#千日千文#【24/1000】汽车的鞋子—轮胎

烟雨杭州霾渐稠

1 前言

从长沙到杭州,一路赶得匆忙。
在长沙动车南站的麦当劳和老卜约会接头——两个大老爷们呀,这种见面方式也算是亮了,突然想起了好多网友见面的场景段子,不胜唏嘘,哈哈。
三朝都会,钱塘自古繁华。
杭州——作为阿里系的根据地,在中国互联网的江湖中,有着得天独厚的地位。得益于当年杭州政府的“天堂硅谷计划”,杭州现在拥有了优秀而充足的IT技术人才储备,外加阿里这几年踩着85后互联网人口红利飞速上升,一举跻身国际一流企业,使杭州,正式成为创业的天堂,中国的硅谷。这里产业资本聚涌,这里创业氛围浓烈。
在杭8年,离开已近10年,期间断断续续来过,多是匆匆忙忙。我和这座城市有太多的感情纠葛,有太多的人情因果。
离开时是一个懵懵懂懂的青年,这次回来我已是个中年大叔。时间有着超神魔力,像一把锐利的刻刀,悄悄改变着我们的心灵和外在。
如同这个时代,周围一切都变,杭州变得更快,我都有些认不出来……

2 继续学习

2.1 汽车穿的鞋子——轮胎

2.1.1 轮胎结构概述

  • 现代的轮胎基本由承载区、密封区、定位区等构成。
  • 橡胶是大部分的重量和制造成本。
  • 橡胶的特性决定了轮胎的性能:较软的橡胶具有良好的附着力,较硬的橡胶具有较长的寿命(如货车和工程车辆用胎)
  • 轮胎花纹和胎壳的设计也比较重要。

1 轮胎花纹

  • 原理和存在意义:
    关键词:附着力、排水效应、滑水现象
    虽然汽车在干燥路面上行驶,光滑的轮胎也有很好的附着力,当路面潮湿时,车轮是需要排水效应的。
  • 滑水现象:当排水效应来不及将更多的水从胎面排出时,车轮会浮在水膜表面,车轮被抬高,失去和地面之间的驱动力和制动力,以及操纵力。
  • 胎面花纹的存在就是为了避免滑水现象,提高轮胎和地面之间的去驱动力、制动力以及操纵力。
  • 轮胎花纹形式和使用环境有关系。
  • 花纹的设计取决于对排水效应、磨损、经济、附着力和噪声的要求。

胎噪:全称轮胎噪声,主要由车轮在滚动时被拖入并积压的空气造成的。

车速和轮胎花纹对滚动噪声的影响

2 轮胎外壳

  • 轮胎外壳是轮胎的承载部位,是由多层帘子布和橡胶混合制成。
    帘子布一般由人造丝、聚酰胺纤维制造,货车为增加强度一般采用钢丝。
  • 纤维的交织角度:子午线轮胎的角度是75°-90°,斜交轮胎(或称对角线轮胎)的角度是35°~45°。


    帘子布中纤维交织角度

3 轮肩凸起

  • 轮肩凸起:轮胎和轮毂的接触区。


    轮肩凸起局部图
  • 作用:离心力、轮胎压力、以及限位作用,对于无内胎的轮胎,该肩部还起了密封的作用。
  • 具体:当轮胎被充气后,内部的高压顶住轮胎边缘,使橡胶和轮毂紧密贴合在一起。

2.2 轮胎标识

为了确保轮胎的互换性,制定了轮胎标识。

  • 轮胎标识
    欧盟 ECE-R30 法规定义的乘用车轮胎标识如图:


    欧盟 ECE-R30 法规定义的某轿车用轮胎的标识含义

    轿车轮胎许用最高车速
  • 轮毂标识


    轮毂的横截面和标识含义

2.3 车轮在行驶中的使用

关键词:动态平衡精度、重量分配、静态不圆度要求、胎压。

  • 动平衡要经常对车轮进行平衡检查,对保持车辆的良好行驶特性具有积极额意义。车速越高,平衡精度要求越高。
  • 轮胎和轮毂不均衡的重量分配原因:1,都不是旋转切削的产品,在制造中必然有重量上的偏差和不平衡;2,行驶中的污染和安装误差等,都会引起不均衡的重量分配。
    例如:14in 车轮,15g 的不平衡重量,在60km/h 时引起的离心力达 14N,100km/h 时为38N,160km/h 时就达到100N。这些离心力足以对动力特性和稳定性产生影响。
  • 静态不圆度要求:--和动平衡相对应。
    1)轮胎高度方向上:小于等于1.5mm;
    2)轮胎侧面: 小于等于1.5mm;
    3)轮毂高度方向上:小于等于1.25mm。
  • 胎压:常用的无内胎轮胎在行驶中必须充至规定值的压力,并保持压力的稳定。
    厂家给的轮胎气压值都是对冷胎而言,是根据轮胎在名义最大载荷时,允许以160km/h 车速行驶时的最小气压值。
    胎压可以根据路况和车速适当提高。
    行驶速度越高,胎压要求越高。
  • 胎压低于规定值的后果:
    强烈发热;较高的滚动阻力;侧向稳定性减少;有穿脱的危险;较高而且不仅要的磨损;较好的舒适性;在雪地和野外有较好的附着力。
  • 轮胎半径参数


    静止及行驶中的轮胎相关半径参数

2.4 轮胎和行驶道路之间的附着力

发动机提供的有关动力和转矩都通过轮胎传递到道路上。微观角度上看,传递过程的物理含义和附着力相关,下面对此做些介绍。
1. 摩擦力
轮胎和道路间的摩擦力分为两部分(根据Kummer和Meyer的定义):
1) 粘着力。它指材料相互间的附着力,是原子之间的力量,是两个很近的接触物体间产生的力。
2) 迟滞部分。根据Kummer和Meyer的的标准橡胶理论,普遍被承认的橡胶摩擦系数公式:

摩擦系数公式

摩擦系数的粘着部分和迟滞部分(如下图所示)。两部分都是有滑动的情况下测量的,说明在较小的滑动速度下,粘着摩擦力占总摩擦力的大部分。随着滑动速度的增加,迟滞部分增加,粘着部分下降。
迟滞现象的摩擦系数

2. 滑差

  • 由两种情况引起:一种是轮胎和道路之间的滑动,一种是轮胎自身变形产生的滑动。
  • 除驱动时发生变形,制动也会导致轮胎的变形。


    制动引起的轮胎变形
  • 关于制动时的滑差。制动时车速对轮胎的滑动时有影响的。制动附着系数的最大值对于潮湿地面来说,基本上是在滑差率为30%时达到,之后随滑差率的增加,制动附着系数下降。
    在干燥和潮湿路面上 不同车速的制动滑差率

    3 不同附着系数的影响
    附着力是由附着系数决定的。在冰面光滑上,附着系数比车辆在干燥的水泥路面上要小很多,但随滑差率的增加,其改变并不明显。
    轿车附着系数与滑差率的函数关系

    除了路面广度对附着力有影响之外,附着力还和轮胎花纹密切相关,
    尤其是在带有水膜的路面上,花纹深度的微小偏差就能引起很大的附着力变化。
    不同的路况和水膜深度对附着力的影响

    不论何种路面,车速增加后,附着系数都是下降的。
    4. 侧向力附着系数
    轮胎的另外一个重要的参数:侧向力附着系数。
    它和偏斜角有关,对弯道行驶有重要意义,对车辆的行驶稳定性也有很大影响。
    偏斜角与侧向力

    侧向力附着系数和偏斜角的关系

    随着偏斜角的增加,侧向力附着系数增加。
    5. 行驶方向的滑动和偏斜角的叠加
    如同车辆的前束和偏斜角叠加一样,车辆行驶方向上的滑动和偏斜角也会产生叠加,其结果就是在轮胎接触地面区产生切向应力。
    摩擦系数的最大值和这种叠加有关,因为滑动和偏移角都会使轮胎在横向和纵向上产生位移。如要具备较高的附着系数,就需要提高行驶方向的力并减少侧向力。

侧向力和侧向速度分量---Kamm 环

转向盘的转动带动车轮行驶方向的改变,具有弹性的轮胎在转向摆动时,和地面接触区产生侧向扭曲变形,并产生侧向力。因为有侧向分力,就有侧向的滑动。
对于全抱死的车轮,就认为其滑差率为100%,车轮全部是滑动,而没有滚动。此时通过偏移角的变化,在垂直于车轮行驶方向已经没有力产生,意味着在这种情况下,抱死的车轮是不可能在弯道中行驶或被转向的。因为改变行驶方向必须通过轮胎侧向力来实现。

3 总结

轮胎是汽车穿的的鞋子。它的形式和性能影响到汽车的稳定、制动、动力、舒适等方方面面。不同的行驶路况、不同的时节、不同的用途都会采用不同的轮胎。

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