【文章內(nèi)容簡介】 足以使胎面和路面間脫離接觸 。粘性滑水的產(chǎn)生較動力滑水更為頻繁，且對汽車的操縱穩(wěn)定性構(gòu)成更為嚴重的問題。粘性滑水的產(chǎn)生速度均低于動力滑水。當路面微觀粗糙度被磨成圓滑狀時，微彈流潤滑便可能在圓滑微凸體頂端產(chǎn)生。濕路面上輪胎的摩擦試驗數(shù)據(jù)，提供了有關(guān)輪胎牽引力的各種重要影響因素的許多有用資料。使用 Delft 輪胎試驗用拖車， Dijks 提出了一種試驗方法，證實了 Albert 等人的重要發(fā)現(xiàn)，認為影響濕路面輪胎牽引力的主要因素是速度、路面粗糙度和胎面溝紋。其中，胎面溝紋對濕路牽引的作用是顯而易見的，但其作用機理卻鮮為人知。在軸承技術(shù)中，特殊形狀和 尺寸的溝槽經(jīng)過專門設計，在膜內(nèi)產(chǎn)生流體動壓，達到支承載荷之目的。而輪胎設計者必須仔細論證，以保證用于排水和降低潤滑作用的胎面溝紋沒有起到同軸承型槽一樣的作用，這就要求對輪胎的表面變形作詳細分析。由此可見，濕路面的摩擦現(xiàn)象遠比干燥路面復雜。目前，在理解滑水現(xiàn)象上已取得顯著進展。 Daughaday 等的研究表明，當速度低于完全滑水對應的臨界速度時，“接地面”可粗略地分成 3 個區(qū)段 (見圖 1)：①入口區(qū)或擠壓膜區(qū)，區(qū)內(nèi)水和輪胎產(chǎn)生接觸，并開始產(chǎn)生流體動壓；②覆蓋區(qū)，區(qū)內(nèi)滲入的流體膜逐漸變薄，直到成為非連續(xù)膜；③牽引區(qū)， 區(qū)內(nèi)胎面單元的法向平衡得到維摩擦力的研究與應用 第 6 頁 共 14頁 , 6 持，并產(chǎn)生有用的牽引力。 Browne 對動力滑水的研究表明，動力滑水同其它 EHL 分析一樣，主要的問題是正確表達入口條件。通過對光滑表面的分析，他預測在動力滑水中存在輪胎骨架的大變形，該變形導致了彈流動壓馬蹄形的特征形，對接地面上膜厚的數(shù)值計算得到了試驗的驗證。對 EHL 效應的建模取決于流體膜力和輪胎彈性力之間的相互關(guān)系。盡管對試驗表面在工作環(huán)境下的研究很有價值，但尚需作艱巨的系統(tǒng)研究 [7]。 冰雪路面輪胎的摩擦和潤滑也是輪胎摩擦學的重要內(nèi)容 [6]。特別對有漫長冬季的地區(qū)和國家來講，改 善輪胎的牽引力將對提高汽車的安全性和操縱平穩(wěn)性產(chǎn)生積極影響。冰面上的摩擦強烈地依賴溫度。Roberts 等應用光學法研究了橡膠塊試件和冰面間形成的摩擦界面，發(fā)現(xiàn)當冰溫低于 15℃時，界面上存在 Schallamach 波，橡膠和冰面間產(chǎn)生極強粘著力；而當冰溫高于 10℃時，冰的流動性能產(chǎn)生了實質(zhì)性變化，若滑速較低則 Schallamach 波在界面逐漸消失。隨著溫度繼續(xù)升高，冰層將更易屈服而導致摩擦顯著下降。應用熱平衡原理，確認了一定條件下冰面水膜的存在，建立了預測冰面上汽車牽引力的新模型，該模型比已有模型更接近實際 。并從摩擦學角度系統(tǒng)地分析了速度、法向載荷、材料性能和冰本體溫度等對牽引力的影響，認為建立涉及輪胎撓性、胎面結(jié)構(gòu)和路面粗糙度的冰面牽引力模型更具有實際意義。影響雪地牽引力的基本因素可歸納為 3 類：輪胎參數(shù)、雪性能和工作條件。其中輪胎參數(shù)對雪地牽引力的產(chǎn)生及控制極為重要，它包括胎面花紋、胎面膠和骨架結(jié)構(gòu)。雪地溫度對牽引機理、牽引力大小產(chǎn)生很大影響。較高溫度會使壓實雪面上形成一層水膜，從而大大降低牽引力；而松散雪地上較高溫度可使雪更快地被車輛輾散?；谘﹫F動力學，提出了汽車在雪地上的牽引性能預測模型，理論值同試驗 結(jié)果吻合較好。由于不同機理產(chǎn)生的牽引力大小受工作條件的影響，所以沒有一個單一的辦法可在所有工作條件下均獲得最大牽引力值。胎面磨損是一種復雜現(xiàn)象，同許多因素有關(guān)，如輪胎參數(shù)、路面條件、輪胎作用力、驅(qū)動輪的側(cè)偏等，其中最主要的是產(chǎn)生切向滑移的總量和接地面的局部溫度。文獻中關(guān)于胎面磨損的研究課題主要包括橡膠磨損機理；輪胎結(jié)構(gòu)和操縱 (速度、轉(zhuǎn)彎、制動 )激烈程度等對磨損的影響；對胎面磨損隨行程的增加以回歸函數(shù)的形式進行非因果關(guān)系的描述。由于磨損過程極為復雜，因此到目前為止還不能對輪胎在實際行駛條件下的磨損率做出令人滿 意的預測?？梢钥隙?，駕駛員的正確操縱對降低輪胎磨損有重要影響。輪胎對道路的牽引要求摩擦學本質(zhì)上作為統(tǒng)一學科 —— 包含各種不同的子學科，如粘著、摩擦、潤滑及表面變形等 —— 加以應用。在過去近 30 年中，橡膠粘著和干摩擦的研究取得了相當進展，還包括滾動接觸力學、潤滑理論各個分支的研究都取得了長足進步。然而，這些發(fā)展對輪胎和道路的設計改進所起作用不大，建立牽引模型所需的不同力學子學科和摩擦學間存在極其復雜的關(guān)系，在研究這種關(guān)系時存在諸多障礙。急待研究的主要課題如下： (1)建立輪胎的彈性響應模型。這需要以 FEA 和試驗辨識法為基礎，建立必需的影響函數(shù)。 (2)對干燥路面牽引力的摩擦學彈性問題做出數(shù)學分析，研究開發(fā)一種簡單實用的熱模型，并作為子模型應用于摩擦學分析中。 (3)邊界潤滑 (BL)條件下，需作些試驗來建立摩擦基本定律，借此分析濕路面輪胎的牽引特性，并區(qū)分 BL 和 micro— EHL 牽引問題的摩擦條件。 (4)對 EHL 牽引問題，應就 partial— EHL 問題作大量的理論和試驗研究工作，以找到一個處理不同形式 EHL 問題 (慣性、粘性和 micro— EHL)的統(tǒng)一方法，最終研究出降低潤滑作用的機 理。同時研究摩擦簡單和復雜幾何特征的影響，以得出通用準則來關(guān)聯(lián)表面形貌和表面潤滑性能。 (5)研究滑移機理對 EHL 的影響，進而建立準確的牽引力 — 滑移模型具有極其重要的意義，因為牽引力的控制實質(zhì)取決于對濕路面上輪胎牽引特性準確預測的能力。 (6)冰面或壓實雪地上輪胎產(chǎn)生滑移，很大程度上歸結(jié)于界面形成的具有強潤滑作用的水膜。為防止冰雪面輪胎的大規(guī)模滑移甚至空轉(zhuǎn)或掉尾現(xiàn)象，應建立包括胎面撓性和表面特征等參數(shù)的力學模型和熱模型，為優(yōu)化輪胎結(jié)構(gòu)和選材創(chuàng)造條件。 隨著先進微電子學和控制技術(shù)的快速應用，通過控制牽引力 來控制汽車力學特性的工作已取得初步成果，如 ABS(防抱死制動系統(tǒng)， Anti— locked Braking System)、牽引控制和四輪轉(zhuǎn)向等。顯然建立準確的輪胎摩擦模型是實現(xiàn)對汽車動力學特性控制的重要保障。鑒于機敏材料所具有的傳感功能和執(zhí)行功能，摩擦力的研究與應用 第 7 頁 共 14頁 , 7 完全有理由相信不久的將來，會出現(xiàn)用機敏材料制造的復合材料輪胎，使車輛操縱穩(wěn)定性和使用壽命大大提高。 1. 摩擦力的研究現(xiàn)狀與前景 摩擦學是一門十分復雜的學科，迄今發(fā)現(xiàn)的與摩擦有關(guān)的因素多達上百個．在一般的基礎物理教材中很少談及摩擦的起因和本質(zhì)問題，只給出一些經(jīng)驗規(guī)律．事 實上目前也確實還沒有建立起十分