動(dòng)水壓力計(jì)算

1、1、滑水現(xiàn)象輪胎的滑水現(xiàn)象，也稱為滑水現(xiàn)象或者液面效應(yīng)，是指汽車(chē)在路表覆蓋有一層水膜的路面上行駛時(shí)，因輪胎與地面之間不能完全排除或無(wú)法排除路面水膜，從而出現(xiàn)汽車(chē)在水膜上行駛的現(xiàn)象。這時(shí)輪胎與路面的直接接觸受到妨礙，水在這里起著潤(rùn)滑劑的作用，使摩擦系數(shù)減少。路面潮濕時(shí)，輪胎的接地面內(nèi)只有一部分直接與路面接觸，其余部分是通過(guò)水膜接觸路面的。水膜介入的部分越大，摩擦系數(shù)越低。只要路表覆蓋有一定量的水膜，輪胎在水膜覆蓋的路面上高速行駛時(shí)，那么由于流體的壓力就會(huì)使輪胎上浮，必定存在有某種程度的不完全滑水發(fā)生。如果進(jìn)一步提高車(chē)速，最終將導(dǎo)致輪胎與地面完全失去接觸，輪胎便在路面的積水上面向前滑動(dòng)。這種現(xiàn)象恰

2、如滑水運(yùn)動(dòng)一樣，卷入輪胎下面的水壓力與輪胎的載荷相平衡，輪胎與路面完全失去接觸。輪胎在水膜覆蓋的路面上行駛，輪胎的胎面和路面之間的接觸狀態(tài)存在三種不同形式的接觸區(qū)，分別是：擠壓膜區(qū)，覆蓋區(qū)，和牽引區(qū)，共三個(gè)區(qū)1。參見(jiàn)圖 1-1。這三個(gè)區(qū)域的接觸形式很復(fù)雜，包含多種的摩擦與潤(rùn)滑類(lèi)型。圖 1-1 輪胎與路面接觸的 3 個(gè)分區(qū)圖 1-1 中的這三個(gè)區(qū)域不是固定不變的，當(dāng)外界條件發(fā)生變化，接觸部的區(qū)域劃分也會(huì)發(fā)生變化。在一定限度內(nèi)，水層越厚、車(chē)速越高，動(dòng)水壓力就越大，對(duì)車(chē)輪的舉升力也就越大。圖 1-1 中的 A 區(qū)也隨之?dāng)U大，B 區(qū)逐漸向 C 區(qū)移動(dòng),C 逐漸減小。圖 1-2 是輪胎在路面上行駛時(shí)拍攝

3、的照片，隨著速度的增加，胎面與路面的接觸面積減少。當(dāng)路面積水的舉升力超過(guò)輪胎的負(fù)荷力足以把汽車(chē)抬起時(shí)，輪胎與路面就完全脫離接觸了，而是與水膜接觸的面積增大了，若這種舉升力能夠繼續(xù)保持下去，則汽車(chē)可在水面上滑行。這種情況即為完全動(dòng)力滑水。由于汽車(chē)的方向已失去控制，在水面上的滑行是飄忽不定的，故稱為水漂(dynamichydroplaning)。如果是在山區(qū)，車(chē)輛在這種狀態(tài)下行駛，車(chē)輛會(huì)因?yàn)椴皇芩緳C(jī)控制而滑向四周，而道路邊緣又無(wú)交通保護(hù)設(shè)施，車(chē)輛就會(huì)翻向山谷而發(fā)生車(chē)禍。Daughaday2認(rèn)為：完全滑水時(shí)這三個(gè)區(qū)變?yōu)橐粋€(gè)擠壓膜區(qū)，完全在干的路面上行駛時(shí)這三個(gè)區(qū)又變?yōu)橐粋€(gè)牽引區(qū)。由于輪胎和路面間沒(méi)有

4、水，就缺少了水在輪胎和路面間的潤(rùn)滑，因此擠壓膜區(qū)域輪胎與路面大致上是沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的。在緊靠擠壓膜區(qū)前面的區(qū)域里，輪胎與液體之間形成一個(gè)有限的楔角，由于楔角內(nèi)液體的動(dòng)量變化，建立起液體的上推力，這一上推力按輪胎對(duì)路面的前進(jìn)速度的平方增加，在整個(gè)接觸區(qū)域里，胎面單元在接觸到路面上的大多數(shù)凸體以前，一定首先在它們的過(guò)程中壓擠掉余下的水膜。覆蓋區(qū)是水膜破裂的區(qū)域。/I 輪胎前進(jìn)方向水膜在潮濕態(tài)下，輪胎與路面的真正接觸只發(fā)生在牽引區(qū)，如果擠壓過(guò)程能在最短的時(shí)間內(nèi)完成，對(duì)一確定的車(chē)速，擠壓膜區(qū)就越短，如果覆蓋區(qū)長(zhǎng)度不改變，則牽引區(qū)的長(zhǎng)度就越長(zhǎng)，輪胎的牽引力就會(huì)越大。他認(rèn)為潤(rùn)滑狀態(tài)可以分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是淹沒(méi)

5、狀態(tài)，一類(lèi)是潮濕狀態(tài)，但淹沒(méi)狀發(fā)生時(shí)，輪胎的胎面溝和路面的平均空穴寬度結(jié)合起來(lái)，就能在特定的路段的平均最大車(chē)速下，在輪胎和道路間的接觸區(qū)之間排走足夠的水量。在研究中他還發(fā)現(xiàn)由于路面排水不同的設(shè)計(jì)，特定路段的平均最大車(chē)速也不盡相同。隨著最大速度的提高，輪胎面與路面之間由于接觸時(shí)間在減小，因而其的最大摩擦系數(shù)卻不斷減小，并且最大速度點(diǎn)前后的最大摩擦系數(shù)不會(huì)連續(xù)。潮濕狀態(tài)下，路面凸體頂端的微觀粗糙度起著非常重要的作用，它能把覆蓋區(qū)的液膜刺破，使接觸面進(jìn)入牽引區(qū)。Browne 對(duì)動(dòng)力滑水的研究表明，滑水的主要問(wèn)題是正確的入口條件的確立，但只是基于光滑表面迭行研究，沒(méi)有進(jìn)一步對(duì)粗糙表面如何對(duì)動(dòng)力滑水的作

6、用進(jìn)行研究。水廖圖 1-2 在積水中行駛的輪胎導(dǎo)致發(fā)生滑水的根本原因有三條，一是道路表面狀況（主要針對(duì)道路表面粗糙情況），路面粗糙度對(duì)輪胎的濕牽引性能影響較大。路面越粗糙，輪胎的濕牽引性能越好。路面越光滑，輪胎的濕牽引性能越低。二是輪胎花紋的排水能力和胎面花紋對(duì)潮濕路面上胎面單元附著性能，胎面花紋4對(duì)胎面單元的濕附著性能的提高作用明顯，在相同的外部條件下，交叉花紋在本文建立的幾種花紋模型中具有最好的濕附著性能。楔角對(duì)各種花紋胎面單元的壓力分布均有較大影響，外載荷對(duì)胎面單元的附著性能影響明顯。由于胎面花紋的排水作用，花紋對(duì)其附近部位的液體壓力的拉低作用非常明顯，不同花紋胎面單元的壓力分布也有很大

7、不同?；瑒?dòng)速度越大，胎面單元的動(dòng)壓效應(yīng)越強(qiáng)，胎面單元的附著性能也越差。但在本文選取的外載荷條件下，滑動(dòng)速度對(duì)潮濕路面上胎面單元的附著性能影響較小。三是天氣狀況。對(duì)這幾方面有重大影響的因素主要是：降雨水文（包括降雨強(qiáng)度以及降雨歷時(shí)）、輪胎、車(chē)速、路面構(gòu)造、下滲率、路面坡度和坡面的排水長(zhǎng)度。從道路的功能而言，防止滑水，主要從路面表面構(gòu)造、下滲率、路面坡度以及排水長(zhǎng)度等幾個(gè)方面入手，提高行車(chē)的安全性。許多交通事故數(shù)據(jù)分析表明，潮濕的路面是引起交通事故的重要因素。這是由于汽車(chē)在潮濕的路面上行駛時(shí)，路面上存在一定厚度的水膜，輪胎與路面之間的摩擦系數(shù)明顯降低，汽車(chē)的制、驅(qū)動(dòng)能力和轉(zhuǎn)向能力部分或完全喪失所致

8、。而摩擦系數(shù)是保證汽車(chē)安全行駛的基本條件，當(dāng)其降低時(shí)，汽車(chē)產(chǎn)生的牽引力和路面對(duì)汽車(chē)產(chǎn)生的摩擦力就會(huì)失去平衡，導(dǎo)致汽車(chē)不能按預(yù)定方向行駛，從而產(chǎn)生事故隱患。汽車(chē)在潮濕路面上行駛時(shí)，隨著車(chē)速的提高，因路面條件（主要針對(duì)道路表面粗糙情況）和水膜厚度（會(huì)影響輪胎面和路面之間的附著系數(shù)）的不同，輪胎可以產(chǎn)生動(dòng)力滑水現(xiàn)象，也可以產(chǎn)生粘性滑水兩種滑水現(xiàn)象。從這兩個(gè)滑水的定義可以看出，這兩種滑水現(xiàn)象都對(duì)汽水股水膜車(chē)的行車(chē)安全造成嚴(yán)重危害。動(dòng)力滑水（完全動(dòng)力滑水）是在路面有積水情況下，隨著車(chē)速的提高，在輪胎胎面與路面之間產(chǎn)生動(dòng)水壓力，使輪胎與路面因此逐漸分離開(kāi)來(lái)，最終使輪胎胎面完全支承于水膜之上，而不是支承于路

9、面上的現(xiàn)象。發(fā)生完全動(dòng)力滑水時(shí)，一般當(dāng)水膜厚度超過(guò) 1mm 液體的慣性效應(yīng)就會(huì)占據(jù)主導(dǎo)的地位。完全動(dòng)力滑水導(dǎo)致輪胎面與路面之間傳遞的制動(dòng)力、驅(qū)動(dòng)力和轉(zhuǎn)向作用力喪失。在完全動(dòng)力滑水開(kāi)始之前，隨著車(chē)速的提高，流體動(dòng)壓力引起輪胎面與路面之間的接觸區(qū)域逐漸減小，這一過(guò)渡狀態(tài)可以在很寬的車(chē)速范圍內(nèi)發(fā)生，稱為部分動(dòng)力滑水現(xiàn)象。部分動(dòng)力滑水導(dǎo)致輪胎摩擦系數(shù)減小，車(chē)輛的牽引能力和方向控制能力降低，制動(dòng)距離會(huì)增長(zhǎng)。粘性滑水是指在潮濕天氣或雨后，路面上存在很薄的一層水膜（約為 0.010.2mm）,當(dāng)車(chē)輛在有積水的路面上行駛時(shí)，隨著行車(chē)速度的提高，由于彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑機(jī)理，依附在在路面上的水膜破壞了胎面單元與路面

10、之間的密切接觸，而使胎面與水膜接觸，降低了路面摩擦系數(shù)，引起輪胎相對(duì)于路面滑動(dòng)的現(xiàn)象。當(dāng)發(fā)生粘性滑水時(shí)，液體的粘性效應(yīng)占據(jù)主導(dǎo)地位。粘性滑水導(dǎo)致輪胎的薄膜濕牽引能力降低或完全喪失?？梢钥闯?，無(wú)論是動(dòng)力滑水，還是粘性滑水，都會(huì)影響汽車(chē)的行駛，使汽車(chē)不能按照原先的計(jì)劃行駛，而是要受到水膜厚度的制約，水膜厚度處于不同的范圍，就會(huì)產(chǎn)生不同的滑水現(xiàn)象，對(duì)汽車(chē)行駛的影響也不同。與動(dòng)力滑水相比，輪胎的粘性滑水問(wèn)題更為嚴(yán)重。這是因?yàn)?，首先粘性滑水更容易發(fā)生，即粘性滑水可以在很薄的水膜和較低的車(chē)速下發(fā)生，而動(dòng)力滑水的發(fā)生需要建立在一定厚度的水膜的基礎(chǔ)上的，另外還還需要一定的車(chē)速才能發(fā)生。其次，路面上的薄層水膜難

11、以利用機(jī)械方式加以清除，因此就很容易發(fā)生粘性滑水，但是動(dòng)力滑水的問(wèn)題就相對(duì)比較容易解決，比如可以用采取排水措施把路面積水排掉，或者通過(guò)交通管制措施，可以保證此類(lèi)隱患的出現(xiàn)。綜上所述，當(dāng)車(chē)輛在有水膜覆蓋的路面上高速行駛時(shí)，由于輪胎擠壓水膜，使水膜受擠產(chǎn)生一定的變形，當(dāng)變形過(guò)大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生的動(dòng)水壓力使得輪胎與路面脫離接觸，使輪胎沿路面積水滑行，從而發(fā)生滑水現(xiàn)象。對(duì)于安全行車(chē)來(lái)講，這是十分危險(xiǎn)的行為，如果輕微發(fā)生滑水，使車(chē)輛本身受到損害，如果發(fā)生嚴(yán)重滑水，必須采取各種措施來(lái)防止滑水的發(fā)生。對(duì)于輪胎而言，可以提高胎壓以及胎面花紋深度；對(duì)于路面而言7,增加表面的紋理深度，提高路表坡度，減小路表水膜厚度，

12、這些措施都可以降低發(fā)生滑水的機(jī)率。還可以利用科技力量實(shí)施監(jiān)控8,加強(qiáng)路面巡邏管控力度。我們要充分利用好現(xiàn)有超速監(jiān)控設(shè)施，依托各種科技裝備，一方面加大測(cè)速?gòu)?qiáng)度，延長(zhǎng)測(cè)速時(shí)間，最大限度的監(jiān)控和抓拍超速違法車(chē)輛。另一方面采用流動(dòng)設(shè)施和固定設(shè)施相互結(jié)合的辦法，盡量擴(kuò)大監(jiān)控范圍。在添置監(jiān)控設(shè)施時(shí)要注意具體參數(shù)，一定要選擇具有全天候監(jiān)控、高速抓拍、遠(yuǎn)程控制等功能的高像素設(shè)施，避免“拍不到”和“拍到不能用”等問(wèn)題發(fā)生。 路面的執(zhí)勤巡邏民警在巡邏過(guò)程中要加強(qiáng)對(duì)超速違法行為的監(jiān)管，可以利用流動(dòng)監(jiān)控設(shè)施予以記錄，或者通過(guò)喊話方式責(zé)令糾正，或者跟隨進(jìn)入收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)指出違法行為并予以糾正。必要時(shí)，各大隊(duì)可以集中行動(dòng)

13、，采用主線測(cè)速，服務(wù)區(qū)糾正并處罰的方式嚴(yán)厲打擊超速駕駛違法行為，并通過(guò)各種媒體宣傳，擴(kuò)大影響范圍，起到警示作用。在三種滑水中，動(dòng)力滑水最為常見(jiàn)，也最為主要，有必要對(duì)此進(jìn)行分析研究。2、對(duì)形成滑水現(xiàn)象的動(dòng)水壓力的分析滑水問(wèn)題可以看作輪胎與路面接觸區(qū)域之間水膜被輪胎擠壓到一定程度，產(chǎn)生動(dòng)水壓力，當(dāng)動(dòng)水壓力達(dá)到一定的程度，從而使路面積水沿著一定的方向被排出?？梢园哑?chē)速度看作加載后的速度，如果速度越快，則加載速度越快。把水膜的一部分厚度看作需要排出的水的數(shù)量的依據(jù)9。當(dāng)輪胎與路面接觸區(qū)域之間的積水能夠在加載時(shí)間內(nèi)排出，不會(huì)影響到車(chē)輛的正常行駛，則被認(rèn)為不發(fā)生滑水，反之則發(fā)生滑水。一方面，只要路表覆蓋

14、有一定量的積水時(shí)，車(chē)輛在水膜覆蓋的路面上以很高的速度行駛時(shí)，由于路面積水和輪胎接觸的時(shí)間過(guò)短，它們之間引起的動(dòng)水壓力還達(dá)不到一定程度，從而使輪胎與路面間實(shí)際接觸區(qū)域內(nèi)的水就可（a）局度 1mm圖 5-2 速度 5m/s、楔角 0.4仃=0.3mm、不同高度、不同時(shí)刻壓力曲線能沒(méi)有被完全排出，那么由于動(dòng)水壓力的存在，就會(huì)使輪胎上浮，在一定程度上，必定使輪胎與路面之間不能夠充分的接觸，從而降低了輪胎在路面上的附著能力。另一方面，路表面的水不能被排除走，殘余的路面積水就會(huì)沿著一定的“通道”滲透到路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部，使路面瀝青混合了料內(nèi)的空隙， 被水占據(jù)著， 由于瀝青材料與周?chē)系恼辰Y(jié)能力需要一定的瀝青稠

15、度做保證，而水稀釋了瀝青的稠度，從而降低了這種粘結(jié)，從而使粘附在集料表面的瀝青顆粒發(fā)生剝落，形成了水損壞現(xiàn)象，它是是瀝青路面早期損壞的關(guān)鍵因素，反復(fù)的動(dòng)水壓力是造成這一現(xiàn)象的主要原因之一網(wǎng)。3、影響因素從對(duì)產(chǎn)生動(dòng)水壓力的原因及對(duì)動(dòng)水壓力的公式推導(dǎo)，可以看出，一是道路表面狀況（主要針對(duì)道路表面粗糙情況）；二是輪胎花紋（花紋的種類(lèi)及樣式）；三是行車(chē)速度；四是楔角的大小都會(huì)對(duì)動(dòng)水壓力的大小產(chǎn)生重要影響，五是初始高度；六是持續(xù)時(shí)間。因此這六類(lèi)要素可以認(rèn)為是動(dòng)水壓力的影響因素，從對(duì)于大多數(shù)高速公路路面產(chǎn)生的滑水現(xiàn)象的分析可知，這六個(gè)影響因素會(huì)交互作用，從而產(chǎn)生動(dòng)水壓力，針對(duì)這種情況，下面根據(jù)文獻(xiàn)10分十

16、二種情況（假設(shè)粗糙度仃=0.3mm 為默認(rèn)情況）：3-1、在一定粗糙度時(shí)，不同高度對(duì)液體壓力的作用規(guī)律圖 5-1 是楔角 0.4。、不同初始高度時(shí)液體壓力分布曲線的比較。從圖中可以看出不同初始高度時(shí)，對(duì)液體壓力的影響分布基本一致，只是與其它初始高度相比，當(dāng)初始高度很小時(shí)，在剛開(kāi)始的液體壓力一樣，但隨著時(shí)間的增加，初始高度很小液體壓力會(huì)比其他稍大的初始高度所對(duì)應(yīng)的液體壓力明顯增大，在 0.8 秒之后到結(jié)束趨于一致。圖 5-10=0.3mm不同局度壓力曲線（此圖取自文獻(xiàn)）3-2、在一定粗糙度、楔角及車(chē)速時(shí)，不同高度及不同時(shí)刻對(duì)液體壓力的作用規(guī)律圖 5-2 表示出的是楔角 0.4時(shí)，不同的初始高度下

17、不同時(shí)刻液體承載曲線圖?？梢钥闯鲭S初始高度的減小，液體壓力不但大小不變，分布也基本相同。不同初始高度對(duì)液體承載影響不大，只有當(dāng)初始高度減小到一定數(shù)值時(shí)，液體壓力開(kāi)始減小，這說(shuō)明表面形貌承載在增大。(b)局度 0.5mm(c)局度 0.1mm(此圖取自文獻(xiàn))3-3、在一定粗糙度時(shí)，不同速度對(duì)液體壓力的作用規(guī)律圖 5-3 是楔角 0.40、不同車(chē)速時(shí)液體壓力分布曲線的比較，滑動(dòng)速度越低，低端壓力變低，但壓差增大，高端壓力變低，滑動(dòng)速度越高，與滑動(dòng)速度較低處相比，低端壓力基本無(wú)變化，但高端壓力明顯變大。圖 5-3 仃=0.3mm、不同速度的壓力曲線(此圖取自文獻(xiàn))3-4、在一定楔角時(shí)，不同速度及不同

18、時(shí)刻對(duì)液體壓力的作用規(guī)律圖 5-4 是液體壓力曲線圖，隨著時(shí)間的增加，液體承載的最高點(diǎn)壓力逐漸減小，并漸漸向低端的方向移動(dòng)，滑動(dòng)速度越低，移動(dòng)傾向越明顯，滑動(dòng)速度越高，移動(dòng)傾向不如滑動(dòng)速度越低的明顯，產(chǎn)生的原因是滑動(dòng)速度低，有一部分液體壓力被形貌為微凸體所承載，所以會(huì)變化明顯。(a)速度為 0(b)速度 10m/s(c)速度 20m/s圖 5-4 楔角 0.40、不同速度、不同時(shí)刻壓力曲線(此圖取自文獻(xiàn))3-5、在一定粗糙度及車(chē)速時(shí)，不同楔角及不同時(shí)刻對(duì)液體壓力的作用規(guī)律圖 5-5 表示出的是滑動(dòng)速度 5m/s 時(shí)，不同楔角時(shí)不同時(shí)刻液體承載曲線圖?？梢钥闯鲭S時(shí)間的增加，液體壓力無(wú)論在低端還是

19、在高端都有減小現(xiàn)象，最大壓力也在減小，壓力分布也變化較小。但楔角為 2.8楔角時(shí)，液體承載在低端隨時(shí)間的增大有增大的趨勢(shì)，到達(dá)最高端后，然后液體壓力有減小現(xiàn)象，并且隨時(shí)間變化并不明顯。楔角為 5.70時(shí)，液體壓力先急劇增大，到一定值時(shí)，液體壓力開(kāi)始急劇減小，直到 0.00I8 秒，畫(huà)中顯示的液體壓力開(kāi)始緩慢減小。不同的楔角對(duì)液體壓力影響都是存在有臨界點(diǎn)的，當(dāng)楔角小于 0.40液體壓力分布變化不大，然而當(dāng)楔角大于 0.40時(shí)，液體壓力分布變化卻很大。Odi48廿20 x10O.001秒O.01秒0001秒x/b（c）楔角 2.8（d）楔角 5.7圖 5-5 速度 5m/s,。=0.3mm、不同楔

20、角、不同時(shí)刻液體壓力曲線（此圖取自文獻(xiàn)）3-6、在一定粗糙度及車(chē)速時(shí)，不同楔角對(duì)液體壓力的作用規(guī)律圖 5-6 為不同楔角液體壓力分布圖比較?？梢钥闯鲭S楔角的增加，最高壓力點(diǎn)的位置雖然基本不變，當(dāng)楔角的增加達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，液體承載的最高點(diǎn)壓力卻逐漸增加，壓力在低端有奇變現(xiàn)象，楔角越大，說(shuō)明會(huì)有更多的積水在動(dòng)水壓力作用下，從輪胎下被排水，這對(duì)于減小滑水的發(fā)生，增加輪胎的濕牽引性能有巨大的積極作用。24x1031.6x1OaS0X1040.0O.5x/b圖 5-6 速度 5m/s,仃=0.3mm 時(shí)，不同楔角壓力曲線（此圖取自文獻(xiàn)）3-7、在一定楔角及車(chē)速時(shí)，不同粗糙度對(duì)液體壓力的作用規(guī)律圖 5-7

21、 為面積相同、粗糙度不同時(shí)，液體壓力分布圖的比較。粗糙度越增大，液體壓力越小。因?yàn)榇植诙却髸r(shí)，一部分路面積水會(huì)進(jìn)入粗糙路面的凹槽內(nèi)，不會(huì)與車(chē)輪面接觸，因此和車(chē)速無(wú)關(guān)，當(dāng)凹槽的面積越大，即意味著路面的粗糙度大，剩余在路表面的參與發(fā)生動(dòng)水壓力的水分較少，那么動(dòng)水壓力會(huì)越小。圖 5-7 楔角 0.4、速度 5m/s,不同粗糙度壓力曲線(a)楔角 0.060(b)楔角 0.1712x10-6.0 x10*0.001秒0,01秒0.02秒0.03秒2.0 x10-1.0X1戰(zhàn),O,Oe呈/Kte/Kte及裂x/b（此圖取自文獻(xiàn)）3-8、在一定楔角及車(chē)速時(shí)，不同粗糙度及不同時(shí)刻對(duì)液體壓力的作用規(guī)律圖 5-

22、8 表示出的是在滑動(dòng)速度 5m/s 時(shí)， 楔角 0.40,三種不同的粗糙度時(shí)不同時(shí)刻液體壓力曲線圖。可以看出隨時(shí)間的增加，液體承載力在低端后半部分有增大、高端有減小現(xiàn)象，最大壓力在粗糙度較小時(shí)稍稍變大，在粗糙度較大時(shí)變小。因?yàn)槁访娲植诙刃r(shí)，路表面受到輪胎作用的積水面積很大，相應(yīng)的產(chǎn)生的動(dòng)水壓力會(huì)比較大，反之亦然。表面越粗糙，輪胎與路面峰頂接觸越快，輪胎對(duì)路面積水的作用時(shí)間很短暫，路面積水對(duì)輪胎產(chǎn)生的動(dòng)水壓力很有限，故液體承載力越小。(a)仃=0(b)cr=0.1mm(c)c=0.5mm圖 5-8 楔角 0.4速度 5m/s、不同仃、不同時(shí)刻壓力曲線(此圖取自文獻(xiàn))3-9、在一定楔角、車(chē)速及粗

23、糙度時(shí)，不同紋理方向及不同時(shí)刻對(duì)液體壓力的作用規(guī)律圖 5-9 為楔角 0.40、粗糙度相同、不同紋理方向在不同時(shí)刻液體承載曲線圖。隨時(shí)間的增加，液體承載力在低端在前半部分有增大、高端有減小現(xiàn)象，沒(méi)有紋理的各向同性表面濕牽引性能次之，橫向紋理二端均減小。輪胎表面無(wú)紋理，說(shuō)明輪胎表面很光滑，對(duì)路表面的積水的吸附能力將會(huì)降低，隨著時(shí)間的增加，液體薄膜對(duì)輪胎表面產(chǎn)生的動(dòng)水壓力會(huì)逐漸減小。(a)/=1/9(b)，=9圖 5-9 楔角 0.4、速度 5m/s,仃=0.3、不同尸、不同時(shí)刻壓力曲線(此圖取自文獻(xiàn))3-10、在一定楔角、車(chē)速及粗糙度時(shí)，不同紋理方向?qū)σ后w壓力的作用規(guī)律圖 5-10 為不同紋理液

24、體壓力分布的比較。橫向紋理壓力在低端有奇變現(xiàn)象。但實(shí)際上，路面紋理一般為橫向，這主要是有利于減少雨天路面的排水距離，還可以降低路面的積水厚度，從而減少車(chē)輛通過(guò)時(shí)產(chǎn)生的水霧，為駕駛?cè)藛T創(chuàng)造一個(gè)良好的視野環(huán)境，保證車(chē)輛能夠有序通過(guò)有積水的路面；另一方面，考慮輪胎接地面積的形狀，橫向壓差較大，對(duì)路表面的積水的吸附能力將會(huì)增加，隨著時(shí)間的增加，液體薄膜對(duì)輪胎表面產(chǎn)生的動(dòng)水壓力會(huì)逐漸增加。吊金、。4殳40 x1Q2.0 x10圖 5-10 楔角 0.4、速度 5m/s、仃=0.3mm 時(shí)不同紋理壓力曲線（此圖取自文獻(xiàn)）3-11、在一定楔角、車(chē)速及粗糙度時(shí)，不同面積對(duì)液體壓力的作用規(guī)律圖 5-11 為速度

25、 5m/s、楔角 0.40、不同面積時(shí)液體壓力的比較。為了便于將不同面積的胎面壓力進(jìn)行比較，圖 5-10 是平行于運(yùn)動(dòng)方向沿胎面中線按照縱向相對(duì)長(zhǎng)度進(jìn)行比較的。不同面積液體承載曲線變化隨面積的增加而相對(duì)的增大。當(dāng)輪胎與路面積水的接觸面積大時(shí)，就意味著要把這些積水排掉，需要更大的能量做保證，即需要更大的液體壓力。圖 5-10 楔角 0.40、速度 5m/s,a=0.3mm 時(shí)不同面積壓力曲線（此圖取自文獻(xiàn)）3-12、在一定楔角、車(chē)速及粗糙度時(shí)，不同面積及不同時(shí)刻對(duì)液體壓力的作用規(guī)律圖 5-12 表示出的是速度 5m/s、楔角 0.40時(shí)，不同面積時(shí)液體承載曲線不同時(shí)刻變化圖。隨時(shí)間的增加，液體承

26、載力在低端有增大、高端有減小現(xiàn)象，最大壓力逐漸減小，點(diǎn)的位置漸漸向低端移動(dòng)。當(dāng)輪胎與路面積水的接觸面積大時(shí)，就意味著要把這些積水排掉，需要更大的能量做保證，即需要更大的液體壓力，但隨著時(shí)間的增加，因排掉的水量在逐漸減小，因此不再需要原有的動(dòng)水壓力, 因此，液體壓力隨時(shí)間的增加在減小。6.0 x1D3.0 x10 x/b數(shù)值法建立滑水速度計(jì)算模型。在理論方面國(guó)內(nèi)外的主要研究主要是針對(duì)影響動(dòng)水壓力的因素，如路面粗糙度、車(chē)速、車(chē)重和水膜厚度以及輪胎花紋形式等，運(yùn)用水力學(xué)和有限元的方法分析動(dòng)水壓力和其影響因素之間的關(guān)系，進(jìn)而求出各個(gè)因素對(duì)滑水速度的影響規(guī)律。欒錫富4應(yīng)用伯努利定理，得出動(dòng)水壓力的公式，

27、并求出處于臨界滑水時(shí)的公式，據(jù)此以 ADAMS軟件為平臺(tái)，創(chuàng)建了滑水現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)仿真模型，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，得到了大量的動(dòng)態(tài)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了用計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)代替具有破壞性物理實(shí)驗(yàn)的方法.同濟(jì)大學(xué)的李少波等人應(yīng)用伯努利定理計(jì)算得到了理想狀態(tài)發(fā)生滑水的臨界滑水速度計(jì)算式。J.R.Cho6根據(jù)一般耦合有限體積法和顯式有限元方法提出了穩(wěn)定和可靠的數(shù)值過(guò)程，模擬和研究輪胎滑水現(xiàn)象。通過(guò)三維圖案模型可以準(zhǔn)確的描述雨水流流經(jīng)輪胎的過(guò)程，使用正交異性殼元素和懲罰 Moonley-Rivlin 模型有效的模擬復(fù)雜輪胎材料組成，并在隨后的數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)中得出了滑水速度和動(dòng)水壓力成正比例關(guān)系。當(dāng)輪胎與路面接觸區(qū)域之間的積水能夠

28、在加載時(shí)間內(nèi)排出，不會(huì)影響到車(chē)輛的正常行駛，則被認(rèn)為不發(fā)生滑水，反之則有發(fā)生滑水的可能性。車(chē)輛發(fā)生滑水時(shí)，車(chē)輪與路面之間形成的楔角是形成車(chē)輛滑水的重要條件，而楔角是描述楔段的重要參數(shù)，楔角在04時(shí)對(duì)于車(chē)輛發(fā)生滑水現(xiàn)象影響顯著7,故本文分析楔角較?。ㄐ∮?0.4）和楔角較大（大于或等于 0.4）兩種情況下車(chē)輛的滑水速度。4.1楔角不同時(shí)滑水速度計(jì)算4.1.1楔角較小時(shí)滑水速度計(jì)算當(dāng)路表積水進(jìn)入車(chē)輪與路面間的空隙時(shí)， 由于水膜對(duì)車(chē)輪的向上的動(dòng)水壓力使車(chē)輪與路面形成一定的楔角，在楔角較小時(shí)，對(duì)此時(shí)車(chē)輪進(jìn)行受力分析，如圖 2 所示，車(chē)輪在前進(jìn)過(guò)程中受到前方水膜對(duì)其向上的托力W及阻力W,還受到地面對(duì)它的

29、支撐力N及附著力f以及自重G假設(shè)路面積水在車(chē)輪作用下，即保持著液體保持著理想狀態(tài)，路面積水不可壓縮，路面對(duì)液體的水平剪切力和車(chē)輪與路面間的附著力f忽略不計(jì)，車(chē)輪受力圖如下：60 xlOJ!0.001 秒0.。由0.02 秒0.Q3 秒2(a)面積 1800mm圖 5-12 楔角 0.4、速度 5m/s,_一一2（b）面積 200mm仃=0.3mm、不同面積、不同時(shí)刻壓力曲線（此圖取自文獻(xiàn)）4、動(dòng)水壓力的公式推導(dǎo)目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于滑水速度的計(jì)算分為 2 大類(lèi)：1 是通過(guò)水力學(xué)理論計(jì)算滑水速度。2 是通過(guò)圖 1 車(chē)輪的受力示意圖車(chē)輛在有積水的路面行駛時(shí)，車(chē)輪必定會(huì)對(duì)路面積水產(chǎn)生撓動(dòng)，從而引起水膜發(fā)生流

30、動(dòng),其實(shí)質(zhì)是水膜內(nèi)流束發(fā)生流動(dòng)。由于流束受到輪胎的阻礙使得流速在于輪胎表面接觸點(diǎn)變?yōu)榱?，此點(diǎn)即為停滯點(diǎn)，這一過(guò)程的發(fā)生在輪胎的接地長(zhǎng)度范圍內(nèi)，并且流束能量隨著流速變化而轉(zhuǎn)化（從動(dòng)能演化為壓能），在當(dāng)流速到達(dá)停滯點(diǎn)時(shí)，其能量由原先的動(dòng)能完全轉(zhuǎn)化為壓能，也就是動(dòng)水壓力達(dá)到最大值。路面流束在界面上的流線如下圖（圖 2）所示8:圖 2 路面流束的流線示意圖Fig.2surfacejetflowlinediagram假設(shè)流束在接地范圍內(nèi)的變化符合線性變化規(guī)律，即:式中：vo為汽車(chē)速度，km/h；l為輪胎接地長(zhǎng)度,根據(jù)力的作用是相互的，輪胎對(duì)水膜的作用力W,因此楔角較小時(shí)，沿水平方向的動(dòng)量定理有（假設(shè)路面

31、對(duì)車(chē)輪的阻力不計(jì)）iFxt=WHt=W：tdx=mw（V0-Vx）（2）0式中：nw為水膜的質(zhì)量，kg。將式（1）代入式（2）,并經(jīng)過(guò)變換得1：hwv；x2WH,2dx-01式中：P 為水膜的密度，1000kg/N;w為車(chē)輪的寬度，m；h 為水膜的厚度，m 路面與輪胎的接地面積為：cGS=p式中：G 為車(chē)輪重力，N;P 為車(chē)輪內(nèi)壓，KR。輪胎與地的接地長(zhǎng)度：S1=一（6）w將式（5）代入式（6）可得：Pw再將式（7）代入式（4）,可得:Wv=WHcota(9)式中：a 一楔角。cotu=L(10)hW=.,W；W2(11)將式（8）式（11）變換得:Vx=V0-v0-xx三b,l1(1)muFX等于路表面水膜對(duì)輪胎的水平作用力WHIphw02x2:hwv213(4)WH=：Ghv；3P(8):Gv：.h2l2(12)3P當(dāng)水膜對(duì)車(chē)輪向上的作用力等于車(chē)輪自重（W=G）時(shí)，車(chē)輛剛好處于臨界滑水狀態(tài)，此時(shí)車(chē)速 VK為滑水速度，令 W=G,結(jié)合式（9）得:V”再（13）式中：VK-臨界滑水速度，km/