湿滑路面中颗粒对轮胎滑水性能影响机理研究

在潮湿的天气或雨后，轮胎胎面和路面上存在一层很薄的水膜，并与路面灰尘和轮胎与路面磨损颗粒等形成液-固二相流体，该流体降低了轮胎与路面的附着力，对行车安全造成危害。本项目主要从路面形貌三维表征、固体颗粒对轮胎湿附着性能和对车辆控制性能影响三个方面展开研究。在研究路面形貌三维表征时，充分借用表面形貌的三维表征参数-ISO25178参数和连通性参数对路面三维形貌进行表征分析，并定量分析了构造的路面凹槽类型以及采样间距对相关路面表征参数的影响，进而分析了路面的抗滑和磨损等方面的性能，结果表明，采样间距对路面表征参数影响较小；路面凹槽有利于改善路面的防滑、磨损以及连通性等方面的性能，双横槽路面抗滑性能较好，斜槽路面的连通性较好；在研究固体颗粒对轮胎湿附着性能的影响时，充分考虑了雨水中固体颗粒的影响，把轮胎的粘性滑水问题模拟为胎面单元与粗糙路面之间的动压、挤压膜问题，从而建立了基于平均流量方程的轮胎-路面滑水模型，并采用有限差分的方法进行数值求解，综合分析了固体颗粒、外载荷、初始高度、滑动速度等因素对轮胎湿附着性能的影响，同时也对胎面单元的垂直变形和压力分布进行了深入研究。结果表明，减少液膜中固体颗粒体积浓度有利于提高胎面单元的湿附着性能；外载荷、初始高度、滑动速度对轮胎湿附着性能有重要影响；建立了自动驾驶系统的动力学模型、车体的三自由度模型以及轮胎模型，并在此基础之上针对8字形典型路况进行了轨迹跟踪的仿真。仿真结果表明：智能车辆基于“预瞄-跟随”理论的PID控制实现了较为精确的轨迹跟踪，可以取得较为满意的控制效果。