汽车工程应用力学不需要修改

轮胎在有水层的路面上高速行驶时会发生滑水现象，如图1-67所示。低速时胎冠可以挤开积水，与路面直接接触；但速度升高后胎冠就不能把水完全挤开，在胎冠与路面之间会形成楔形水膜，使汽车处于滑水状态，这时汽车失去了操纵性。为了确保汽车在有水层路面上的操纵性稳定性，胎面花纹必须具有良好的排水性能。

图1-67 轮胎的滑水现象

当轮胎断面的扁平比小达0.40～0.25（即40～25系列）时也出现了一些缺点，这主要是：在水层路上排水性能变差，在干燥路面上附着力不足。其原因在于接地印痕形状发生了改变，即接地印痕横向宽度增大了，纵向长度减小了。要知道，在轮胎淌过水面时，要实现穿破水膜而接地须经一段距离的过程，即破水—过渡压碾—直接压辗的过程。若此过程太短则排水不充分，印痕纵向长度变短则意味排水的全过程变短，车速快时则一淌而过，容易产生滑水现象。胎面与地面间的附着也是如此，当驱动轮输出动力时，由于接触印痕的纵向长度变短而使胎地接触附着的过程不充分，胎面滑移率增大，附着能力下降，致使驱动力的传递效率下降，车速快时驱动轮与地接触面则形成一洩而过。

针对以上情况，应对措施的思路是：当车轮淌过有水层的路面时，胎面与地面之间的水在胎面接地前已大部分被挤向前方，而且认定其方向是接地前端线的法线方向，那么沿胎面中部向两侧胎肩开设一些带一定斜度的横向花纹沟会有利于提高排水效率，花纹式样如图1-68中的③所示。图中①为直沟纵向花纹，其与胎面中心部位转动方向一致，适应直线行驶时迅速排水。②为扇形斜沟，其与胎肩转动方向成直角，适应转向时排水。③为沿胎面中部向两侧胎肩开设形状渐大的斜沟（亦称切水工作沟），适应于直线行驶时加快排水。

将以上三种花纹沟槽组合起来就成了以排水性能为主、兼顾附着性能和降噪性能的新型防滑水花纹，如图1-69所示。这种花纹沟面积的比例与改进前原轮胎花纹相同，但抗水滑能力却提高了15%。其适用于低断面轿车轮胎55、50系列的胎面花纹上。

图1-68 排水性能良好的花纹沟分解图

①—直行排水的纵向花纹 ②—转向排水的横向花纹 ③—改进的加速排水的横向花纹（亦称切水工作沟）

图1-69 防滑水组合花纹

1—全深沟 2—半深沟 3—斜沟 4—直（主）沟 5—扇形斜沟 6—切水工作沟

防滑水轮胎目前已经得到推广应用。虽然品种多样，各具特色，但都有一个共同的特征：即胎面中部至少有一条宽而深的纵向花纹沟，横向花纹斜沟向两侧胎肩辐射，使胎面形成双胎冠模样。此类轮胎研究开发历史最早的当数行业影响力最大的固特异公司。下面列举几家世界著名轮胎公司的防滑水轮胎新品种。

1.美国固特异公司的Aquatred轮胎

Aquatred译意为“水上胎面”。其胎面花纹的主要特点是：胎面中心有一条V形的宽而深的纵向花纹沟，它既能储水又能排水；两侧胎面各有两条较小的纵向花纹沟，有向性的横向花纹沟由里向外辐射，如图1-70a所示。胎面材料为固特异公司独自研究开发的综合性能优异的S-IBR合成橡胶，即苯乙烯—异戊二烯—丁二烯的共聚物。这种橡胶集低温、低滚动阻力、高附着等良好性能于一体，被称为当前极具市场潜力的新型胎面材料。

由于花纹结构与材料具有以上特点，使得Aquatred轮胎的防水滑的临界速度由装用前的80km/h提高到94km/h，在水层路面上的制动距离较原来可缩短10%，轮胎的使用里程可达96000km（一般轮胎约为64000km）。Aquatred轮胎主要用于家庭轿车，速度级别多为S级和T级。

图1-70 固特异Aquatred轮胎(www.xing528.com)

a）Aquatred轮胎 b）Aquatred-3轮胎

Aquatred轮胎1991年上市后，固特异公司声誉大增。但鉴于其他一些公司也先后将此类轮胎推向市场，促使固特异公司不得不对此类轮胎加以改进。于是1995年又推出了Aquatred-2轮胎，其花纹特点是中心的V形纵向沟槽比Aquatred的要深要宽些，其具有更好的排水性能。到了2000年又推出了第三代产品Aquatred-3轮胎，其花纹结构特点是：取消了原来的中心V形纵向花纹沟，代之以四条平行的纵向花纹沟，而且两侧的纵向花纹沟比中部的两条纵向花纹沟明显地要深要宽很多（可以集储大量的水），如图1-70b所示。这样的结构有利于胎面中部积水挤排到大侧沟槽，进而排到胎肩外侧，从而保证了担当附着主力的胎面中部附着性能得到提高。为此，Aquatred-3轮胎的湿路面牵引力可增大18%。

2.德国大陆公司的Aqua Contact轮胎

Aqua Contact的译意为“水上接触”。Aqua Contact轮胎是一种抗滑水性能强的高性能轮胎。其胎面花纹的主要特点是：胎面中央有一条宽的纵向花纹沟，此沟称为排水槽，能在短时间内排出大量的水；中央纵向沟的两侧有延伸至胎肩的弧形横向排水槽；还有转向时可抗滑水的弧形胎肩沟，如图1-71所示。

这种花纹结构的双胎面轮胎，其排水迅速，只需以往轮胎排水路程的一半就可以完成排水，有着优异的抗湿滑性能和抗滑水性能。其与无此花纹设置的同规格轮胎相比较，在直路上行驶时抗滑水性能提高了10%，在弯道上行驶时提高了20%，在制动时提高了5%。

3.法国米其林公司的Catamaran轮胎

图1-71 大陆Aqua Contact CZ99轮胎的轮面花纹

1—中央宽沟（排水槽） 2—在短时间内可进行排水的横向沟 3—转向时抗水滑性能高的胎肩沟 4—确保接地压力均匀，而且在高速区域内可抑制离心力引起膨胀的两个胎面5—刚性大且在干、湿路面上均可发挥高附着性能的花纹块

Catamaran译意为“双船体”。Catamaran是在防湿滑方面获得专利的基础上研究开发成功的轮胎，于1993年投放市场。其胎面的主要特点是：有一条既宽又深的U形中心纵向花纹沟，深度约为普通花纹沟的6倍，用于集水；沟的两侧开有反向的刀槽花纹，用作将该区域的水流入中心纵主沟；接着靠外的是顺向斜花纹沟，用作将该区域的水排出胎肩外侧。其结构如图1-72所示。试验表明，在水深3mm的公路上直线和转弯行驶时，Catamaran轮胎的防滑性能比原先的Pilot HX轮胎分别提高20%和40%。当胎面磨损70%时，其直线行驶的防滑水性能比Pilot HX轮胎还提高10%；而在转弯时，两者的防滑水性能相同。这种轮胎的速度级别为Z级。

图1-72 米其林Catamaran轮胎

图1-73 倍耐力P5000Drago胎面花纹

4.意大利倍耐力公司的P5000Drago轮胎

P5000Drago轮胎胎面花纹结构的主要特点是：胎面中央有一条断面呈W形的纵向花纹沟，其宽度约为普通轮胎纵向花纹沟的两倍；由此延伸向两侧的斜横向花纹沟具有方向性，如图1-73所示。这种结构的花纹不仅具有良好的排水性能，还可以最大限度地减小转弯时中央纵向花纹的变形，保证排水更为通畅。胎面还设计有许多较深而细的刀槽花纹沟（根据不同部位深度为8.5mm或9.5mm），通过其揉展促使接触面排水更为充分。胎面设计没有大多数防滑水轮胎那种典型的双峰状，从而使胎面与路面保持平坦接触，更有利于附着力的增加。P5000 Drago轮胎适用于45～60各系列，速度级别为H级和V级。