防滑链工作原理-汽车工程手册：德国版

1.概况

防滑链是在雪覆盖、结冰路面、脏污泥泞地区或路段为增加轮胎与汽车或悬架间传力能力的装置。由于防滑链最常用的是雪覆盖地区，防滑链也称“雪链”。雪链必须符合雪链交通规则条件^[1]。按StVZO（德国道路交通规则）规则，在使用雪链时最大车速限制在50km/h^[2]。

2.防滑链工作原理

防滑链应松弛地安装在轮胎上，以利用被称为“漫游”的轮胎和防滑链之间的相对运动清洁轮胎和花纹，并不断带入轮胎支撑面的新的接触棱边。在太紧安装防滑链时就没有这种效果。此外，在干燥路面较长行驶会出现局部高温，对轮胎有不利的影响。

由于防滑链对路面的撞击和轮胎支撑面上铰节的局部高压，链压入路面并产生啮合效应。因为在-8～0℃范围，特别是在压力作用下，在冰或雪上形成一层水膜或压缩水，所以防滑链的作用特别大。在比这温度范围更低的温度，雪的性能发生变化，趋同于与沙相似的性能，这时轮胎的性能反占优势。

3.防滑链结构

防滑链由网格部分和直接与轮胎和路面接触的网格部分的链索以及侧向固定装置组成。通过专门设计，使防滑链与轮胎型式和尺寸很好地匹配^[3～6]。

（1）防滑链网格形状　根据防滑链在胎面上的布置，防滑链网格形状可分梯形、之形、菱形、长六角形和双六角形多种（图7.3-48）。重要的是调整轮胎和防滑链，以在轮胎胎面和链的链索间自由、不断地变换。防滑链不应从轮胎轮变为“铁轮”。链间的剪切面是软地面上传递力的主要面。通过横向的链索产生牵引力，通过纵向的链索产生侧向引导力。双六角形防滑链用于宽轮胎，特别适用于雪地使用。

图7.3-48 防滑链网格形状

防滑轮网格必须在整个轮胎外圆近似均匀分布。这样，在每个车轮位置，链部分都位于轮胎支撑面中。在胎面上均匀分布的网格，如长六角形网格防滑链，可以安静行驶。

（2）抓地件 防滑链网格可由不同的抓地件组成。它主要影响路面的抗滑力。最早的结构型式是卷绕链。带有附加焊接件的防滑链，如为提高抗滑力和耐磨损的链刺，在中欧国家是不允许使用的，因为链刺会损伤路面，但在森林中常用这种带刺的链。现代防滑链是由短的链节组成的，这些短链节不像长链节那样对路面的破坏性大。为提高链的抗滑力，链节可添加附件，如可移动的抓地连接件（图7.3-49）。这些抓地件像雪地和松软地面上用的铲，可形成高的局部（点）载荷并很好地压入地面，达到最大的牵引力，这种抓地件在雪地上使用非常奏效。此外，还有其他的一些设计，在这些设计中有用塑料链节替代钢链节的，塑料链节中嵌入钢钉，以增强防滑效果。

图7.3-49 可移动的抓地连接件

（3）确定尺寸 确定防滑链尺寸主要根据汽车重量、驱动功率和轮胎尺寸。防滑链节必须有高的表面硬度和坚韧的心部。为此可使用表面硬化的渗碳钢。乘用车防滑链通常由直径为3～4mm的链节组成。商用车防滑链的链节直径为7～9mm。

防滑链需要有轮胎与靠近防滑链的汽车部件间的自由空间。按标准V5117，乘用车轮胎安装的防滑链超出轮胎内侧最大值为20mm，超出轮胎外侧最大值为30mm。在行驶时，防滑链网格从胎面上抬起，抬起高度与轮胎高宽比、行驶速度和防滑链张紧程度有关^[7]。从轮胎上抬起的网格撞击路面，一方面引起由于防滑链钢件侵入路面而提高在光滑路面上的抗滑能力；另一方面引起防滑链磨损。磨损是由于撞击能量产生的，且随速度的平方而增长。在冰面上（如冰雹）由粗链节组成的防滑链没有防滑效果，需要用短小链节的棱角型面的防滑链。

4.防滑链与路面的力传递

防滑链的首要任务是提高附着系数。附着系数主要取决于轮胎、路面状况和工作条件^[8，9]。

在雪面上附着系数随滑转率的变化（图7.3-50）表明，带与不带防滑链的轮胎，附着系数先随滑转率增大而增加，两者的趋势相似。但在较大的滑转率时带防滑链的轮胎附着系数达到最大值，即在一定的雪路面条件，在100%滑转率时还有好的附着系数。与此不同的是在同样的雪路面条件，不带防滑链的轮胎要损失一些附着系数。实际使用表明，在山区起步时，不装防滑链的汽车左、右车轮间的行驶条件不同，至少在没有闭环控制的汽车上（如ABS、ESP），会引起车轮滑转（100%滑转）而无法起步，而在装防滑链的轮胎上可产生一定的附着系数而起步行驶。这种效果在0℃天气温度可以明显地识别出来。很多汽车生产厂家注意到这种现象，并在雪链工作时切断ESP系统。(www.xing528.com)

图7.3-50 在雪路面（-1℃）附着系数—滑转率图

装有防滑链的汽车在雪覆盖的路面，在车轮抱死时可达到最短的制动距离，但在这情况下汽车不再受到控制。因此，重要的是在正常的ABS控制时，即在滑转率约低于30%控制时，防滑链可提高附着系数。有棱角链节的细网格链或附加抓地件的防滑链效果更好。

5.安装系统

在恶劣的天气状况下，按规定需要安装防滑链。因此，安装简单（特别是在不利的环境下）是防滑链的重要规范。下面列举几种不同的安装系统：

1）最早的防滑链系统是分开的防滑链，目前仅用于载货车领域。防滑链在轮胎前面或后面展开并在轮胎上带式地拉起。

2）钢索防滑链的内侧是由钢索环组成的。钢索环必须在张开状态从轮胎后面套上，并在轮胎上部范围合上，这样在轮胎内侧就有钢索环，在轮胎外侧有不同的闭锁机构，部分的闭锁机构可自动地再拉紧。

3）挂钩防滑链的内侧是由弹簧钢挂钩组成的。在弹簧钢挂钩上固定防滑链网格，通过挂钩防滑链可容易地在轮胎上移动。这一点对特别狭窄的车轮罩（如后驱动汽车或在冬季车轮罩结冰时）非常重要（图7.3-51）。在短时转动车轮后通过外部操纵夹紧链使防滑链闭合。

4）由链带组成的防滑链不需要在轮胎内侧固定。主要是考虑防滑链穿过轮胎和靠近防滑链的汽车部件间的最窄的空间状况。这时可以利用车轮的固定臂将防滑链固定在车轮外侧。

5）转动防滑链是为商用车开发的。因为较大的轮胎直径使防滑链变得笨重而阻碍安装。转动防滑链通过驱动摇臂将摩擦轮压向轮胎内侧。链索固定在摩托轮上。链索像散落的碎石抛向轮胎前面，并在行驶后通过轮胎又重新集合起来（图7.3-52）。转动防滑链的防滑功能尚未达到合乎标准的状态，只适用于短距离行驶或作为起步辅助。利用汽车上的按钮可以接入转动防滑链。

图7.3-51 可在轮胎上移动的雪链（RUD-matic）

图7.3-52 转子扣紧系统

参考文献