動水壓力計(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),是指汽車在路表覆蓋有一層水膜的路面上行駛時,因輪胎與地面之間不能完全排除或無法排除路面水膜,從而出現(xiàn)汽車在水膜上行駛的現(xiàn)象.這時輪胎與路面的直接接觸受到阻礙,水在這里起著潤滑劑的作用,使摩擦系數(shù)減少.路面潮濕時,輪胎的接地面內(nèi)只有一局部直接與路面接觸,其余局部是通過水膜接觸路面的.水膜介入的局部越大,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,那么由于流體的壓力就會使輪胎上浮, 必定存在有某種程度的不完全滑水發(fā)生.如果進(jìn)一步提升車速, 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.這種現(xiàn)

2、象恰如滑水運(yùn)動一樣,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),共三個區(qū)1.參見圖1-1.這三個區(qū)域的接觸形式很復(fù)雜,包含多種的摩擦與潤滑類型.圖1-1輪胎與路面接觸的3個分區(qū)圖1-1中的這三個區(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 發(fā)生變化.在一定限度內(nèi),水層越厚、車速越高,動水壓力就越大,對車輪的舉升力也就越 大.圖1-1中的A區(qū)也隨之?dāng)U大,B區(qū)逐漸向CK移動,C逐漸減小.圖1-2是輪胎在路面上行駛 時拍攝的照片,隨著速度的增加,

3、胎面與路面的接觸面積減少.當(dāng)路面積水的舉升力超過輪胎的負(fù)荷力足以把汽車抬起時,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,假設(shè)這種舉升力能夠繼續(xù)保持下去,那么汽車可在水面上滑行.這種情況即為完全動力滑水. 由于汽車的方向已失去限制,在水面上的滑行是飄忽不定的,故稱為水漂( dynamic hydroplaning ).如果是在山區(qū),車輛在這種狀態(tài)下行駛,車輛會由于不受司機(jī)限制而滑向 四周,而道路邊緣又無交通保護(hù)設(shè)施,車輛就會翻向山谷而發(fā)生車禍.Daughaday2認(rèn)為：完全滑水時這三個區(qū)變?yōu)橐粋€擠壓膜區(qū),完全在干的路面上行駛時 這三個區(qū)又變?yōu)橐粋€牽引區(qū). 由于輪胎和路面間沒有水,

4、就缺少了水在輪胎和路面間的潤滑, 因此擠壓膜區(qū)域輪胎與路面大致上是沒有相對運(yùn)動的.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有限的楔角,由于楔角內(nèi)液體的動量變化,建立起液體的上推力, 這一上推力按輪胎對路面的前進(jìn)速度的平方增加,在整個接觸區(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程中壓擠掉余下的水膜.覆蓋區(qū)是水膜破裂的區(qū)域.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),如果擠壓過程能在最短的時間內(nèi)完成,對一確定的車速,擠壓膜區(qū)就越短,如果覆蓋區(qū)長度不改變,那么牽引區(qū)的長度就越長, 輪胎的牽引力就會越大.他認(rèn)為潤滑狀態(tài)可以分為兩大類,一類是淹沒狀態(tài),一類是潮濕狀

5、態(tài), 但淹沒狀發(fā)生時,輪胎的胎面溝和路面的平均空穴寬度結(jié)合起來,就能在特定的路段的平均最大車速下,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速也不盡相同.隨著最大速度的提升, 輪胎面與路面之間由于接觸時間在減小,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對動力滑水的研究說明,滑水的主要問題是正確的入口條件確實(shí)立,但只是基于光滑外表迭行研究,沒有進(jìn)一步對粗糙外表如何對動力滑水的作用進(jìn)行研究.是道

6、路外表狀況3主要針對道路外表粗糙情況圖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,路面粗糙度對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水平和胎面花紋對潮濕路面上胎面單元附 著性能,胎面花紋4對胎面單元的濕附著性能的提升作用明顯,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.楔角對各種花紋胎面單元的壓力分布均有較大影響,外載荷對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不同.滑動速度越大,胎面

7、單元的動壓效應(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,滑動速度對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、輪胎、車 速、路面構(gòu)造、下滲率、路面坡度和坡面的排水長度.從道路的功能而言,預(yù)防滑水,主要 從路面外表構(gòu)造、下滲率、路面坡度以及排水長度等幾個方面入手,提升行車的平安性.許多交通事故數(shù)據(jù)分析說明,潮濕的路面是引起交通事故的重要因素.這是由于汽車在潮濕的路面上行駛時,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, 汽車的制、驅(qū)動水平和轉(zhuǎn)向水平局部或完全喪失所致.而摩擦系數(shù)是保證

8、汽車平安行駛的基本條件,當(dāng)其降低時,汽車產(chǎn)生的牽引力和路面對汽車產(chǎn)生的摩擦力就會失去平衡,導(dǎo)致汽車不能按預(yù)定方向行駛,從而產(chǎn)生事故隱患.汽車在潮濕路面上行駛時, 隨著車速的提升,因路面條件主要針對道路外表粗糙情況 和水膜厚度會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.從這兩個滑水的定義可以看出,這兩種滑水現(xiàn)象都對汽車的行車平安造成嚴(yán)重危害.動力滑水完全動力滑水是在路面有積水情況下, 隨著車速的提升,在輪胎胎面與路面之間產(chǎn)生動水壓力,使輪胎與路面因此逐漸別離開來,最終使輪胎胎面完全支承于水膜之上,而不是支承于路面上的現(xiàn)象. 發(fā)生完全動力滑水

9、時, 一般當(dāng)水膜厚度超過1mm液體的慣性效應(yīng)就會占據(jù)主導(dǎo)的地位.完全動力滑水導(dǎo)致輪胎面與路面之 間傳遞的制動力、驅(qū)動力和轉(zhuǎn)向作用力喪失.在完全動力滑水開始之前,隨著車速的提升, 流體動壓力引起輪胎面與路面之間的接觸區(qū)域逐漸減小,這一過渡狀態(tài)可以在很寬的車速范圍內(nèi)發(fā)生,稱為局部動力滑水現(xiàn)象. 局部動力滑水導(dǎo)致輪胎摩擦系數(shù)減小,車輛的牽引水平和方向限制水平降低,制動距離會增長.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,當(dāng)車輛在有積水的路面上行駛時,隨著行車速度的提升,由于彈 性流體動力潤滑機(jī)理, 依附在在路面上的水膜破壞了胎面單元與路面之間的密切接觸,而使胎面與水膜接觸,降低了路

10、面摩擦系數(shù),引起輪胎相對于路面滑動的現(xiàn)象.當(dāng)發(fā)生粘性滑水時,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水平降低或完全喪失.可以看出,無論是動力滑水,還是粘性滑水,都會影響汽車的行駛,使汽車不能根據(jù)原先的方案行駛,而是要受到水膜厚度的制約,水膜厚度處于不同的范圍, 就會產(chǎn)生不同的滑水現(xiàn)象,對汽車行駛的影響也不同.與動力滑水相比,輪胎的粘性滑水問題更為嚴(yán)重.這是由于,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速下發(fā)生,而動力滑水的發(fā)生需要建立在一定厚度的水膜的根底上的,另外還還需要一定的車速才能發(fā)生.其次,路面上的薄層水膜難以利用機(jī)械方式加以去除,因此就很容易發(fā)生粘

11、性滑水, 但是動力滑水的問題就相比照擬容易解決, 比方可以用采取排水舉措把路面積水排掉,或者通過交通管制舉措,可以保證此類隱患的出現(xiàn).綜上所述,當(dāng)車輛在有水膜覆蓋的路面上高速行駛時,由于輪胎擠壓水膜,使水膜受擠產(chǎn)生一定的變形,當(dāng)變形過大時,就會產(chǎn)生的動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. 對于平安行車來講, 這是十分危險(xiǎn)的行為,如果稍微發(fā) 生滑水,使車輛本身受到損害,如果發(fā)生嚴(yán)重滑水,必須采取各種舉措來預(yù)防滑水的發(fā)生.對于輪胎而言,可以提升胎壓以及胎面花紋深度；對于路面而言7,增加外表的紋理深度,提升路表坡度,減小路表水膜厚度,這些舉措都可以降低發(fā)生滑水的機(jī)率

12、.還可以利用科技力量實(shí)施監(jiān)控8,增強(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,一方面加大測速強(qiáng)度,延長測速時間,最大限度的監(jiān)控和抓拍超速違法車輛.另一方面采用流動設(shè)施和固定設(shè)施相互結(jié)合的方法,盡量擴(kuò)大監(jiān)控范圍.在添置監(jiān)控設(shè)施時要注意具體參數(shù),一定要選擇具有全天候監(jiān)控、高速抓拍、遠(yuǎn)程限制等功能的高像素設(shè)施,避免“拍不到和“拍到不能用等問題發(fā)生.路面的執(zhí)勤巡邏民警在巡邏過程中要增強(qiáng)對超 速違法行為的監(jiān)管, 可以利用流動監(jiān)控設(shè)施予以記錄,或者通過喊話方式責(zé)令糾正,或者跟隨進(jìn)入收費(fèi)站、效勞區(qū)指出違法行為并予以糾正.必要時,各大隊(duì)可以集中行動,采用主線測速,效勞區(qū)糾正并處分

13、的方式嚴(yán)厲打擊超速駕駛違法行為,并通過各種媒體宣傳, 擴(kuò)大影響范圍,起到警示作用.在三種滑水中,動力滑水最為常見,也最為主要,有必要對此進(jìn)行 分析研究.2、對形成滑水現(xiàn)象的動水壓力的分析滑水問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)生動水壓 力,當(dāng)動水壓力到達(dá)一定的程度,從而使路面積水沿著一定的方向被排出.可以把汽車速度看作加載后的速度,如果速度越快,那么加載速度越快.把水膜的一局部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間內(nèi)排出,不會影響到 車輛的正常行駛,那么被認(rèn)為不發(fā)生滑水,反之那么發(fā)生滑水.一方面,只要路表覆蓋有一定量的積水時

14、,車輛在水膜覆蓋的路面上以很高的速度行駛時,由于路面積水和輪胎接觸的時間過短,它們之間引起的動水壓力還達(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)的水就可能沒有被完全排出,那么由于動水壓力的存在,就會使輪胎上浮,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水平.另一方面, 路外表的水不能被排除走,剩余的路面積水就會沿著一定的“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,由于瀝青材料與周圍集料的粘結(jié)水平需要一定 的瀝青稠度做保證,而水稀釋了瀝青的稠度,從而降低了這種粘結(jié),從而使粘附在集料外表 的瀝青顆粒發(fā)生剝落,形成了水損壞現(xiàn)象,它

15、是是瀝青路面早期損壞的關(guān)鍵因素,反復(fù)的動水壓力是造成這一現(xiàn)象的主要原因之一9.3、影響因素從對產(chǎn)生動水壓力的原因及對動水壓力的公式推導(dǎo),可以看出,一是道路外表狀況主要針對道路外表粗糙情況；二是輪胎花紋花紋的種類及樣式；三是行車速度；四是楔角的大小都會對動水壓力的大小產(chǎn)生重要影響,五是初始高度；六是持續(xù)時間.因此這六類要素可以認(rèn)為是動水壓力的影響因素,從對于大多數(shù)高速公路路面產(chǎn)生的滑水現(xiàn)象的分析可知,這六個影響因素會交互作用,從而產(chǎn)生動水壓力, 針對這種情況,下面根據(jù)文獻(xiàn) 阿分十二種情況假設(shè)粗糙度=為默認(rèn)情況：3-1、在一定粗糙度時,不同高度對液體壓力的作用規(guī)律圖5-1是楔角、不同初始高度時液體

16、壓力分布曲線的比擬.從圖中可以看出不同初始 高度時,對液體壓力的影響分布根本一致,只是與其它初始高度相比,當(dāng)初始高度很小時, 在剛開始的液體壓力一樣,但隨著時間的增加,初始高度很小液體壓力會比其他稍大的初始 高度所對應(yīng)的液體壓力明顯增大,在秒之后到結(jié)束趨于一致.圖5-1=、不同高度壓力曲線此圖取自文獻(xiàn)3-2、在一定粗糙度、楔角及車速時,不同高度及不同時刻對液體壓力的作用規(guī)律圖5-2表示出的是楔角0. 4 0時,不同的初始高度下不同時刻液體承載曲線圖.可以看出隨初始高度的減小, 液體壓力不但大小不變, 分布也根本相同.不同初始高度對液體承載 影響不大,只有當(dāng)初始高度減小到一定數(shù)值時, 液體壓力開

17、始減小,這說明外表形貌承載在 增大.0MHy4?田瞥豈一一.時以超一0峭a高度1mm圖5-2速度5m/s、楔角0.4b高度c高度=0. 3mm、不同高度、不同時刻壓力曲線此圖取自文獻(xiàn)3-3、在一定粗糙度時,不同速度對液體壓力的作用規(guī)律圖5-3是楔角0.4 、不同車速時液體壓力分布曲線的比擬,滑動速度越低,低端壓力 變低,但壓差增大,高端壓力變低,滑動速度越高,與滑動速度較低處相比,低端壓力根本 無變化,但高端壓力明顯變大.x/b圖5-3=、不同速度的壓力曲線此圖取自文獻(xiàn)3-4、在一定楔角時,不同速度及不同時刻對液體壓力的作用規(guī)律圖5-4是液體壓力曲線圖,隨著時間的增加,液體承載的最高點(diǎn)壓力逐漸

18、減小,并漸漸向低端的方向移動, 滑動速度越低,移動傾向越明顯,滑動速度越高,移動傾向不如滑動速度越低的明顯,產(chǎn)生的原因是滑動速度低,有一局部液體壓力被形貌為微凸體所承載,所以會變化明顯.3秒秒也也=(b)速度 10m/s2防時4加口,(c)速度 20m/sO. 001 秒0.01 秒0,03圖5-4楔角、不同速度、不同時刻壓力曲線此圖取自文獻(xiàn)3-5、在一定粗糙度及車速時,不同楔角及不同時刻對液體壓力的作用規(guī)律圖5-5表示出的是滑動速度 5m/s時,不同楔角時不同時刻液體承載曲線圖.可以看出隨時間的增加,液體壓力無論在低端還是在高端都有減小現(xiàn)象,最大壓力也在減小,壓力分布也變化較小.但楔角為楔角

19、時,液體承載在低端隨時間的增大有增大的趨勢,到達(dá)最高端后,然后液體壓力有減小現(xiàn)象,并且隨時間變化并不明顯. 楔角為時,液體壓力先急劇增大,到一定值時,液體壓力開始急劇減小, 直到0. 00I8秒,畫中顯示的液體壓力開始緩慢減小.不同的楔角對液體壓力影響都是存在有臨界點(diǎn)的,當(dāng)楔角小于液體壓力分布變化不大,然而當(dāng)楔角大于時,液體壓力分布變化卻很大.秒O.OL 秒0 一 02 秒一 秒(b)楔角a楔角-0.001秒-0.01秒-0. 02 秒-0. 03秒0.51x/bc楔角d楔角圖5-5速度5m/s,=、不同楔角、不同時刻液體壓力曲線此圖取自文獻(xiàn)3-6、在一定粗糙度及車速時,不同楔角對液體壓力的作

20、用規(guī)律圖5-6為不同楔角液體壓力分布圖比擬.可以看出隨楔角的增加,最高壓力點(diǎn)的位置雖然根本不變,當(dāng)楔角的增加到達(dá)一定數(shù)值時,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,說明會有更多的積水在動水壓力作用下,從輪胎下被排水,這對于減小滑水的發(fā)生,增加輪胎的濕牽引性能有巨大的積極作用.楔角0. 06 楔角0.一*一槌角6 4n-楔角2.8枚邦5一 丁.2 4x108 0x10O.oJ.O. 51x/b圖5-6速度5m/s,=0. 3mm時,不同楔角壓力曲線此圖取自文獻(xiàn)3-7、在一定楔角及車速時,不同粗糙度對液體壓力的作用規(guī)律圖5-7為面積相同、粗糙度不同時,液體壓力分布圖的比擬.

21、粗糙度越增大,液體壓力越小.由于粗糙度大時,一局部路面積水會進(jìn)入粗糙路面的凹槽內(nèi),不會與車輪面接觸,因此和車速無關(guān),當(dāng)凹槽的面積越大,即意味著路面的粗糙度大,剩余在路外表的參與發(fā)生動水壓力的水分較少,那么動水壓力會越小.圖5-7楔角、速度5m/s,不同粗糙度壓力曲線此圖取自文獻(xiàn)3-8、在一定楔角及車速時,不同粗糙度及不同時刻對液體壓力的作用規(guī)律圖5-8表示出的是在滑動速度 5m/s時,楔角,三種不同的粗糙度時不同時刻液體壓力曲線圖.可以看出隨時間的增加,液體承載力在低端后半局部有增大、高端有減小現(xiàn)象,最大壓力在粗糙度較小時稍稍變大,在粗糙度較大時變小. 由于路面粗糙度小時, 路外表受到輪胎作用

22、的積水面積很大,相應(yīng)的產(chǎn)生的動水壓力會比擬大,反之亦然.外表越粗糙, 輪胎與路面峰頂接觸越快, 輪胎對路面積水的作用時間很短暫,路面積水對輪胎產(chǎn)生的動水壓力很有限,故液體承載力越小.二貨rrrr中(a)=0(b)=(c)=圖5-8楔角、速度5m/s、不同 、不同時刻壓力曲線(此圖取自文獻(xiàn))3-9、在一定楔角、車速及粗糙度時,不同紋理方向及不同時刻對液體壓力的作用規(guī)律圖5-9為楔角、粗糙度相同、不同紋理方向在不同時刻液體承載曲線圖.隨時間的增加,液體承載力在低端在前半局部有增大、高端有減小現(xiàn)象,沒有紋理的各向同性外表濕牽引性能次之,橫向紋理二端均減小.輪胎外表無紋理,說明輪胎外表很光滑,對路外表

23、的積水的吸附水平將會降低,隨著時間的增加,液體薄膜對輪胎外表產(chǎn)生的動水壓力會逐漸減小.1C.ILW王單境(a)1/9(b)9圖5-9楔角、速度5m/s,=0. 3、不同 、不同時刻壓力曲線(此圖取自文獻(xiàn))3-10、在一定楔角、車速及粗糙度時,不同紋理方向?qū)σ后w壓力的作用規(guī)律圖5-10為不同紋理液體壓力分布的比擬.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,從而減少車輛通過時產(chǎn)生的水霧,為駕駛?cè)藛T創(chuàng)造一個良好的視野環(huán)境,保證車輛能夠有序通過有積水的路面；另一方面,考慮輪胎接地面積的形狀,橫向壓差較大,對路外表的 積水

24、的吸附水平將會增加,隨著時間的增加,液體薄膜對輪胎外表產(chǎn)生的動水壓力會逐漸增加.6.0x103,0x10 *Q 0圖5-10楔角、速度5m/s、=0.3mm時不同紋理壓力曲線此圖取自文獻(xiàn)3-11、在一定楔角、車速及粗糙度時,不同面積對液體壓力的作用規(guī)律圖5-11為速度5m/s、楔角、不同面積時液體壓力的比擬.為了便于將不同面積 的胎面壓力進(jìn)行比擬,圖5-10是平行于運(yùn)動方向沿胎面中線根據(jù)縱向相對長度進(jìn)行比擬的. 不同面積液體承載曲線變化隨面積的增加而相對的增大.當(dāng)輪胎與路面積水的接觸面積大 時,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.因此不再需要原有的動水壓力,因

25、此,液體壓力隨時間的增加在減小.(a)面積 1800mm(b)面積 200mm圖5-12楔角、速度5m/s,=0. 3mm、不同面積、不同時刻壓力曲線圖5-10楔角、速度5m/s,=0. 3mm時不同面積壓力曲線此圖取自文獻(xiàn)3-12、在一定楔角、車速及粗糙度時,不同面積及不同時刻對液體壓力的作用規(guī)律圖5-12表示出的是速度5m/s、楔角時,不同面積時液體承載曲線不同時刻變化圖.隨時間的增加,液體承載力在低端有增大、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.當(dāng)輪胎與路面積水的接觸面積大時,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,但隨著時間的增加,因

26、排掉的水量在逐漸 減小,此圖取自文獻(xiàn)4、動水壓力的公式推導(dǎo)目前國內(nèi)外關(guān)于滑水速度的計(jì)算分為2大類：1是通過水力學(xué)理論計(jì)算滑水速度.2是通過數(shù)值法建立滑水速度計(jì)算模型.在理論方面國內(nèi)外的主要研究主要是針對影響動水壓力的因素,如路面粗糙度、車速、車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 方法分析動水壓力和其影響因素之間的關(guān)系,進(jìn)而求出各個因素對滑水速度的影響規(guī)律.欒錫富4應(yīng)用伯努利定理,得出動水壓力的公式, 并求出處于臨界滑水時的公式,據(jù)此以ADAMS軟件為平臺,創(chuàng)立了滑水現(xiàn)象的動態(tài)仿真模型,通過仿真實(shí)驗(yàn),得到了大量的動態(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)

27、大學(xué)的李少波等人5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.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)值過程,模擬和研究輪胎滑水現(xiàn)象.通過三維圖案模型可以準(zhǔn)確的描述雨水流流經(jīng)輪胎的過程,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)域之間的積水能夠在加載時間內(nèi)排出,不會影響到車輛的正常 行駛,那么被認(rèn)為不發(fā)生滑水,反之那么有發(fā)生滑水的可能性.車輛發(fā)生滑水時,車輪與路面之 間形成的楔角是形成車輛滑水的重要條件,而楔角是描述楔段的重要

28、參數(shù),楔角在0時對于車輛發(fā)生滑水現(xiàn)象影響顯著 口,故本文分析楔角較小小于 .和楔角較大大于或等于 . 兩種情況下車輛的滑水速度.楔角不同時滑水速度計(jì)算4.1.1楔角較小時滑水速度計(jì)算當(dāng)路表積水進(jìn)入車輪與路面間的空隙時,由于水膜對車輪的向上的動水壓力使車輪與路面形成一定的楔角, 在楔角較小時,對此時車輪進(jìn)行受力分析,如圖 2所示,車輪在前進(jìn)過 程中受到前方水膜對其向上的托力W及阻力 W,還受到地面對它的支撐力N及附著力f以及自重G假設(shè)路面積水在車輪作用下,即保持著液體保持著理想狀態(tài),路面積水不可壓縮,路面對液體的水平剪切力和車輪與路面間的附著力f忽略不計(jì),車輪受力圖如下：圖1 車輪的受力示意圖車

29、輛在有積水的路面行駛時, 車輪必定會對路面積水產(chǎn)生撓動,從而引起水膜發(fā)生流動,其實(shí)質(zhì)是水膜內(nèi)流束發(fā)生流動. 由于流束受到輪胎的阻礙使得流速在于輪胎外表接觸點(diǎn)變?yōu)?零,此點(diǎn)即為停滯點(diǎn),這一過程的發(fā)生在輪胎的接地長度范圍內(nèi),并且流束能量隨著流速變化而轉(zhuǎn)化從動能演化為壓能,在當(dāng)流速到達(dá)停滯點(diǎn)時,其能量由原先的動能完全轉(zhuǎn)化為 壓能,也就是動水壓力到達(dá)最大值.路面流束在界面上的流線如下列圖圖2所示叫圖2路面流束的流線示意圖surface jet flow line diagram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:v0 .vx v0 x x 0,l(1)式中：v.為汽車速度,km/ h; l

30、為輪胎接地長度,mt根據(jù)力的作用是相互的,輪胎對水膜的作用力Fx等于路外表水膜對輪胎的水平作用力W,因此楔角較小時,沿水平方向的動量定理有假設(shè)路面對車輪的阻力不計(jì)lFxtWHt1 .WH tdx mw(v0 - vx) (2)0式中：nw為水膜的質(zhì)量,將式1代入式2,并經(jīng)過變換得WH1p hwvx2l2 2hw%x ,WhAdx0 lhwv2l(4)式中：為水膜的密度,路面與輪胎的接地面積為:1000kg/N ; w為車輪的寬度,m; h為水膜的厚度,m式中：G為車輪重力, 輪胎與地的接地長度G PN;P為車輪內(nèi)壓,KFL(6)將式5代入式W6)可得:再將式7代入式Pw(4),可得:Wh_ 2Ghv03P(8)(9)Wv WH cot式中：一楔角.lcot(10)WW； Wv2(11)將式(8)式(11)變換得WGv02.h2 l2(12)3P當(dāng)水膜對車輪向上的作用力等于車輪自重W/=G時,車輛剛好處于臨界滑水狀態(tài),此時Vk車速VK為滑水速度,令 W=G,結(jié)合式9得:(13)式中：Vk-臨界滑水速度,km/ ho從上式可以看出,楔角較小時,滑水速度和車