積比較小(約40%60%)。在松軟路面上行駛時(shí)，一部分土壤將嵌入花紋溝槽之中，必須將嵌入花紋溝槽的這一部分土

29、壤剪切之后，輪胎才有可能出現(xiàn)打滑，因此，越野花紋的抓著力大。根據(jù)測試，在泥濘路上，同一車型的車輛使用越野花紋輪腫的牽引力可達(dá)普通花紋的1.5倍。 越野花紋分為無向和有向花紋兩種。有向花紋使用時(shí)具有方向性。越野花紋輪胎適合于在崎嶇不平的道路、松軟土路和無路地區(qū)使用。由于花紋塊的接觸壓力大，滾動(dòng)阻力大，故不適合在良好硬路面上長時(shí)間行駛。否則，將加重輪胎磨損，增加燃油消耗，汽車行駛振動(dòng)也比較厲害。 3. 混合花紋. 混合花紋是普通花紋和越野花紋之間的一種過渡性花紋。其特點(diǎn)是胎面中部具有方向各異或以縱向?yàn)橹鞯恼y溝槽，而在兩側(cè)則以方向各異或以橫向?yàn)橹鞯膶捇y溝槽。這樣的花紋搭配使混合花紋的綜合性能好

30、，適應(yīng)能力強(qiáng)。它既適應(yīng)于良好的硬路面，也適應(yīng)于碎石路面、雪泥路面和松軟路面，附著性能優(yōu)于普通花紋，但耐磨性能稍遜。一些貨車和四輪驅(qū)動(dòng)的乘用車多使用這種型式的花紋輪胎。 除了以上三種花紋外，還有如下三種花紋：單導(dǎo)向花紋，塊狀花紋，不對稱花紋。 （1）單導(dǎo)向花紋單導(dǎo)向花紋是花紋溝之間都相互連接，呈獨(dú)立的花紋塊結(jié)構(gòu)。它有卓越的制動(dòng)性能，極佳的排水性能，雨天優(yōu)秀的穩(wěn)定性能，適合于高速行駛。但是，輪胎的安裝位置必須要與行駛方向相同。適用于高速轎車使用。 （2）塊狀花紋花紋溝之間都相互連接，呈獨(dú)立的花紋塊結(jié)構(gòu)。擁有優(yōu)越的制動(dòng)及操縱性能，雪地及濕路上優(yōu)越的操控 及穩(wěn)定性能，雨天時(shí)良好的排水性能。但是它獨(dú)立的

31、花紋塊結(jié)構(gòu)，耐磨性能較差。適用范圍：轎車用全天候及雪地輪胎，商用車后輪。 （3）不對稱花紋不對稱花紋的胎面左右兩側(cè)花紋形狀不同。由于其增大了轉(zhuǎn)彎時(shí)外側(cè)花紋的著地壓力，極大地 提高了高速轉(zhuǎn)彎性能，并補(bǔ)足了外側(cè)花紋的耐磨性能。但是必須注意輪胎的正確安裝方向。比較適用于競技用車及高性能車輛。 汽車依靠輪胎支承在路面上, 而直接與路面接觸的卻是輪胎花紋。輪胎花紋的主要作用就是提高輪胎的附著性。圖2.4 所示, 為無花紋光胎面與有花紋胎面附著性能對比圖。從圖2.4可以看出, 無花紋胎面的附著性能大幅度降低。影響附著性能的主要是輪胎花紋的型式和深度。00.20.40.60.8有溝槽胎面無花紋胎面行駛速度V

32、/(km/h) 25 50 75 100 圖2.4 無花紋光胎面與有花紋胎面附著性能對比 2.2.2 花紋密度系數(shù) 花紋密度系數(shù)：指輪胎和路面實(shí)際接觸面積與接地面積之比?；y密度系數(shù)增大，則單位面積地面接觸到的花紋數(shù)增多，使得花紋之間間隙減小。在濕路面上行駛時(shí)，排水能力有所下降，從而容易產(chǎn)生“滑水現(xiàn)象”，喪失附著性能，失去制動(dòng)或轉(zhuǎn)向能力。若花紋系數(shù)過小，單位面積地面接觸到的花紋數(shù)較少，使得單位面積壓力增大，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容易使得表層花紋撕裂，輪胎嚴(yán)重磨損，附著性能大大下降，甚至造成爆胎，帶來嚴(yán)重的后果。9 2.2.3深度的影響 如果花紋過深，則花紋塊接地彈性變形量過大，由輪胎彈性遲滯損失形成的滾

33、動(dòng)阻力也將隨之增加。較深的花紋不利于輪胎散熱，在運(yùn)行過程中，輪胎花紋處不宜散熱，使胎溫上升加快，花紋根部因受力過大而易撕裂、脫落等?；y過淺不僅影響其貯水、排水能力，容易產(chǎn)生有害的“滑水現(xiàn)象”，而且使光胎面輪胎易打滑的弊端凸現(xiàn)出來，從而使得輪胎附著性能變壞。10因此，花紋過深過淺都不好。 將有花紋輪胎和無花紋輪胎作一附著性能對比試驗(yàn),，可以發(fā)現(xiàn)， 無論在干燥、潮濕或者其他路面上， 前者附著性能明顯優(yōu)于后者。這說明胎面花紋深度直接影響著輪胎的附著性能，從而直接影響到汽車使用性能和安全性。因此，各國對汽車輪胎花紋磨損極限都有明確的規(guī)定 。當(dāng)胎面花紋磨損距溝槽底部約1. 6 mm 時(shí)( 大部分轎車輪

34、胎如此規(guī)定) ，在胎面圓周上呈現(xiàn)出若干等分的橫條狀光胎面，此時(shí)該輪胎已不能再繼續(xù)使用, 必須及時(shí)更新。各國對汽車輪胎花紋磨損極限都有明確的法規(guī)。詳見表2.2。表2.2 胎面花紋深度磨損極限（mm）國家轎車貨車客車美國1. 62. 0西歐1. 0日本1. 63.中國1. 62. 0第2.3節(jié) 輪胎扁平率的影響 輪胎斷面高度H與斷面寬度B之比,即: H / B 100% ，稱為輪胎高寬比，又稱輪胎扁平率。它是描述輪胎外廓特征的重要參數(shù)。通常高寬比有80 .75 .70 .60 .55. 輪胎的扁平率越小，說明輪胎的斷面越寬，其優(yōu)點(diǎn)變現(xiàn)為：因斷面寬，從而解除底面積大，單位面積壓力小，磨損量減小，滾動(dòng)

35、阻力減小。從20 世紀(jì)50 年代以來, 汽車輪胎尤其是轎車輪胎扁平率不斷下降, 輪胎由高變低，由窄變寬，即輪胎矮形化以后，胎面與地面的接觸面積增大.其優(yōu)勢表現(xiàn)在，首先，操縱的安定性增強(qiáng)，摩擦系數(shù)增大，制動(dòng)性能提高，輪胎的耐久性增加；其次，因?yàn)樘?cè)變矮以后，汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)周向滑移率變小，同時(shí)，觸地面韌性加強(qiáng)，旋轉(zhuǎn)性能上升，所以，轉(zhuǎn)彎性能變佳。此外，輪胎矮形化以后，在輪胎總體高度沒有大的變化時(shí)，輪胎可以適當(dāng)加寬，能增強(qiáng)車輛的美觀性，給人以飽滿的感覺。換句話說，輪胎的扁平率也是無時(shí)不刻的制約著輪胎的附著性能，即低扁平率可使輪胎和輪輞加寬， 橫向剛度增大，又因接地面積大,，輪胎不易打滑，附著性能明顯提高

36、。 第3章 路面狀況對附著性能的影響路面是直接與路面接觸的，所以路面的狀況直接影響著輪胎的性能。路面與輪胎的關(guān)系就好比人的腳與路面，腳行走的舒適度直接影響到人行走時(shí)的狀態(tài)和速度。路面種類對附著性能的影響，在研究輪胎與路面間附著性能時(shí)，一是取決于輪胎因素，其次是取決于路面因素。路面種類對對附著性能的影響主要體現(xiàn)在路面的種類、粗糙度、清潔度以及濕度等。第3.1節(jié) 路面種類的影響 各種路面的附著系數(shù)各不相同，良好的、干燥的水泥混凝土或?yàn)r青路面附著系數(shù)最大，依次是礫石路、土路、壓緊的雪路和結(jié)冰的路面。在附著系數(shù)相對較小的路面上行駛時(shí)很容易發(fā)生交通事故的。 路面種類對輪胎附著性能的影響主要體現(xiàn)在附著系數(shù)

37、的不同。不同的路面有著不同的附著系數(shù)。即使附著系數(shù)有所不同，但是都能滿足于汽車的行駛。未能達(dá)到所規(guī)定的路面附著系數(shù)的最小值的路面是不準(zhǔn)予汽車行駛的。表3.1是不同路面的附著系數(shù)。表3.1 不同路面上的附著系數(shù)路面種類干燥混凝土潮濕混凝土干燥瀝青潮濕瀝青干燥土路峰值附著系數(shù)8.850800.820.700.68滑動(dòng)附著系數(shù)0.750.700.740.630.65隨著汽車保有量的增加，交通事故也隨之增加，特別是在道路附著條件較差的動(dòng)機(jī)，由于冰雪等惡劣的條件而使交通事故明顯增加，其主要原因就是冬季道路的附著條件變差，使得輪胎附著性能變差，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向失控或制動(dòng)距離過長等事故的發(fā)生。第3.2節(jié) 路面粗糙度

38、的影響路面粗糙度指路面菱角阻止輪胎滑動(dòng)的能力。通常以路面摩擦系數(shù)和路面構(gòu)造深度來表示。粗糙度不一樣的路面可能導(dǎo)致車輛側(cè)滑。比如，車輛在高速行駛時(shí)，單邊車輪涉水，左右輪胎的花紋有所不同，或者是氣壓不相等，最終會導(dǎo)致車輪打滑，發(fā)生側(cè)滑現(xiàn)象。在車身朝某個(gè)方向打滑時(shí)，一定切記向打滑方向打方向盤，而且不能剎車，才有可能避免事故的發(fā)生。隨著路面較大尺寸凸體數(shù)的增多，使得輪胎與路面間接觸的胎面橡膠變形量增強(qiáng)，使得附著系數(shù)有所增加。同時(shí)，過大的凸體對胎面有一定的切削作用，在切削過程中所產(chǎn)生的阻力構(gòu)成了輪胎與路面間附著力的一部分。在路面覆蓋得有不同的積水，冰雪，砂礫，泥土等及農(nóng)作物時(shí)，他們不同程度的隔絕了輪胎與

39、路面的接觸，使得路面附著系數(shù)下降。（見表3.2 ）表3.2 幾種常見路面的附著系數(shù)路面水泥混凝土瀝青混凝土路面狀況干燥潮濕干燥潮濕干燥潮濕干燥潮濕峰值附著系數(shù)0.850.800.630.660.820.700.600.70滑動(dòng)附著系數(shù)0.750.700.610.640.740.630.580.66第3.3節(jié) 清潔度及濕度的影響 路面清潔度隨著氣候、地理位置、高交通量及各種人為因素的影響而經(jīng)常處于變化之中。例如路面覆蓋著不同程度的積水、冰雪、沙子、塵土及農(nóng)作物等。它們不同程度影響到路面與輪胎間的接觸面積。從而使得輪胎附著性能有著不同的變化。（見表3.3-表3.5） 表3.3 沙、泥等一般覆蓋物的

40、路面滑動(dòng)附著系數(shù)覆蓋物濕西砂干細(xì)砂粉煤灰沙土稀泥瀝青路面0.660.580.480.630.40混凝路面0.640.620.500.650.42表3.4 農(nóng)作物覆蓋表面的滑動(dòng)附著系數(shù)覆蓋物谷子小麥干雜草干麥秸瀝青路面0.340.560.530.63混凝路面0.380.600.590.65 表3.5 冰雪路面的滑動(dòng)附著系數(shù)鋪撒物無鋪撒碎石( 粒徑0. 51. 0 mm)鋪撒細(xì)砂( 粒徑0. 020. 04 m m)冰面0.150.280.43壓實(shí)積雪0.200.360.31 路面潮濕程度對輪胎附著性能也有一定程度的影響。圖3.1顯示了附著系數(shù)在不同行駛速度下不同水膜厚度的變化情況。輪胎的附著系數(shù)

41、隨著速度和水膜厚度的增加而減小。若路面過濕，使得路面與胎面間形成水磨，容易產(chǎn)生“滑水現(xiàn)象”，大大降低路面的粗糙度，則路面附著系數(shù)也隨之下降，附著性能降低。0.8 0.10.20.30.40.50.60.750 60 70 80 90 100干燥水膜厚度t=5mm水膜厚度t=10mm水膜厚度t=15mm水膜厚度t=20mm 行駛速度V/(km/h) 圖3.1 水膜厚度對附著系數(shù)的影響第4章 附著系數(shù)與其他影響因數(shù)的關(guān)系第4.1節(jié) 不同滑動(dòng)率下附著系數(shù)的變化滑動(dòng)率S定義為車輪接地處的滑動(dòng)速度與車輪中心運(yùn)動(dòng)速度的比值。輪胎在制動(dòng)強(qiáng)度增大的同時(shí)，車輪滾動(dòng)成分越來越少，而滑動(dòng)成分越來越多，即用來說明制動(dòng)

42、過程中滾動(dòng)成分的多少。 S= 100式中：為車輪中心的速度， 為沒有地面制動(dòng)時(shí)的車輪滾動(dòng)半徑 ，為車輪角速度 此制動(dòng)過程一共可分為三個(gè)階段。第一階段：車輪在剛開始制動(dòng)時(shí)胎面花紋的印跡形狀與輪胎胎面花紋一直，可視為車輪為純滾動(dòng)。 即: 第二階段：輪胎花紋開始逐漸變得模糊，但基本還是可以辨別的清，此階段不僅是單純的滾動(dòng)，同時(shí)還發(fā)生一定程度的相對滑動(dòng)。即： 第三階段：隨著制動(dòng)強(qiáng)度的增加，輪胎逐漸又半滑半滾變成抱死狀態(tài)，完全出于滑動(dòng)。即： =0 從這三階段可以得出：隨著制動(dòng)強(qiáng)度的增加，輪胎的滾動(dòng)成分越來越少，滑動(dòng)成分增多。在純滾動(dòng)時(shí) = ，滑動(dòng)率S=0 ，在純滑動(dòng)時(shí)，=0 S=100% ，在邊滾邊滑動(dòng)

43、時(shí) 0S100% 。假設(shè)地面制動(dòng)力與垂直載荷之比為制動(dòng)力系數(shù) 。如圖4.1所示，即-s曲線。曲線在OA段接近于直線，隨著S的不斷增加而增大，直到從A點(diǎn)到B點(diǎn)時(shí)為最大值，此時(shí)B點(diǎn)叫做峰值附著系數(shù) 。如圖滑動(dòng)率S繼續(xù)增加，制動(dòng)系數(shù)有所下降，直到滑動(dòng)率為100%。 S=100%的制動(dòng)系數(shù)稱為滑動(dòng)附著系數(shù)。11綜上所述，輪胎附著性能在隨滑動(dòng)率的改變而改變。當(dāng)輪胎處于滾動(dòng)向滑動(dòng)過渡時(shí)，附著系數(shù)在不斷增大，并于制動(dòng)系數(shù)相等，即附著性能在不斷增大。但隨著滑動(dòng)程度的增大，在達(dá)到B點(diǎn)時(shí)，地面給輪胎的附著系數(shù)最大，即達(dá)到最大附著性能。B點(diǎn)為制動(dòng)力峰值附著系數(shù)。此時(shí)，輪胎開始抱死，地面對輪胎的附著力不再增大，即達(dá)到

44、最大附著性能。之后，隨著制動(dòng)力的不斷再增大，滑動(dòng)程度越來越嚴(yán)重，滑動(dòng)附著系數(shù)逐漸減小，即輪胎附著性能開始下降。S=15%-20%0.20.40.60.81.01.2滑動(dòng)附著系數(shù)縱向峰值附著系數(shù)0 20 40 60 80 100 滑動(dòng)率s(%)B.制動(dòng)力系數(shù)圖4.1 -s 曲線第4.2節(jié) 不同條件下附著系數(shù)由前文可以看出，附著系數(shù)并不是又一個(gè)簡單的因素而影響。道路附著系數(shù)的影響因素眾多，它是輪胎、道路及使用狀況形成了多種組合，對于不同情況下的影響有著不同的附著系數(shù)值。根據(jù)現(xiàn)文獻(xiàn)所述，道路附著系數(shù)的影響因素除與路面的種類、干濕、粗糙度等有關(guān)，還與輪胎的花紋、胎壓、速度等有關(guān)。4.2.1 輪胎不同路

45、面上附著性能的變化三種胎面花紋的輪胎在四種潮濕路面上測得值?？梢钥闯觯诹己?、平整的瀝青路面上，對于有胎面花紋的輪胎其附著性能比無胎面花紋光整的輪胎要好得多，如圖4.2所示。無花紋光胎面有溝槽胎面有溝槽且有縫的胎面00.40.20.60.81.01.225 50 75 100 （km/h）石英巖路面00.40.20.60.81.01.225 50 75 100 （km/h）混凝土路面00.40.20.60.81.01.225 50 75 100 （km/h）瀝青路面00.40.20.60.81.01.225 50 75 100 （km/h）爍石路面 圖4.2 三種輪胎在四種路面上的由圖4.2可

46、以看出，在石英巖路面和爍石路面，此時(shí)路面比較粗糙，尤其是爍石路面。但是不管是有花紋還是無花紋輪胎，其附著系數(shù)隨速度的變化都是很小的。但相比而言，有溝槽胎面的輪胎附著系數(shù)變化最為微弱。在瀝青路面時(shí)，由于瀝青路面比較光滑，可以看出，無花紋胎面的輪胎，其附著系數(shù)隨速度的變化最快，在車速到達(dá)100km/h時(shí)，其值接近為零。而在混泥土路時(shí)，其路面為泥漿，無花紋胎面的輪胎在其中行駛時(shí)，即使行駛速度僅小于50km/h,其值都只是0.2左右。在車速還不到100/h時(shí)，值就已為0?？梢姡瑸r青路面上的附著性能無論是何種胎面的輪胎行駛都要高于混泥土路面。12綜上所述，附著系數(shù)并不是僅受輪胎花紋因素的影響。道路附著系

47、數(shù)而且還受到路面狀況的影響。在相同胎面的情況下，輪胎的附著性能隨著路面粗糙度的提高而有所提高。同時(shí)，在相同路面時(shí)，有花紋的輪胎附著性能總比無花紋輪胎的高。 4.2.2 不同車速下附著性能的變化此外，車速對路面附著性能也有很大的影響。圖4.可見, 在路面狀況及輪胎一定的情況下, 車速越高其附著性能越差。而且車速不同, 所對應(yīng)的滑移率不同。由圖4.3可知，速度V=5km/h時(shí)，滑移率隨速度的變化比較平緩，而在V=88km/h，滑移率隨速度的變化比較明顯，由此可以推斷，車速越高，輪胎的附著性能越差。0.20.40.60.81.01.21.4 0 20 40 60 80 100 滑移率S/%v=5km

48、/hv=48km/hv=88km/h峰值附著系數(shù) 圖4.3 滑移率隨車速的變化 4.2.2 不同胎壓下附著性能的變化 輪胎氣壓直接關(guān)系到汽車行駛的安全性。通常認(rèn)為, 在硬路面上輪胎充氣壓力減少, 可使輪胎與路面之間的附著能力提高, 但滾動(dòng)阻力增大; 相反, 輪胎的充氣壓力增大, 輪胎滾動(dòng)阻力減小, 但其附著能力下降。其實(shí)這只是胎壓對路面附著性能影響的簡單描述。有文獻(xiàn)可得，在潮濕和干燥兩種瀝青混凝土路面上胎壓、車速和滑動(dòng)摩擦系數(shù)的關(guān)系曲線, 如圖4 .4所示。由圖4.4( a) 可見, 在潮濕路面上, 不同的車速范圍內(nèi), 輪胎氣壓對路面摩擦系數(shù)( 附著系數(shù)) 的影響有所差異。車速在 1680 k

49、m/ h范圍內(nèi), 胎壓為 166 kpa的輪胎比胎壓為241 的輪胎對路面產(chǎn)生的摩擦系數(shù)大; 而車速在80113 km/ h 范圍內(nèi), 其結(jié)果恰好相反。由圖4.4( b) 可見, 在干燥路面上, 車速在 16 56 km/ h范圍內(nèi), 胎壓為241 kpa的輪胎比胎壓為166 kpa的輪胎對路面產(chǎn)生的摩擦系數(shù)大; 而車速在5697 km/ h 范圍內(nèi), 其結(jié)果恰好相反。由此可見, 輪胎氣壓對路面附著系數(shù)的影響是十分復(fù)雜的,它與輪胎類型、路面狀況和車速有直接關(guān)系, 因此分析輪胎氣壓對路面附著性能的影響, 需要通過大量的試驗(yàn), 對輪胎類型、路面狀況和車速進(jìn)行綜合考慮。00.300.350.400.

50、450.500.55 10 20 30 40 50 60 70 80行駛速度km/h0.600.650.70輪胎氣壓為35kpa輪胎氣壓為24kpa滑動(dòng)摩擦系數(shù)00.650.700.750.800.850.90 10 20 30 40 50 60 70 80行駛速度km/h滑動(dòng)摩擦系數(shù)圖4.4( a) 濕輪胎滑動(dòng)摩擦系數(shù)與速度的關(guān)系輪胎氣壓為35kpa輪胎氣壓為24kpa 圖4.4（b）干輪胎滑動(dòng)摩擦系數(shù)與速度的關(guān)系第5章 未來輪胎的發(fā)展趨勢第5.1節(jié) 論文概括如前面幾章所述，影響輪胎附著性能的因數(shù)主要分為：一、輪胎結(jié)構(gòu)形式對附著性能的影響，其中包括，不同結(jié)構(gòu)的輪胎（子午線輪胎和普通斜交胎）、

51、不同胎面花紋和不同的扁平率對輪胎附著性能的影響。二、路面狀況對附著性能的影響，包括不同路面種類（礫石路、土路、壓緊的雪路和結(jié)冰的路面等）、粗糙度及清潔度，濕度等對輪胎附著性能的影響。三、滑動(dòng)率S對附著性能的影響。 從第四章可以知道，附著系數(shù)并不是又一個(gè)簡單的因素而影響。道路附著系數(shù)的影響因素眾多，它是輪胎、道路及使用狀況形成了多種組合，對于不同情況下的影響有著不同的附著系數(shù)值。表4.2可知（試驗(yàn)條件：車速30KM/H，車輪輪載質(zhì)量300KG；斜交胎壓0.16Mpa、子午胎胎壓0.22MPa。）子午線輪胎和斜交輪胎在相同車速，不同胎壓、不同路面上的附著系數(shù)是有所不同的。子午線輪胎和斜交輪胎相比，無論在干燥的路面上的附著系數(shù)高還是在潮濕路面上，子午線輪胎的附著系數(shù)總比斜交輪胎的變化下。其次，在同一路面情況下，輪胎的附著系數(shù)隨著輪胎的速度的增加而減小。尤其在相同的速度變化下，潮濕路面的附著系數(shù)減小更快?？偠灾游缇€輪胎的特性優(yōu)于斜交輪胎，在以后輪胎的發(fā)展中，子午線輪胎將會成為主流。此外，車速對路面附著性能也有很大的影響。表4.2所示,（試驗(yàn)條件：斜交胎,瀝青混凝土路面上） 車速與路面附著性能的關(guān)系曲線 。由圖4.2 可見, 在路面狀況及輪胎一定的情況下, 車速越高其附著性能越差。而且車速不同, 峰值附著系數(shù)所對應(yīng)的滑移率不同。在路面狀況及輪胎一定的情況下,