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外文翻译
2.2.3 轮胎圆周方向上的作用力传递
轮胎与路面的接触接触区域称为轮胎接触印迹，在接触印迹上所发生的的物理和化学过程形成作用力的传递，动力传递可由附着和强制接合产生。
1）附着：路面和轮胎接触区域的附着。
2）强制粘附：轮胎和路面之间的粘附是通过将不规则物（比如路面的磨粒）压入轮胎的橡胶层中或通过塑料轨道（地形变化）压入胎面花纹中完成的。
根据经典的摩擦定律（库伦定律）可知，在轮胎接触区域中传递的最大作用力与车轮的负载成正比的，而摩擦力和车轮的负载之间的比例因子叫做摩擦因数：
（2.2-1）
如果牵引系数假定为某一组影响因素的特定变量，那么以上这种关系只适用于某些可用材料（例如混领土与橡胶）之间的组合[2.2-4]。另外由于胎面中的橡胶材料的弹性特性，圆周力只能与转动滑移相结合进行传递,也就是车轮旋转的圆周速度和汽车的行驶速度之间的速度差值。
通常下述关于转动滑移的定义被用作于加速和制动的状况，的范围为的正值。
（） （2.2-2）
（） （2.2-3）
如图2.2-8，图中显示了旋转滑移和用于在不同道路表面上传递圆周力的利用附着性之间的相互关系。在防滑动的道路上，利用摩擦系数开始是随着转动滑移的增加而不断上升到最大值的，然后在滑移达到100％时下降到摩擦系数的最低点。在滑行的路面上，最大利用摩擦系数和滑动摩擦系数仅彼此略微有所不同。旋转滑移和圆周方向的摩擦系数之间的关系不仅取决于路面的状况，还取决于轮胎的设计参数等[2.2-5]。
图2.2-8 作用于充气轮胎的周向力的摩擦系数与旋转滑移的关系
除了以上所讲的轮胎设计(见上述)，轮胎胎面的布局也很重要。轮胎胎面的作用是在轮胎受污染或湿润的情况下保持道路和轮胎之间的充分接触。在下面将讨论胎面花纹对干路面或湿路面的摩擦系数的影响。
- 胎面对干路面的摩擦系数的影响
图2.2-9 摩擦系数与作为驱动速度和
在干燥路面上的胎面深度的关系
实验表明，在干净，干燥的道路上，可转移力作用随着胎面深度和行驶速度的降低而逐渐增加（图2.2-9）。
可以在以下事实中看到可能的解释：减小的胎面深度使得轮胎的表面压力均匀地分布在各个轮胎表面上，因此在整个轮胎接触印迹上的剪切应力的总和能够形成更稳定的附着力。因为造成胎面向上翘曲的离心力变小了，所以在较小的驱动速度下也具有类似的效果。在使用子午线轮胎的情况下，接触表面的向上翘曲能通过起支撑作用的帘布层的总用被有效的地限制而被广泛采用。
- 胎面对湿路面的摩擦系数的影响
轮胎胎面通过置换液体来实现在湿路面上的道路附着作用，所以轮胎的胎面花纹必须能够吸收一部分水或将其从道路接触区域移开，并且移开的水的体积与水的速度和膜的厚度相当。
图2.2-10 轮胎与路面接触区域的水膜变化
（2.2-4）
另外随行驶速度的增加，减少了用于轮胎与道路接触的时间，一般在轮胎和道路之间会形成水楔，水楔以增加的速度压入轮胎接触面并且减小轮胎和道路之间的接触面（图2.2-10）。由于车轮载荷的一部分会在垂直方向上传递，所以轮胎接触区域中的可转移的水平力会有所下降，这种现象类似于流体动力轴承，只有剩余部分的可转移的水平力与局部可用的摩擦系数一起才有助于作用力在水平方向上的传递；我们把在某一车速下使轮胎在水楔上向上浮起而与路面毫不接触的现象称为“滑水”。
图2.2-11 制动力的摩擦系数与行驶速度和在车道上的水膜高度的关系
图2.2-12 制动力的摩擦系数与胎面深度和在车道上的水膜高度的关系
在图2.2-11中，用于制动的最大摩擦系数受驱动速度和水膜深度的影响通过钢带轮胎的示例表示出来。图2.2-12显示了胎面深度对摩擦系数的影响。
图2.2-13 轮胎高宽比
在汽车发展的进程中，对轮胎的高承载容量和具有良好动力传递特性的要求在持续地上升，而具有较大宽度和较小高宽比(图2.2-13）的轮胎的创新开发允许在可匹配的载荷能力下尽量地减小轮胎的直径。
图2.2-14 侧偏角的定义
即使在1960年代初开始引入径向帘布层轮胎之后，仍然保持了朝向减小的高宽比的胎面的方向发展，然而这不是与当今采用较小的外径相关，而是与现在采用较大的轮缘直径相关，因为采用较大的轮缘直径能够有利于容纳高性能的车轮制动器。
由于具有较大的与路面接触面积，采用较小的高宽比的轮胎[2.2-7]具有能够在轮胎接触区域中提供均匀且较小的表面压力的优势。通过它们，能够在胎面和道路之间实现更好的动力传递。此外，由于车身的小的离地间隙所导致的车辆外观与现代的造型感相适应。
采用较宽轮胎的缺点是增加了在湿滑路面上滑行的危险以及降低了轮胎的阻尼性能和悬挂性能，而又因为在轮胎接触区域中具有更好的动力传递性以致基本上提高了车辆的驾驶性能，所以采用较宽轮胎的缺点要么被接受（例如在超级跑车上放弃舒适性从而有利于实现更好的驾驶性能），要么通过采取附加的措施使那些缺陷被尽可能地抑制（例如通过对轮胎胎面的特定设计以减少滑水的危险。）。
图2.2-15 侧偏力下的轮胎偏转
2.2.4 轮胎侧向的作用力传递
2.2.4.1 侧向力和轮胎滑移产生的回正力矩
车轮滚动时仅在圆周力的作用下朝向车轮平面和道路平面的相交直线方向移动，如果侧偏力作用在车轮上，则在车轮的运动方向和该相交直线之间会形成一定角度，该角度即被称为侧偏角（如图2.2-14）。
轮胎发生侧偏的原因是在轮胎和道路之间传递的侧偏力的作用下，在轮胎接触面积范围内，轮胎出现连续横向的偏转而造成的，仅通过弹性轮胎的这种偏转，可以在轮胎接触区域中形成对传递侧向作用力所必需的剪切应力。类似于旋转侧偏，轮胎滑动也称为横向侧偏，基于图2.2-15可以详细地说明转移侧向力时的轮胎变形情况。如图2.2-15所示，旋转轮胎的非偏转部分在轮胎表面和道路之间的接触被限定的同时逐渐发生变形。
在轮胎接触区域中，轮胎本体的外圆中心线从轮胎中心平面移动到图中的位置AED上，轮胎接触区域中的胎面的圆周线沿着线ABCD与地面接触，并且在从A到C的过程中的变形逐渐增加，此时，橡胶胎面和道路之间的摩擦系数会很大，以便减小橡胶的弹性，而靠近点C的剪切应力的偏转则会加大，超过了道路上的附着力从而发生滑动回到D点。线AC与轮胎平面成一定角度延伸，因为轮胎的表面附着在该线的区域内的路面上，所以它显示出了轮胎的运动方向，而轮胎平面和线AC之间的角度与侧偏角相同。
图2.2-16 滑移角对侧向力的影响
（车轮载荷作为参数）
图2.2-17 车轮载荷对侧向力的影响（滑移角为参数）
包括在线AED和ABCD之间的表面是冠部橡胶与轮胎本体之间的剪切变形和用于轮胎接触区域中的剪切力的局部分布的量度，剪切力的合力形成侧向反力，因为该力作用在轮胎表面的重心上，绕在轮胎中心后面的主销，从而形成回正力矩：
（2.2-5）
侧偏角和侧偏力之间的关系取决于多个参数，特别是车轮载荷对恒定滑移时的侧偏力的大小有很大的影响，在图2.2-16中显示了在试验台上测定的用于轿车轮胎的相应的轮胎性能图。在该图的另一个表示法（图2.2-17）之中，可以清楚地看到，不仅侧向力F和侧偏角在不变载荷G处的关系呈现出递减分布，而且在侧偏角为常数时的侧向力F和载荷G之间的关系也具有递减趋势。
图2.2-18 轮胎充气压力对侧向力的影响
（滑移角为参数）
轮胎的充气压力对轮胎的横向力的传递的影响如图2.2-18 所示，其中侧向力的测量值表示的是对于其优化轮胎设计的特定空气压力的保证的最大值。
图2.2-19显示了回正力矩与滑移角的轮胎性能关系图，回正力矩的大小取决于轮胎接触区域中的附着和侧偏的相应参数的具体量值。而所谓的GOUGH图（如图2.2-20）则显示了对轮胎的侧向力特性和回正力矩特性的概括性表示，在由当前车轮载荷和当前滑移角指定的轮胎的特性工作点中，可以找出所产生的横向力以及回正力矩。
图2.2-19 回正力矩与滑移角的关系（轮胎载荷作为参数）
2.2.4.2 侧向力和由车轮外倾角产生的回正力矩
图2.2-20 GOUGH性能图
外倾角被定义为通过车轮中心的汽车横向平面与地面垂线之间的夹角，可分为正外倾角和负外倾角（图2.2-21）。通常情况下，在转弯路面上行驶的自由滚动的车轮将在绕轨迹中心O点的圆形路径上移动，而由于车轮悬架的约束作用，车轮将被迫沿着直线行驶，从而产生外倾侧向力力和外倾转矩（图2.2-22）。在恒定的车轮载荷下，外倾侧向力的值与车轮外倾角大致成线性地增加，直到外倾角，在恒定的外倾角处，外倾侧向力随车轮载荷相应地变化，从图2.2-23中可以看出，由轮胎滑动引起的力和转矩与由轮胎滑移引起的力和转矩两者相比之下显得非常小。
图2.2-22 外倾侧向力与外倾转矩
图2.2-21 车轮外倾角定义
图2.2-23 图2.2-23 不同的车轮载荷下，
转向力受外倾角的影响
2.2.5 侧偏力和周向力的耦合
图2.2-24 地面切向反作用力对侧偏特性的影响
在实际情况下，周向力和侧向力通常是同时从轮胎传递到路面的，在图2.2-24中，受制于车轮上的同步驱动功率和制动功率的侧向力与不同的滑移角，在轮胎试验台上试验记录得到的特性关系图 。通过包络线，可以清楚的看到，一定侧偏角下，最大可传递侧向力变得越小，切向力越大，最大允许切向力必须变得越小，附着所需侧向力越大。特别是对于较大的轮胎侧偏角，随着旋转滑移的增加，在增加切向力时，回转力会随之减小。Krempel图的功能关系描述如下：
以旋转滑移作为参数，转变成如图2.2-25右上方所示的轮胎性能图，特性线对应于图2.2-16中的图示，但是是在较大轮胎滑移角的范围内继续的。在2.2.4.1段的开头，已经提到类似于旋转滑动的轮胎滑动也可以被认为是横向滑动，因此，对于轮胎滑移作为参数的旋转滑移和周向力之间的关系， 可表示成如左下方的性能图上（图2.2-25）。如果两个性能图都转移到一个图表当中，就可以清楚地看出轮胎的恒定轮廓曲线的形状与图2.2-24中的底切曲线相同，表示为侧向力是周向力的函数，在图2.2-25中，相应的可表示恒定滑移的曲线，它显示了旋转滑移和轮胎滑动分别与横向滑动的耦合规律相同。侧向力和周向力之间关系的另一个表示方法如图2.2-26所示，这里，侧向力和牵引力的特性图被表示为旋转滑移的函数。比如关于制动功率调节器（ABS）的设计即根据此来设定的[2.2-9]。
图2.2-26 受制动滑移的横向力牵引图
图2.2-25 轮胎受力、侧向力和周向力的耦合
2.2.6 轮胎的瞬时工况
在前面文章中描述的轮胎特性严格来说仅仅是在静止条件下或者在非常缓慢情况下的所考虑的影响因素，作为在操作参数改变时轮胎特性的非线性和在轮胎接触区域中的轮胎特性的非线性的结果，轮胎特性在正常（瞬时）驾驶时的特性图所描述的关系是不同的。图2.2-27以谐波轮负载波动为例显示了在时间变
图2.2-28 在正弦激励下的不同的速度和频率的
横向力与轮胎滑移的关系
图2.2-27 非线性在时间变化的工作点参数中的影响
化的
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