干燥路面上的附著系數(shù)在1到1.3之間,如果下雨,則在0.5-0.9之間,如果路面粗糙度較低,則雨天抓地力會(huì)變得更差 。
不論任何天氣,抓地力都是必需的,以保持車輛在其路線上 。即使汽車是直行的并且速度恒定, 也必須不斷抵抗可能將車輛推離道路或減速的自然力 。這些力的起源可能是風(fēng),路面彎曲,傾斜,表面不平或滾動(dòng)阻力 。當(dāng)車輛受到這些力時(shí),接觸面自然地成為微滑動(dòng)的中心。然而,抓地力在下面兩種情況顯得格外重要:當(dāng)車輛的速度發(fā)生改變(加速-減速)和汽車們改變其方向(轉(zhuǎn)彎)時(shí) 。
抓地力的兩個(gè)組成部分:縱向抓地力和橫向抓地力 。由于制動(dòng)和加速相關(guān)的機(jī)制具有可比性,我們?cè)诖酥饕苿?dòng),這對(duì)車輛安全至關(guān)重要 。
縱向抓地力
無(wú)論是縱向還是橫向,抓地力都是由輪胎胎面花紋塊在路面上的摩擦產(chǎn)生的 。
我們首先要看一下會(huì)發(fā)生什么 。首先輪胎的接觸面幾乎與路面不動(dòng),接著橡膠塊相對(duì)于路面有微滑動(dòng),然后像履帶一樣移動(dòng) 。因此,在每次車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),與路面接觸的胎面花紋塊并不是在表面上純滾動(dòng) 。
輪胎的工作類似一個(gè)固定在地面上的橡膠塊,我們用手去按壓它的同時(shí),再施加一個(gè)往前推動(dòng)的力 。可以看到該橡膠塊被垂直于地面的力Z發(fā)生壓縮變形,施加在側(cè)面的力F,其平行于地面并逐漸增大 。開(kāi)始時(shí),橡膠塊變形而不會(huì)在表面上滑動(dòng) 。發(fā)生剪切變形 。這時(shí),在橡膠 - 表面接觸產(chǎn)生的一個(gè)與力F大小相等且方向相反的阻力,該阻力稱為摩擦力X 。
這個(gè)階段也被稱為“偽滑點(diǎn)”,因?yàn)橐磺卸及l(fā)生在橡膠塊相對(duì)于路面滑動(dòng)時(shí) 。因?yàn)榉忍《鹉z塊相對(duì)于地面并未明顯地移動(dòng) 。橡膠的變形能力將決定這種偽滑移的程度 。
如果力F繼續(xù)增加,則橡膠塊將開(kāi)始在表面上滑動(dòng),同時(shí)保持其最大剪切力 。在橡膠 - 地面處發(fā)生“真正的”滑動(dòng) 。類似下圖:
滑動(dòng)的來(lái)源
假設(shè)以一定速度沿直線行駛的車輛 。當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí),制動(dòng)力矩通過(guò)制動(dòng)回路施加到車輛的四個(gè)車輪 。此時(shí),車輪的角速度減小并且輪胎的滾動(dòng)速度下降到車速以下 。為了彌補(bǔ)這種差異,輪胎開(kāi)始以一定滑動(dòng)率在道路上滑動(dòng) 。在滑動(dòng)期間,橡膠分子粘附和滯后引起摩擦力,其抵抗滑動(dòng),并且車輛減速 。
這臺(tái)車的抓地力X如何,取決于車輛在路面上的載荷Z,以及路面和胎面膠料的類型 。
定義為:X =μ·Z 其中:X單位為N,Z是道路上車輛的載荷,單位N,μ代表路面的附著系數(shù) 。因此,縱向附著系數(shù)μ被定義為:μ= X/Z 。具體說(shuō)明如前所述 。
橫向抓地力
“過(guò)彎”實(shí)際上就是一個(gè)對(duì)抗離心力的過(guò)程,轉(zhuǎn)彎半徑越小,質(zhì)量越大,速度越快則越難轉(zhuǎn)向,反之則越容易 。具體關(guān)系如下:
M為質(zhì)量,V是速度,R為半徑 。如果Fc=Y,則車輛會(huì)按照既定的軌跡圓行駛 。
在彎道中,駕駛員通過(guò)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)定車輛兩個(gè)前輪的轉(zhuǎn)向角度 。實(shí)際上,他并沒(méi)有沿著車輛的路徑轉(zhuǎn)向車輪,而是將車輪指向彎道內(nèi)側(cè) 。這會(huì)在車輛運(yùn)動(dòng)方向和車輪旋轉(zhuǎn)平面之間產(chǎn)生差異 。角度差稱為側(cè)偏角 。符號(hào)為 [公式] ,它引起輪胎和路面之間的摩擦,產(chǎn)生橫向向心力Y 。在非常低的速度下,離心力非常低,(MV2 /R≈0),側(cè)偏角為零,車輛的路徑由前輪轉(zhuǎn)向角決定 。隨著速度的增加,離心力也隨之增加 。因此,為抵消該力并使車輛保持在其所需路徑上所需的側(cè)偏角也增加 。由于轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比的存在,通常來(lái)講,方向盤角度為20°,實(shí)際前輪轉(zhuǎn)向角度約為1°左右 。
因此,車輛轉(zhuǎn)彎的最大速度取決于橡膠 - 道路接觸面的附著系數(shù),也取決于彎道的半徑,因此在窄彎處的最大轉(zhuǎn)彎速度小于在寬彎道中的轉(zhuǎn)彎速度 。這也是為什么我們?cè)谫惖乐羞^(guò)彎需要走外內(nèi)外線路,盡可能增大轉(zhuǎn)彎半徑,用盡賽道的每一寸地面 。
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