橡胶的粘附性:
微观看轮胎抓地力形成的过程,实际上是轮胎中的橡胶分子与路面不断发生摩擦的过程,粘附力来自在橡胶与地面界面处发生的分子相互作用,粘附的基本条件是橡胶与路面直接接触(橡胶和地面之间的间距小于10-6毫米),即道路清洁干燥 。
分子粘附发生在106Hz和109Hz之间的应力频率范围内 。为了不滑动,必须得微滑!
但是在橡胶与道路撞击时产生的所有力中,只有切向合力抵抗打滑 。如果橡胶与地面没有相对滑动,则分子粘合的反作用力不是切向的,而是垂直的 。只有相对滑动才能产生抵抗打滑的力 。
如图可以看见车身的重量给路面一个垂向作用力,反之路面给轮胎一个垂直反力Z 。轮胎与地面的相对运动会产生切向反力X,二者形成合力 。可以说用轮胎与地面的微滑动来抑制车辆的滑动 。
纵向附着力X取决于车辆的垂直载荷Z,以及路面和胎面胶料的类型 。力由下式定义:
X =μ· Z
其中:X表示纵向附着力,单位为N;Z表示车辆在道路上的载荷,单位为N,μ表示轮胎与道路间的纵向附着系数 。
μ因此定义为:μ= X / Z,它表征了橡胶 - 道路界面提供的抓地力 。
纵向附着系数μ取决于橡胶和路面的性质,还有环境因素(温度,清洁度,水的存在等) 。对于给定的路面,μ很大程度上取决于负载Z,同时也是轮胎滑移率的函数 。实际上,轮胎——路面抓地系数随着滑移率而发生变化 。所以要发挥最大的抓地力,需使轮胎处于在半滑半滚状态,一般来说滑移率为10%-20%都是可接受的 。TCS标定中限制驾驶员油门,ABS标定中限制驾驶员制动踏板,二者都是取在最佳滑移率区间内 。
结论:橡胶的迟滞性以及粘附性是为车辆提供抓地力的核心元素
路面的特点:
讨论轮胎,终究绕不开路面 。路面的摩擦系数是影响轮胎抓地力的第一因素,路面摩擦系数越高则轮胎的抓地力越好 。
关于路面,路面是将砂岩或坚硬花岗岩压碎,砂岩细粒和砂组成聚体通过沥青粘合在一起 。
主要成分原料的尺寸范围为6-14mm 。聚合体,沙子和细粉与粘合剂热混合以产生沥青混凝土,然后在道路上并压实 。这些被称为沥青混合物 。道路标准定义了各种不同的层面,例如支撑层或表面层 。对于沥青混凝土,有各种尺寸的原料,象砂和细粒,要使它们之间的间隙尽可能小,也能使整个表面具有良好的机械内聚力和密封性 。在排水混合物中,所用聚合体的大小留下的空间可使水能够向下渗透 。
以下是一些路面的粗糙情况图:
我用各种颜色的曲线标明了四种路面的界面形状,不难发现的是右上角的路面情况能提供更大的抓地力,而左下角类似水泥路面的抓地力情况较为糟糕 。d道路的规格都是按照设计标准来定的,例如上海地区的小伙伴可以观察天马山赛车场或者上海国际赛车场二者的路面情况都与右上情况类似,属于密集的大颗粒 。
我用各种颜色的曲线标明了四种路面的界面形状,不难发现的是右上角的路面情况能提供更大的抓地力,而左下角类似水泥路面的抓地力情况较为糟糕 。d道路的规格都是按照设计标准来定的,例如上海地区的小伙伴可以观察天马山赛车场或者上海国际赛车场二者的路面情况都与右上情况类似,属于密集的大颗粒 。
为什么湿滑路面抓地力差?
大家都明白车辆在干地和湿地情况下抓地力是不一样的,除了滑水现象的发生,还有哪些因素导致抓地力情况变差,又是怎样影响路面附着系数的 。
在潮湿的表面上,附着系数总是很低,并且随着表面类型的变化而变化 。这是因为橡胶和道路之间的水膜阻止了分子粘附机制的正常工作,除非这种水膜破裂 。在潮湿的表面上,我们发现微粗糙的路面表现出最佳的抓地力 。如果水深增加(湿表面),微粗糙可能会被淹没,存在高速滑水的风险 。因此,积水会干扰抓地力,并且轮胎必须设计成当通过积水区,胎面花纹刀槽形状和花纹布置形式有助于快速有效地排水 。
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