汽车工程应用力学中附着系数的主要影响因素

表3-3为各种路面的纵向附着系数。影响附着系数的主要因素有路面的材料、路面状况、轮胎结构、轮胎材料、轮胎花纹、轮胎充气压力以及车速等。

表3-3 各种路面的纵向附着系数

1.路况因素

路况主要是指路面的材料、路面结构的糙细程度以及干湿状况等方面。路面材料不同，路面的附着系数存在较大的差别，如表3-3所示。

具有糙细适度且分布均匀结构的坚硬路面，其附着系数较大。在这样的硬路面上，轮胎的变形远比路面的大，路面上坚硬微小凸起部分能充分嵌入轮胎的接触表面，使接触强度增大。若坚硬路面被细沙、泥土等物覆盖，路面的细微凹凸被填平，或路面潮湿有水膜，都会使附着系数下降20%～60%，甚至更多。

路面的排水能力对附着系数也有很大影响。为了在水湿路面上增加附着能力，路面在宏观上应具有一定的不平度而有自动排水能力，路面的微观结构应粗细适当且有一定的尖锐棱角，以利于穿破水膜，以利于路面直接与胎面接触。

在松软路面上，土壤的变形比轮胎的大，轮胎胎面的花纹块容易嵌入土壤，这时附着系数不仅取决于轮胎与土壤间的摩擦作用，同时还取决于土壤的抗剪切强度。松软土壤的抗剪切强度较低，所以其附着系数较小。

潮湿泥泞的土路，土壤表层含水量多，抗剪强度更差，致使附着系数下降很多。

2.轮胎因素

轮胎与地接触面积、花纹类型以及充气压力对附着系数都有很大影响。

宽断面轮胎与地接触面积较大，压力分布较均匀，胎地间嵌合较充分，因此附着系数较高。在这方面，子午线轮胎比斜交线轮胎有较大优势。

轮胎花纹结构对附着系数影响很大，合理设置胎面花纹有利附着系数的提高。胎面花纹按沟槽分布方向的不同可分为纵向花纹和横向花纹。

纵向花纹是以纵向沟槽为主的花纹，它主要为轮胎提供横向（侧向）附着，提高横向附着系数。轮胎在受侧向力作用时，它依靠纵向沟槽边与路面细微凹凸糙面进一步地相互嵌合，使胎面能获得较大的横向附着力，以抵挡侧向力的作用，防止汽车侧向滑移，确保行驶稳定性。纵向花纹的横向附着性能对轿车发挥高速性能很重要，同时对于提高抗湿滑能力也很重要，因此，它在胎面花纹区所占的比例一般要大些。当前轿车轮胎胎面大多都有两条以上宽而深的纵向主沟，它的功能除了用以储水、排水外，另则就是为了增强侧向附着力而设置的。

横向花纹是以横向沟槽为主的花纹，它主要为轮胎提供纵向（行驶方向）附着，提高纵向附着系数。轮胎在受纵向力作用时，它依靠横向沟边与路面细微凹凸糙面进一步地相互嵌合，以增强纵向附着性能，使胎面能获得较大的纵向附着力，从而提高驱动轮驱动力的传递效率和提高地面的制动效果。在水湿与积水的路面上，横向花纹沟还起着排水的作用，胎面纵向直沟所储的水可通过横向沟向外排出。

轿车子午线轮胎的花纹形式多样，基本形式通常采用以纵向沟槽为主的花纹。由于子午线轮胎胎冠周向刚性大，可以增设一些横向或者接近于横向的浅细沟槽，使整条纵向花纹块分割开来，以减小冠面的周向刚度，提高轮胎的纵向附着性能。(www.xing528.com)

有的轮胎胎面花纹块上刻有大量细微的横向沟槽，称之为刀槽花纹。这种花纹在胎面压碾地面的过程中产生细微揉动，能进一步挤走接触面间的水膜，以提高附着能力。

轮胎的磨损会影响它的附着能力。随着胎面花纹沟深度的降低，附着系数将显著下降。

轮胎的充气压力对附着系数影响也很大。在松软路面上，适当降低轮胎气压，让轮胎与土壤的接触面积增加，胎面花纹与土壤结合更加充分，因而附着系数显著提高。对于潮湿的路面，适当提高轮胎气压，使轮胎与路面的接触面积减小，增加单位压力，有助于挤出接触面间的水分，使轮胎得以与路面较坚实的部分接触，从而提高附着系数。

图3-7给出了三种不同胎面的轮胎在潮湿沥青路面和砾石路面的滑动附着系数φ_s随车速变化的情况。在良好而平整的沥青路面上，对于有胎面花纹的轮胎，其附着性能比无胎面花纹的轮胎要好得多；另外，车速对附着系数的影响也很大，高速时的附着系数比低速时要低得多。可是在排水能力较强的砾石路面上，不同胎面的附着系数却很接近，而且附着系数受车速的影响并不大。在沥青路面上，普通花纹胎面的滑动附着系数一般都比花纹加小切缝胎面要高，原因是其花纹块没有被小切缝分割，强度较大，致使在制动时与地面产生较大摩擦力；而加开小切缝的胎面因较柔软，在制动时花纹块可向四周揉展，致使所产生的滑动附着系数小些。

图3-7 三种胎面在两种潮湿硬路面上的滑动附着系数φ_s

3.车速因素

一般来说，汽车行驶速度越高，胎地接触面间的附着系数越低。这会给汽车的高速制动带来不利。

在硬路面上提高车速，轮胎滚过路面的速度趋快，路面细微凹凸构造与胎面花纹充分嵌合的程度下降，所以附着系数有所降低。在潮湿的路面上提高行驶速度时，由于接触面间的水分来不及排出，水起润滑作用，所以附着系数显著降低。在松软土壤上，由于高速车轮的切向力作用，容易将土壤剪切，致使附着能力减小。只有在冰面路上提高车速高时，由于轮胎压碾冰面的时间短，因而在接触面瞬间没那么快形成水膜，故附着系数比车速慢时略有提高，但车速快又会使方向稳定性变差。

此外，车速加快可使轮胎滚动半径略有增大，其结果使接地面积减小，压强增大，地面细微凸部发生剪切的可能性增大，从而使滑转率增大，附着系数相应降低。以子午线轮胎195/70R14为例，其静力半径为289mm，滚动半径为306mm。

再则，车速提高也相应带来气动升力的增加。增大的气动升力将减小轮胎对地面的压力，这不仅使轮胎滚动半径增大，同时还减小了附着力，使滑动率增加。

图3-7中的试验表明，在潮湿沥青路面上，花纹胎面轮胎在50km/h制动时，滑动附着系数约为0.6，而在100km/h制动时，滑动附着系数只有0.2左右。由此我们得到启示：路面的附着系数应有较大储备量才能适应汽车提速的要求。

图3-8为车速对某一货车轮胎制动时对纵向附着系数φ_b的影响曲线。图3-8中的6条曲线各代表某一车速与纵向附着系数的关系。从图可见，对于同一滑动率（如40%），纵向附着系数随车速的增加而依次减小。例如，在车速16km/h制动时，φ_b约为1.0，而在88km/h制动时，φ_b只有0.56左右。

图3-8 车速对纵向附着系数的影响