浅述汽车与公路的相互影响和作用

李进超

(密山市地方道路管理站)

1 汽车在公路上行驶的要求

首先要求公路路线的几何指标能够满足汽车一定行驶速度的技术要求，以保证行驶于公路上的汽车能够安全、舒适、经济地顺利通过。也即公路的平面线形、曲线半径、纵坡设置、路幅的宽度与布置必须同公路的交通量与设计车速相适应。如果线形指标过低，势必降低车速并造成交通拥塞。据研究，汽车每起动一次，为克服加速阻力需要多耗燃料约50mL左右;车辆运行不畅，汽车经常在经济车速以下行驶，可使燃料消耗平均增加7％～10％。当然，交通拥挤对运输成本的影响不仅反映在燃料的消耗上，还有行车时间的延误、影响车辆周转等的经济损失，更是无法计算。

汽车荷载通过车轮作用于路面并与路面直接接触相互发生影响，因此，研究车轮与路面之间的相互作用，对汽车的行驶状况具有十分重要的意义。

在现代汽车中，车轮都采用充气轮胎。充气轮胎一般由内胎和外胎两部分组成。

轮胎的作用主要有几点。

(1)支承汽车的重量。

(2)与汽车悬架共同起缓和、吸收道路不平整产生的冲击与振动，从而提高行车的平顺性和降低行车噪声。

(3)保证车轮和地面之间的接触有足够的附着力，不便车轮产生滑溜。

2 车辆行驶与路面相互作用

就路面而言，路面的表面特性则是影响汽车行驶状况的主要因素，它将影响到汽车在行驶过程中车轮与路面之间的滚动阻力和附着状况，以及车辆轮胎与机件的损耗、振动与噪声和车辆的维修工作等。因此，路面的表面特性是反映路面行车质量的重要指标。

(1)滚动阻力:轮胎与路面产生的滚动阻力可以看作轮胎滚动每单位距离所消耗的能量，滚动阻力愈大，汽车为克服阻力需要消耗发动机的能量也愈大，因此，它直接影响到汽车燃料与油料的消耗。通常，采用滚动阻力系数，即滚动阻力与汽车总重力之比来衡量路面与车轮之间的这种阻力。滚动阻力系数除了同轮胎的构造、材料、胎面花纹、气压以及行车速度、环境温度等条件有关外，在很大程度上与路面的种类及其表面构造状况有关。为了减少滚动阻力，要求路面有高的刚度和良好的平整度。

(2)附着力与摩擦系数:汽车的牵引力是汽车行驶的必要条件，但并不是汽车行驶的充分条件。汽车的牵引力还要受到轮胎与路面之间附着力的制约。如果附着力小于牵引力，车轮就打滑空转，车辆非但不能前进，而且还会出现滑溜事故。因此，从汽车行驶的条件和行车安全的角度出发，必须要有足够的附着力。附着力主要决定于轮胎与路面接触变形后的相互摩擦情况，通常用附着系数，也即摩擦系数来表征。摩擦系数与轮胎的花纹、气压和行车速度有关，并在很大程度上取决于路面的表面特性。

(3)路面表面特性:路面的表面特性主要取决于面层采用材料的性质、组成以及施工的工艺和质量，同时也与路面结构及其整体强度以及行车作用和养护状况有一定的关系。

不同的路面粗糙度其摩擦系数在干燥状态时一般都很大，即使车速改变也不会有大的变化。汽车所以发生问题，多在路面潮湿的时候。此时，路面的摩擦系数随车速增大而减小。

在潮湿状态下摩擦系数随车速增大的减小程度取决于路面表面的纹理构造状况。根据表面不同的微观与宏观构造的组合，路面粗糙度可有四种典型的类型:粗糙面、粗光面、细糙面、细光面。不同路面粗糙度类型在潮湿状况下所具有的抗滑特性是不同的。可知，路面表面的微观构造决定着路面原始的抗滑能力，而宏观构造决定着在高速时对这个抗滑能力可能维持的程度。路面表面的宏观构造在有水的条件下所以能起到维持摩擦系数的作用，可用“水膜理论”予以解释，其作用大小决定于表面的构造深度以及石料顶端的尖锐程度。因此为了保证雨天潮湿状态下的高速行车安全，就应把路面做成既具有充分糙度的微观构造又有足够的宏观构造。

应该指出，路面温度对摩擦系数也有不可忽视的影响，其总的趋势是摩擦系数随温度升高而下降。同时，在使用过程中路面的抗滑能力将会衰减，其衰减程度与石料的抗磨耗性能有关，但一般都发生在开放交通后的第一、二年里，随后就逐渐趋于稳定。

路面表面污染可对路面的抗滑能力产生较大影响，其影响程度与没有明显降雨的时间有关。无明显降雨时间(所谓明显降雨时间是指有足够的雨水在路面表面流动，且其时间不短于30min)愈短，对路面摩擦系数的影响就愈大。

路面表面的不平整度对轮胎损耗具有重要的影响。粗糙的微观纹理构造将使轮胎花纹的磨耗增加，而大的结构性不平整度将造成轮胎的损伤。可知，轮胎损耗随路面不平整度的增加而成比例递增。粗糙的微观构造虽然可使轮胎磨耗增加，但从防止肇事、保证安全行车的要求出发，仍是必要的。

路面的三级不平整度还对车辆损坏和疲劳产生明显影响，从而导致汽车零件和保养工时费用的增加;同时使滚动阻力增加，严重时可造成车辆失稳与失控，诱发偶然事故的产生，使车速受到严重影响，因而应尽量避免。

路面的二级不平整度对滚动阻力也有重要影响，并在中、高速行车时可因溅水削弱能见度而导致偶然事故的产生。