張彥鵬，田國紅，韓忠浩，陰春曄，蘇柏宇

（遼寧工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

引言

道路環(huán)境是影響車輛行駛安全性的重要因素之一，輪胎與路面間的研究顯得非常重要。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017 年汽車交通事故發(fā)生139412 起（來源于國家統(tǒng)計(jì)局），其中大約有27883起發(fā)生在雨天，并且研究發(fā)現(xiàn)車輛發(fā)生事故的主要原因是由于降雨使輪胎與路面間摩擦系數(shù)減小而發(fā)生側(cè)滑造成的[1]。在降雨天影響輪胎與路面間摩擦系數(shù)的因素有很多，比如輪胎花紋、輪胎花紋深度、輪胎寬度、輪胎胎壓、路面材料、路面坡度、路面坡長、降雨強(qiáng)度等。

1 國外對影響輪胎滑水因素的研究

NASA Langley 于20 世紀(jì)60 年代后期進(jìn)行了汽車輪胎滑水實(shí)驗(yàn)[2]，認(rèn)為滑水主要受輪胎胎壓的影響。A.W.Gilbert 等對滑水實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)輪胎花紋深度、路面粗糙度與輪胎胎壓均與輪胎滑水速度成正比，輪胎負(fù)載對滑水速度影響較小。B.Wies 等通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)為花紋類型、花紋結(jié)構(gòu)和排列方式對輪胎滑水速度產(chǎn)生影響，并且通過實(shí)驗(yàn)表明花紋溝槽越大，輪胎排水性能越好，可改善輪胎滑水性能。1973 年美國史蒂文森理工學(xué)院Gilbert 等通過一系列試驗(yàn)系統(tǒng)分析了輪胎花紋深度、路面粗糙度、輪胎胎壓和載重對輪胎滑水性能的影響，結(jié)果表明花紋深度、路面粗糙度和胎壓對滑水性能成正相關(guān)，載重對滑水影響甚微。德國大陸輪胎公司W(wǎng)ies 對不同輪胎花紋對滑水性影響做了分析，所得結(jié)論如圖1 所示[3]。Groggier H 于20 世紀(jì)90 年代運(yùn)用數(shù)學(xué)建模分析滑水情況，研究發(fā)現(xiàn)臨界滑水速度、周邊壓力場的分布、靜態(tài)光面和縱向花紋輪胎之間的關(guān)系[4]。El-Sayegh，Zeinab 等人于2017 年采用光滑粒子流體的動力學(xué)（SPH）方法和默納漢狀態(tài)方程對水進(jìn)行建模，研究445/50R22.5 輪胎在干濕路面的滾動和滑動情況，并且研究了胎壓、載荷、速度、水膜厚度對滾動阻力和滑水的影響。日本橫濱輪胎公司的Okano[5]等人提出了瞬態(tài)滑水速度，利用此方法比較了不同輪胎花紋結(jié)構(gòu)對輪胎滑水的影響，證明縱橫溝越大，抗滑水性能越好。

2 國內(nèi)對影響輪胎滑水因素的研究

國內(nèi)對輪胎滑水研究較國外晚大約半世紀(jì)，2004 年，東南大學(xué)季天劍等對路面因素考慮了坡度、坡度長度、路面粗糙度、以及路面水膜厚度對輪胎滑水的影響，輪胎本身假設(shè)通過花紋溝槽的水能以原有速度排除，不發(fā)生動能損失，花紋溝槽中的水分不產(chǎn)生動水壓力[6]。2009 年，臧孟炎[7]等人運(yùn)用有限元分析了輪胎花紋溝槽對滑水的影響。2010 年，趙珍輝[8]運(yùn)用有限元研究了輪胎橫向花紋對輪胎滑水的影響，表明花紋溝槽寬度越大，輪胎排水越及時(shí)，濕滑路面輪胎抗滑性能也越好。2011 年，重慶交通大學(xué)的董斌等[9]采用FLUENT 軟件研究得出了水膜厚度、動水壓力、輪胎花紋和滑水速度間的關(guān)系。2017 年，周海超[10]等人的研究了不同積水深度對滑水速度的影響，表明積水越少，對輪胎滑水的影響越小。

3 小結(jié)與展望

考慮到輪胎的材料非線性、幾何非線性、橡膠簾線復(fù)合材料的各向異性、橡膠材料的不可壓縮性和濕滑路面輪胎滑水的“流固耦合”問題等復(fù)雜狀況，使得輪胎滑水研究變得異常艱難，輪胎滑水研究是好幾門學(xué)科的綜合。目前國內(nèi)、外對濕滑路面輪胎滑水的研究主要集中在現(xiàn)場試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)仿真兩種方法上，室內(nèi)現(xiàn)場試驗(yàn)對試驗(yàn)場地，測試裝備，測 試人員要求較高，試驗(yàn)操作具有不可重復(fù)性，并且受滑水瞬間難以判斷等因素的制約，同時(shí)水膜厚度測試目前也沒較為準(zhǔn)確的模型，因此成本高，誤差大。計(jì)算機(jī)仿真是當(dāng)前主流的研究方法，試驗(yàn)操作具有可重復(fù)性，但建立的模型都做了一定程度的簡化，與實(shí)車情況差別甚遠(yuǎn)。未來可以嘗試：（1）充分考慮輪胎和水膜間的流固耦合；（2）建立輪胎模型時(shí)考慮其完整性和復(fù)雜度等；（3）仿真過程中考慮模型對整車的影響。