淺述汽車與公路的相互影響和作用

李進超

(密山市地方道路管理站)

1 汽車在公路上行駛的要求

首先要求公路路線的幾何指標能夠滿足汽車一定行駛速度的技術要求，以保證行駛于公路上的汽車能夠安全、舒適、經濟地順利通過。也即公路的平面線形、曲線半徑、縱坡設置、路幅的寬度與布置必須同公路的交通量與設計車速相適應。如果線形指標過低，勢必降低車速并造成交通擁塞。據研究，汽車每起動一次，為克服加速阻力需要多耗燃料約50mL左右;車輛運行不暢，汽車經常在經濟車速以下行駛，可使燃料消耗平均增加7％～10％。當然，交通擁擠對運輸成本的影響不僅反映在燃料的消耗上，還有行車時間的延誤、影響車輛周轉等的經濟損失，更是無法計算。

汽車荷載通過車輪作用于路面并與路面直接接觸相互發生影響，因此，研究車輪與路面之間的相互作用，對汽車的行駛狀況具有十分重要的意義。

在現代汽車中，車輪都采用充氣輪胎。充氣輪胎一般由內胎和外胎兩部分組成。

輪胎的作用主要有幾點。

(1)支承汽車的重量。

(2)與汽車懸架共同起緩和、吸收道路不平整產生的沖擊與振動，從而提高行車的平順性和降低行車噪聲。

(3)保證車輪和地面之間的接觸有足夠的附著力，不便車輪產生滑溜。

2 車輛行駛與路面相互作用

就路面而言，路面的表面特性則是影響汽車行駛狀況的主要因素，它將影響到汽車在行駛過程中車輪與路面之間的滾動阻力和附著狀況，以及車輛輪胎與機件的損耗、振動與噪聲和車輛的維修工作等。因此，路面的表面特性是反映路面行車質量的重要指標。

(1)滾動阻力:輪胎與路面產生的滾動阻力可以看作輪胎滾動每單位距離所消耗的能量，滾動阻力愈大，汽車為克服阻力需要消耗發動機的能量也愈大，因此，它直接影響到汽車燃料與油料的消耗。通常，采用滾動阻力系數，即滾動阻力與汽車總重力之比來衡量路面與車輪之間的這種阻力。滾動阻力系數除了同輪胎的構造、材料、胎面花紋、氣壓以及行車速度、環境溫度等條件有關外，在很大程度上與路面的種類及其表面構造狀況有關。為了減少滾動阻力，要求路面有高的剛度和良好的平整度。

(2)附著力與摩擦系數:汽車的牽引力是汽車行駛的必要條件，但并不是汽車行駛的充分條件。汽車的牽引力還要受到輪胎與路面之間附著力的制約。如果附著力小于牽引力，車輪就打滑空轉，車輛非但不能前進，而且還會出現滑溜事故。因此，從汽車行駛的條件和行車安全的角度出發，必須要有足夠的附著力。附著力主要決定于輪胎與路面接觸變形后的相互摩擦情況，通常用附著系數，也即摩擦系數來表征。摩擦系數與輪胎的花紋、氣壓和行車速度有關，并在很大程度上取決于路面的表面特性。

(3)路面表面特性:路面的表面特性主要取決于面層采用材料的性質、組成以及施工的工藝和質量，同時也與路面結構及其整體強度以及行車作用和養護狀況有一定的關系。

不同的路面粗糙度其摩擦系數在干燥狀態時一般都很大，即使車速改變也不會有大的變化。汽車所以發生問題，多在路面潮濕的時候。此時，路面的摩擦系數隨車速增大而減小。

在潮濕狀態下摩擦系數隨車速增大的減小程度取決于路面表面的紋理構造狀況。根據表面不同的微觀與宏觀構造的組合，路面粗糙度可有四種典型的類型:粗糙面、粗光面、細糙面、細光面。不同路面粗糙度類型在潮濕狀況下所具有的抗滑特性是不同的。可知，路面表面的微觀構造決定著路面原始的抗滑能力，而宏觀構造決定著在高速時對這個抗滑能力可能維持的程度。路面表面的宏觀構造在有水的條件下所以能起到維持摩擦系數的作用，可用“水膜理論”予以解釋，其作用大小決定于表面的構造深度以及石料頂端的尖銳程度。因此為了保證雨天潮濕狀態下的高速行車安全，就應把路面做成既具有充分糙度的微觀構造又有足夠的宏觀構造。

應該指出，路面溫度對摩擦系數也有不可忽視的影響，其總的趨勢是摩擦系數隨溫度升高而下降。同時，在使用過程中路面的抗滑能力將會衰減，其衰減程度與石料的抗磨耗性能有關，但一般都發生在開放交通后的第一、二年里，隨后就逐漸趨于穩定。

路面表面污染可對路面的抗滑能力產生較大影響，其影響程度與沒有明顯降雨的時間有關。無明顯降雨時間(所謂明顯降雨時間是指有足夠的雨水在路面表面流動，且其時間不短于30min)愈短，對路面摩擦系數的影響就愈大。

路面表面的不平整度對輪胎損耗具有重要的影響。粗糙的微觀紋理構造將使輪胎花紋的磨耗增加，而大的結構性不平整度將造成輪胎的損傷。可知，輪胎損耗隨路面不平整度的增加而成比例遞增。粗糙的微觀構造雖然可使輪胎磨耗增加，但從防止肇事、保證安全行車的要求出發，仍是必要的。

路面的三級不平整度還對車輛損壞和疲勞產生明顯影響，從而導致汽車零件和保養工時費用的增加;同時使滾動阻力增加，嚴重時可造成車輛失穩與失控，誘發偶然事故的產生，使車速受到嚴重影響，因而應盡量避免。

路面的二級不平整度對滾動阻力也有重要影響，并在中、高速行車時可因濺水削弱能見度而導致偶然事故的產生。