一个理性的Tire-Pavement摩擦理论

文摘

本研究涉及的实地测试tire-loading-based路面牵引理论代替传统的摩擦系数。相关假说的担忧表示存在的第四个橡胶,表面变形滞后,理论是独立于轮胎加载在轮胎滑动。

1。NCITEC项目的背景,目标,和研究任务

美国交通部(DOT)的研究和创新技术管理(丽塔)授予2012年资助国家联合运输中心的经济竞争力(NCITEC)在密西西比大学进行研究。项目的主题是促进发展的一个集成的、经济竞争力,高效、安全、安全、可持续的国家联合运输网络通过整合所有的货运和客运交通模式的流动性。

(1)背景Pavement-Tire摩擦特性。符合CAIT-NCITEC 2012 - 27个项目改善交通安全的目的,这个项目评估新方法了解道路和机场跑道牵引通过专注于轮胎的摩擦力时生成部分沥青混凝土路面上滑湿和干燥条件。一个相关的假设问题表示第四个橡胶摩擦力的存在,表面变形滞后(),这是理论独立轮胎装在这样的滑动。1966年,Kummer领军提出(1]一个统一的工程理论的摩擦滑动轮胎轮胎/路面附着力的总和,或、macrohysteretic体积变形的轮胎胎面在崎岖的道路,或,物理磨损的轮胎,或者。这一理论将增强术语。

虽然引入客运汽车防抱死制动系统(ABS)滑率约0.10到0.30的公差范围大大减少制动滑动在这些汽车,轮胎滑动频繁发生在商用车刹车。此外,汽车转向角度(滑)在常规的变化将可以开发横向摩擦力量。关于的车轮踏面经历这样的滑动,哈尼(2州以下:

高滑角部分轮胎块滑动,和你可以少增加侧向力与滑动角……[一]峰值后,横向部队可以在几度下降30%的额外滑角。在这些高滑角大多数接触补丁滑动,产生大量的热量和磨损。(94页)

因此,重要的滑动轮胎印迹中车辆是常有的事儿,和摩擦力量发达应该尽可能彻底理解。

除了这个问题外,路面/轮胎交互的安全方面揭示了tire-loading-based方法作为一个有利的替代传统的摩擦系数(咖啡)和刹车(SN)也被认为是。咖啡不是橡胶的材料属性,有时认为,它并不总是常数在不同轮胎负载的情况下。量化生成的实际摩擦力量在一定条件下应该协助确定目前认为安全因素的充分性。

(2)研究目标。本研究的目标是(1)审查和讨论传统摩擦系数的测量和variable-loading-based理论确定pavement-tire摩擦特性,(2)进行实地测试程序验证变量装船理论,(3)评估使用装船数据分析和现场测试结果进行比较与传统pavement-tire摩擦参数的结果,(4),并提出使用滑动摩擦指数(SFI)作为替代品的使用摩擦系数和打滑号码。

Locked-wheel防滑测试是用于现场测试来验证装船理论和说明相关的数据分析方法的使用。

(3)研究的需要。正如作者的书中所讨论的,分析摩擦橡胶制品的设计和搭配的表面(3),使用咖啡的方法出现在金属机械工业的重要研究。最初的科学调查集中在接触金属表面。目前接受金属摩擦理论的研究已经开始在1950年代和1940年代。介绍物理课程在技术机构利用咖啡说明金属摩擦理论的实际应用。不幸的是工程师,然而,许多这样的课程并没有强调咖啡(定义为,在那里=总摩擦力和开发=应用垂直荷载)不合理适用于橡胶,因为它不是一个弹性体的材料属性。同样,也没有滑数(SN),定义为价值乘以100。

(4)顾问的任务。包括顾问的任务(我)开发一个实地测试计划包括沥青和混凝土道路人行道,(2)识别和招聘一个主管和装备精良的路面测试组织,(3)进行牵引测量干和湿混凝土和沥青路面,(iv)解释结果与装船假说和比较他们与传统的咖啡和SN值。每个测试是由使用八个标准速度负载(883,930,984,1034,1084,1132,1188,和1242磅)。温度测试的人行道都被记录下来。

应用程序变量的理论考虑装船数据分析和相关领域研究的结果为交通资产管理专家和公路设计者提供更深入的了解摩擦机制,开发轮胎/路面接触补丁。后面的一节将介绍和讨论传统的局限性和SN术语。具体准则的应用研究结果和提出了一个实现声明部分8。5。

2。替代理论和测试技术适用于研究方法

通过观察标准滑测试结果的方式与传统的咖啡方法不同,一种改进的理解机制的橡胶摩擦可以透露。指定的现场测试计划使用的轮胎/路面摩擦试验机能够产生和控制滑动的全面轮胎需要说明这些机制。这已经证明了滑动要求史密斯的2008本书3)分析摩擦和一篇论文8史密斯和Neubert)合著,详细描述轮胎/路面装船的方法。详细的方法和理论分析摩擦(3)是基于分析超过100干和湿橡胶摩擦测试由其他宏观上光滑和粗糙的表面。大部分这些测试是由科学家们在实验室控制条件下,从而通过重复性的结果展示了数据的精度。目前研究橡胶microhysteretic产生摩擦力的使用标准,全面ASTM肋轮胎在locked-wheel测试(4),因此在工程精度表明它的存在。

2011史密斯/ Neubert纸(8作为总结,部分史密斯的2008本书3)分析摩擦适用于目前的轮胎/路面摩擦调查,以及举例一些技术,说明如何计算滑动摩擦力量开发轮胎加载的时候出现值大于当前测试中使用。

2.1。代橡胶Microhysteretic摩擦力Locked-Wheel防滑测试

代microhysteretic摩擦力可以作为例证的分析之前进行locked-wheel测试。1974年,交通研究委员会(民国)发表的结果4)的大规模调查关于相关性和校准locked-wheel路面打滑在潮湿条件下测试。大约70的数据呈现在交通研究报告中,一个有关测试车轮荷载的影响。报告指出,“测试轮载荷变化的直接影响抗滑性相对较小…这是在最近的测试和确认图A-41显示了加载依赖抗滑性的计算从7测试在不同的路面,每个测试的意思是10锁仓。“大量的800磅,1000磅,1200磅被应用。

图1提出了一个民国的情节图A-41数据(4),举例的装船方法纵轴代表总测量摩擦力(磅力),横坐标代表正常负载(在磅),应用于轮胎。三个交通研究数据点所示。它可能是指出一个直线连接这些点。当这直线外推到轴,拦截价值150磅力。

此外,它被认为这个数字1符合基本的代数表达式的阴谋,““是纵坐标值”,“是横坐标值”,“是直线的斜率,“是一个常数组件测试值包含的范围。““价值被认为是量化的大小150磅力。

代的表面变形滞后理论时发生滑橡胶自粘的包络线至少有一些直接的刚性接触衬底。这直接由显微组织特征深度和路面表面自由能(γ)。表示出现的粘附机制结合表面自由能(γ)的路面和联系轮胎面。见分析摩擦(4)和史密斯/ Neubert纸(8),如果合并后的表面自由能(γ至少)不足以产生一些包络的直接联系,不发展。

图2说明了检查手段的存在和精度决定力:通过减去量化值,在这种情况下(4]150磅力,从相关的值。策划结果与相同的应用加载如图1应该产生直线,假设原点,如图2。

2.2。科学数据支持橡胶Microhysteretic摩擦力的存在

生产机制microhysteretic橡胶摩擦力(即。,involving the microtexture of a rigid surface paired with sliding rubber) was theorized by Persson in 1998 [5]。虽然佩尔森不点名,这个力将常数在不同应用负载的情况下,其特点似乎符合展出的常数值,见图1列示在目前的测试结果。

佩尔松(5)粘弹性理论应用于橡胶滑动速度低()在一个干净、困难,宏观上粗糙的衬底表面显微组织的约100。考虑到自由表面能量(γ皮尔森)的配对材料,得出的结论是,在室温和充分的结合γ价值,橡胶表面变形和自粘的封面与滑橡胶的直接联系。佩尔松进一步计算出直接接近1000可以覆盖这一机制。

图3描述橡胶滑动速度平板玻璃,通常展品直接约100。弹性体是压缩成显微组织和强化的正常负载应用。皮尔森的机制5)也在工作和橡胶自认为是一个阶层的部分玻璃表面,从而产生不同的摩擦阻力。

进一步科学支持的存在产生的力是在实验室测试经验世界大战期间使用合成橡胶轮胎。这是意识到,这样的轮胎更容易在冰上滑比那些由天然橡胶(NR)。Pfalzner [6)开展可再生的实验室测试在一个寒冷的房间比较NR的滑动摩擦阻力的配方合成合成橡胶(丁腈)和GR-S(丁苯)。Pfalzner准备1英寸²×0.25英寸的样品和正常负载应用于他们的42 psi 100 psi,同时安装在一个冰雪覆盖,电动转盘旋转以恒定的速度50 rpm。测试是在20°F。冻结生产冰完成以这样一种方式,它既干燥又宏观上光滑。图4礼物Pfalzner的测试结果6]。

一代microhysteretic摩擦力的天然橡胶,大小约为0.6磅力,显示在图4从Pfalzner的测试结果6]。GR-S和合成橡胶块显示生成的力的大小约0.30磅力和0.25磅力。这些结果是一致的轮胎滑溜观察第二次世界大战期间。除了提供一个存在的迹象,测试结果表明,它在冰上滑动阻力的贡献不容忽视。

森的1994个研究et al。7还支持的存在。他们laboratory-controlled研究集中在澄清的作用表面自由能(γ)在一个滑动的配置生成的粘附力搭配不同的橡胶时,宏观上光滑的表面在不同外加负载。硫化标本是形成于专门制作的模具,具有不同的表面自由能,从而传授不同的表面自由能的表面橡胶标本。这种技术允许每个样本保留固有的变形性质的散装材料。各种标本测试包括丁苯橡胶(SBR)、被塑造具有附着力强、表面粘附力减小。SBR是搭配宏观上光滑的聚四氟乙烯。

SBR的样本之一是塑造在宏观上光滑的聚四氟乙烯产量低表面自由能的材料。另一SBR标本塑造在宏观上光滑铬SBR收益率高表面自由能。这两个是滑动接触聚四氟乙烯表面和负载应用。

图5介绍了Mori et al。7]的结果,按照装船理论揭示的橡胶microhysteretic摩擦力,如果存在。看到,外推的附着力强(chrome模具)SBR-Teflon配对图生产的证据力的大小大约0.2磅力。的粘附力减小SBR-Teflon配对情节假设原点,然而,表明缺乏。

3所示。复议的摩擦系数和打滑号码

3.1。1974年交通研究署报告发表

1974年交通研究署报告发表4)表示,“测试轮载荷变化的直接影响抗滑性相对较小…这是在最近的测试和确认图A-41(图6)显示加载依赖抗滑性的计算从七个测试在不同的路面,每10锁仓的意思。“参照图1相反,然而,表明,表示相信,变化的直接影响,在轮载荷时,轮胎滑动是重要的,作为说明的轴。最大的是由最大的力量负载。增加可以增加实际的轮胎/路面接触面积。这种联系增长可以产生更大的附着力(3),主要轮胎/路面摩擦力。更大的附着力也可以增加轮胎与路面macroroughness接触面积,增加macrohysteretic ()摩擦力发展更大的体积变形的轮胎胎面。

图6表达了SN和正常负载应用。适度减少双曲线的三个应用加载800磅,1000磅,1200磅是看到的,表明摩擦阻力随载荷增大而减小,当正好相反。应用程序变量的装船在滑动摩擦数据分析方法可以增强防滑测试结果的解释。

3.2。使用cfm评估机场路面牵引

机场路面牵引使用咖啡也评估。目前常见的做法是使用所谓的cfm,或连续摩擦测量设备,为此8]。这样的设备是通过美国联邦航空管理局(FAA)和可以包括检测汽车、皮卡或拖车。这些smooth-tire测试是在一个固定的百分比进行滑动,而不是locked-wheel滑动。他们是按照ASTM标准进行(10]。因为涉及到这些测试,理论microhysteretic摩擦力,不是生成的。因此,牵引microhysteretic摩擦的贡献并不确定。

图7介绍了这种发动机工厂测试的结果2009年进行“几乎完美,”ungrooved,水泥跑道滑行道在干旱条件下为17%使用牵引拖车将测试轮胎轮胎滑移在直线运行30英里每小时的速度在86°F环境温度。咖啡的数据点被改变了负载应用于轮胎。如图所示,情节假设原点指示力没有生成。

3.3。检查报告开始程序的结果

狙击兵et al。9]报道结果表面引力和子午胎(开始)计划由美国飞机制造业,美国国家航空和宇宙航行局(NASA)和美国联邦航空局。程序的特别关注是轮胎滚动阻力的评价上,刹车和转弯性能在干旱条件下混凝土。三个全尺寸types-radial-belted商用飞机轮胎,斜交帘布,H-type-were调查。

NASA兰利研究进行的飞机着陆动力学设施,提供了一个2800英尺长的纹理混凝土测试跟踪跑道。跑道的macrotexture测量使用美国宇航局的油脂样本技术(11),发现平均深度为0.0051。转弯性能评估使用60吨tire-carriage操作100节的速度和应用正常负载()自由旋转轮胎高达25000磅。马车是仪器测量的总摩擦力,,生成在不同轮胎滑感兴趣的角度,并报告一边摩擦系数的值,。

图8介绍了端摩擦系数()结果报告9)开始为斜交帘布轮胎测试程序的五感兴趣的角度。看到每个情节收益率直线有明显的向下的斜坡。传统解释的橡胶摩擦系数会得出这样的结论:横向滑动阻力和增加减少所有滑动角。见图9然而,相同的数据绘制的按照装船方法(以前解释图1)来量化值,摩擦力增加。这是另一个例子分析摩擦系数的改进的数据解释。表1介绍了近似的值力在每个轮胎滑移角。

数据8和9一边摩擦测试结果在一个机场式的试车跑道路面指示的一代力在所有滑动角。这些力量由于良好的路面显微组织产生深度和足够的轮胎和路面的表面自由能。传统的滑动阻力值量化表示为咖啡表所示1。它使用简单地忽略了这些力量引起的轮胎印迹和显微组织的存在在人行道上表面。

4所示。在当前研究方法和因素实地测试

在当前NCITEC 2012 - 27个项目控制沥青和混凝土路面的摩擦滑动轮胎测试是通过使用locked-wheel打滑拖车设备配备了一个标准,全面的轮胎。代替传统的单一载荷,locked-wheel测试,然而,八个不同的负载应用于轮胎滑动在沥青混凝土路面都在干态和湿态条件下,提出了部分1(4)。

4.1。路面摩擦测试设备和标准

轮胎/路面摩擦测试使用一种仪器进行locked-wheel设备和运营提供宽广的国际控制论公司(ICC),佛罗里达州。这个测试能产生和控制滑动的先前条件,标准,全面加强轮胎(ASTM E501-08) [12),测量产生的总摩擦力。它是依照ASTM E274 / E274M-11[操作13),目前此类测试的标准,除了记载外加负载1085±15磅被部分中列出的负载所取代1(4),个人水平路面测试部分的统一的时代,物质组成、和磨损,无重大缺陷和明显的表面污染。国际刑事法庭自1975年以来政府和咨询公司的客户和已收到测试合同来自美国和世界各地。它提供硬件和软件以满足摩擦测试数据收集和分析的需要。

4.2。测试程序的因素和变量

以下两个因素被认为是进行实地测试:(1)路面类型在两个级别(沥青和混凝土人行道浮出水面浮出水面)和(2)路面表面状况(干、湿)。路面类型都使用部分中列出的八负载进行了测试1(4)。五锁仓为每个负载在干燥条件下进行。五套三个锁仓进行了不同轮胎载荷在潮湿的条件。这抽样导致四组测试数据的收集每八个正常的测试负载。

依照ASTM E274 / E274M-11 [13),locked-wheel tester滑测试轮胎以恒定40±1英里每小时的速度。八个不同的垂直负载从883到1242磅的被应用于轮胎中心线在不同的测试条件下。按照部分本标准涉及路面润湿(13),水的量应用于模拟湿测试40±1英里每小时是4.0 /分钟·加±10%。湿的宽度,总计28加仑/分钟。

4.3。数据收集和解释结果

每四个滑动locked-wheel测试生成8平均值测量摩擦力与沥青混凝土路面的正常负载应用在潮湿和干燥条件。这些结果已经标注在传统的直角坐标提供一个视觉描绘发达摩擦力的大小变化轮胎载荷的变化。

八个不同的沥青和混凝土中使用的轮胎载荷测试是通过将获得个人钢锭加载在装载框位于测试拖车的后部。负载应用到轮胎则由所选的重量放在这个盒子。

5。Locked-Wheel测试

5.1。干沥青路面测试

干测试沥青使用国际刑事法庭测试仪,总是由同样的有经验的工程师,在缓慢地开始贝尔彻路上,佛罗里达,3月18日,完成3月22日,2013年,在白天。交通道路上贝尔彻是温和的;没有明显干扰交通发生在测试40±1英里。图10描述了这些测试的起点。尽管一些云在场,没有雨在干燥沥青研究。

沥青路面是18到20个月大,没有明显的抛光。图11描绘了一个特写的贝尔彻道路路面防滑测试完成。美国一季度放在人行道上已经包括协助描绘缺乏抛光。

一个新的纠纷,全面ASTM E501-08肋轮胎安装在左边的测试人员使用标准24±0.5 psi的通胀压力。三个初步锁仓相同的轮胎加载完成质量控制目的。

五禁售周期的五个人测试完成的八个应用负载。结果平均获得总摩擦力测量的平均值,,生成的每个负载。这些测试数据总是获得相同的横向道路位置相同的操作,记录,持续1秒。图12介绍了干贝尔彻路结果按照装船绘制方法。相比咖啡与负载图如图6,测试数据块提供优越的洞察friction-generating机制活跃在轮胎/路面接触补丁。表2介绍了正常的负荷及其相关摩擦力的值。

看到六的八值,当由直线和外推连接设在,表明microhysteretic摩擦力的一代,地震的震级,大约140磅力。绘制点的两个应用负载,984磅和1034磅,然而,被认为是离群值。这些可能与喷出白色的烟雾有关的轮胎/路面,传出印迹在干燥的锁仓。

检查干燥路面的锁定位置显示,弱点了轮胎,橡胶的黑色条纹在人行道上表面。烟生产可能产生机制的存在是常见的轮胎在飞机着陆。热降解的轮胎和橡胶蒸发会导致产生白烟。一个专业的商业飞行员表示(14]“烟是一个轮子不转的结果在飞行中与静止的跑道。车轮必须加速着陆速度非常快。在加速度,有一个短的时间内轮胎打滑时,产生的烟雾”。

虽然轮胎软化发生在干摩擦锁仓的,贝尔彻的984磅和1034磅负载测试道路也受到连续的太阳辐射引起的路面温度最高,可能导致额外的轮胎软化随之减少生成的摩擦力。路面温度在这两个测试周期是119°F。路面温度在应用程序的其他六个应用负载平均连续82°F。

5.2。湿沥青路面测试

湿测试相同的沥青路面使用国际刑事法庭测试仪,总是由同样的有经验的工程师,在缓慢地开始贝尔彻路上,佛罗里达,2013年3月18日和3月22日竣工,2013年,在白天。交通道路上贝尔彻是温和的;没有明显的交通干扰的测试在40±1英里。

装船阴谋的结果测试数据呈现在图13。代的一个摩擦力约220磅力。表3介绍了个人重量利用和结果相关联值产生。

新的纠纷,全面ASTM E501-08肋轮胎安装在左边的测试与标准24±0.5 psi通胀压力(4使用了)。

5锁定周期三个单独的测试做的八个应用负载。结果平均获得总摩擦力测量的平均值,,生成的每个负载。这些测试数据总是获得相同的横向道路位置相同的操作,记录,持续1秒。

这是见过的七个值落在或非常接近直线,当外推,表明microhysteretic摩擦力的一代,地震的震级,大约220磅力。然而,1188磅数据点略低于直线,可以认为是一个异类。借鉴的ICC常规locked-wheel测试在潮湿条件下可能显示明显的差异。1188磅和1242磅的摩擦数据负载收集三天后的摩擦数据其他负载。已经注意到摩擦获得的数据在不同的日子里可以显示不同的结果,可能与路面温度变化这样的时期有关。

5.3。干燥的混凝土路面测试

干测试混凝土路面使用国际刑事法庭测试仪,总是由同样的有经验的工程师,在圣彼得堡开始在泰隆大道上,佛罗里达,2013年3月18日和3月22日竣工,2013年,在白天。泰隆大道的交通是温和的;它和检测器之间无显著交互作用发生40±1英里。图14描述了这些测试的起点,以及国际刑事法庭卡车和拖车。虽然有些云在场,没有经历过雨在干燥混凝土的研究。

图15提出了一种抛光泰隆大道路面的特写。美国的硬币被放在人行道上协助描绘表面状况及其治疗。佛罗里达交通部要求所有混凝土道路进行锡过程中金属尖头叉子拖延semihardened具体创建槽横向或纵向15]。否则抛光泰隆大道路面的纵向凹槽领域的测试是显而易见的。图16介绍了干泰隆大道测试结果。

见过,七,八值,当由直线和外推连接设在,表明microhysteretic摩擦力的一代地震的震级,大约200磅力。与干燥沥青测试,然而,一个异类,在这种情况下883磅负载。883磅的路面温度连续测试是116°F,而路面温度测试期间的其他负载平均74°F。喷出的烟雾来自轮胎/路面接触补丁也观察到在干燥混凝土测试。这些条件都符合更大的轮胎和降低软化价值883磅的负载,如报道。一个价值200磅力测量。表4介绍了负载和相关应用值。

5.4。湿混凝土路面测试

湿法测试混凝土的使用国际刑事法庭测试仪,总是由同样的有经验的工程师,在圣彼得堡开始在泰隆大道上,佛罗里达,2013年3月18日和3月22日竣工,2013年,在白天。泰隆大道的交通是温和的;无显著交互作用发生在它和测试40±1英里。

新的纠纷,全面ASTM E501-08肋轮胎安装在左边的测试人员使用标准24±0.5 psi的通胀压力。

5锁定周期三个单独的测试做的八个应用负载。结果平均获得的平均值,生成的每个负载。这些测试数据总是获得相同的工程师侧巷道位置相同的操作,记录,持续1秒。图17介绍了湿泰隆大道的结果。表5介绍了正常的轮胎载荷及其相关值。

这是见过的七个值落在或接触的直线外推时,表明microhysteretic摩擦力的一代,,有大约60磅力的大小。

然而,1188磅数据点可以被认为是一个异类。国际刑事法庭经验与常规locked-wheel测试在潮湿的条件下在不同的日子可能提供了这种差异的解释。

5.5。测试结果的总结,提出了滑动摩擦索引值

表6总结了loading-based-interpretation结果值的所有四组摩擦测试数据。高值microhysteretic力的粗鲁的沥青显示优越的显微组织特征的测试相比,抛光混凝土路面。

使用装船方法,“滑动摩擦指数”(SFI)提出了一种改进的滑动轮胎摩擦力计算产生的变量指标值,提出了部分8。3。

5.6。所有四个Locked-Wheel测试摩擦系数值

表7介绍了这四个值locked-wheel测试结果。这些报道在这里使用tire-loading-based方法相比,它允许独立的量化力。使用的每个计算相应的平均值测量和不可避免地有一个力组件。

6。一个统一、装船工程轮胎/路面摩擦理论

如前所述,Kummer领军提出(1)1966年统一的滑动轮胎/路面摩擦理论,表达时产生的总摩擦力分量的总和。其中包括粘附、,与配对材料的表面自由能。他认为大部分变形的轮胎面粗糙路面产生macrohysteretic摩擦的贡献,。他还包括轮胎磨损,或失去凝聚力,。Kummer领军的目的提出的理论是“提高轮胎之间摩擦耦合和湿路面,特别是在高速。”

在Kummer领军的方法的基础上,扩大、统一、装船工程轮胎/路面摩擦理论提出了(3,8]。理论包含microhysteretic橡胶摩擦力,的证据已经表明locked-wheel测试: 在哪里的总摩擦滑动阻力轮胎在路面表面,是产生的粘附力组合配对材料的表面自由能,体积变形的轮胎胎面,从轮胎磨损是凝聚力损失组件,是常数microhysteretic摩擦的贡献力量。

应该注意的是,Kummer领军(1)包括术语完整但认为,其大小尤其是短期情况下可以忽略不计。还应该注意这一点和不一定是独立的。Adhesion-assisted macrohysteresis可以增加力发展在某些情况下通过遵循轮胎橡胶粗糙的路面表面更紧密(3]。

7所示。装船的实际应用方法

7.1。对车辆动力学分析的贡献

如图1和其他情节展示测试结果报告在这里与正常负载的增加,增加了应用产生的轮胎/路面摩擦力。作为讨论的部分3,使用摩擦系数和打滑号码可以无意中导致曲解了摩擦力的评估。这可以通过考虑一个简单的例子说明在车辆动力学。

当一个两轴汽车减慢在标准水平路面上制动时,动态荷载传递的前桥后桥可以发生。在这个过程中,加载后轮胎减少而前面轮胎可以体验增加加载。因为咖啡不是一般常数在不同负载下,一个更大的系数可以因此似乎适用于后方轮胎车辆减速,而较小的摩擦系数明显会与前面的轮胎,相反显示实际摩擦力的一代。

使用的实际装船的方法可以让计算部队在期望的滑动角和生成的值感兴趣的。当司机使常规十字路口或转向调整遵循道路曲率,横向摩擦产生力量。知识的数据会出现有价值的车辆dynamists时使用量化外侧滑动阻力需要克服这种演习期间产生的惯性力,从而使车辆在路上。

7.2。监控路面表面的显微组织深度变化

之前已经认识到轮胎牵引力的研究应该包括人行道显微组织。债券等人关于湿路面显微组织的重要性进行了调查,1974年报告(16]。他们发现,直接发挥了重要作用,在潮湿条件下轮胎的牵引力。他们的研究包括季节性问题,发现湿牵引增加到最大值在冬天和夏天降至最低。考试在职人行道的显微照片显示,路面直接增加到最大值在冬季由于霜和其他自然风化的影响道路总在这一时期。也发现,夏季交通抛光为主,从而消除聚合的显微组织在相当大的程度上。这些发现与频率相关的交通事件,更少的冬天和夏天更多。

债券等。16)进一步确定湿牵引表示由路面直接是最小的,除非骨料的地形深度大于一个临界值,在1.95×10的顺序⁻⁴在。高于这个值,wet-roadway抗滑迅速增加。

威廉姆斯审查(17的最先进的轮胎/路面牵引,1992年与一个特定的兴趣在潮湿条件下轮胎的安定性能的能力。认识到一个适当的路面显微组织的重要性,他说:

没有替代的适当水平的显微组织聚集在新的条件。最理想的显微组织水平与能力,以消除剩余的薄膜水创造真正接触胎面胶的某些地方。显微组织水平低于这个最低不能产生高水平的湿摩擦。(132页)

数据13和17目前测试结果允许量化microhysteretic橡胶的摩擦力,在潮湿的条件下,通过常规使用locked-wheel测试仪。的测量无光泽的贝尔彻路(220磅力)和抛光泰隆大道(60磅力)与债券等的研究结果一致。(16)和威廉姆斯(17]。这些结果,得到几天的测试,揭示了各自的显著差异的大小部队。常规locked-wheel测试的能力,结果的可能影响,至少部分由路面显微组织特征,表明高摩擦阻力测量在人行道上更大的显微组织深度。一种改进的装船资料解释被用来开发一个“滑动摩擦指数”在节下面讨论7所示。5。季节性的测试和测试在其他道路人行道与不同的显微组织特征应有助于展示提出了摩擦指数模型的广泛适用性。它将提供一个可靠的指示的不同引起的摩擦指数的变化。

7.3。在当前使用横向摩擦试验机

调查显示,至少有一个移动侧摩擦设备在日常使用的玻璃®测试人员由交通研究实验室(TRL)在英国。Sideway-force系数常规调查机器,或玻璃,措施产生的侧向摩擦控制湿条件下利用自由旋转光滑的橡胶轮胎固定在滑动20°角测试车辆的旅行的方向。虽然不是现在使用依照tire-loading-based方法,策划报告的数据,如图9会揭露了事实的真相与关系和量化的价值。

使用玻璃数据在20°滑脱角以这种方式出现适合监测巷道路面表面的显微组织深度变化中讨论部分7所示。2。事实上,玻璃测试的目的是“确定需要治疗[测试]网站恢复抗滑。”

7.4。替代方法的摩擦系数的几何设计道路

部分3(数据讨论和演示1和6)如何使用摩擦系数和打滑时不慎misassessments会导致分析locked-wheel测试结果。目前没有公认的、可核查的、全面的、合理的橡胶摩擦理论包含了咖啡,这本身并不是一个弹性体的材料属性。出于安全原因,应用验证tire-loading-based方法和滑动摩擦指数在适当的运输部门推荐。

摩擦系数,指定为,广泛应用于方程的绿皮书(18),美国基本道路几何设计手册。本手册,在持续发展几十年,涉及众多的参与技术工程师和经验丰富的设计师,做出了一个巨大的和持久的贡献运输安全的做法和效率(18]。实践中,当涉及然而,不考虑贡献microhysteretic部队()因滑动轮胎与路面接触的显微组织。

7.5。滑动摩擦指数

通过接受microhysteretic摩擦力的存在(),占locked-wheel测试的分析,可以生成一个有理数量化的变量产生摩擦滑动阻力当应用轮胎加载不同的值()用于测试。

这个过程包括减法的常数从总摩擦力测量值(从每一个这样的应用负载)生成的。这可能说明使用locked-wheel测试数据发布的交通研究委员会(4在1974年,如图1,其中一个力150磅力产生了使用三种不同的应用负载的800磅,1000磅和1200磅。在这个测试中,相应的值是350磅力,400磅力,分别和450磅力。表8提出了相应的计算。这是减法的150磅力力的三个值收益200磅力,250磅力,分别和300磅力。这些角度各自分工数量收益率无量纲滑动摩擦指数(SFI)为所有三个加载值为0.25。数据18,19,20.,21现在SFI值目前湿和干燥locked-wheel测试结果。离群值并不包括在这些SFI计算。

8。结论

8.1。路面抗滑阻力中显微组织的作用

人行道上一节讨论了显微组织的重要性7所示。2。它在1974年意识到16从测试在职道路的人行道上直接发挥了重要作用,在潮湿条件下轮胎的牵引力。这些道路包括那些被夏季驾车高度抛光和其他经验丰富的直接增强从冬季霜冻。显微研究表明,路面在潮湿条件下显微组织的有效性是最小的,除非它超过约1.95×10⁻⁴在。在深度。这些发现与频率相关的交通事件,冬天少之又少,在夏天更多。

它随后发现17)足够的路面深度显微组织发挥作用导致轮胎的安定性能在潮湿条件下的能力。最理想的显微组织粗糙度是协助轮胎移除任何表面水膜存在创造真正接触领域涉足的领域。

数据13和17现在湿测试结果通过常规使用的locked-wheel tester允许量化microhysteretic橡胶摩擦力,作为评估指标,路面总直接和其组件的贡献可能可用力,随着轮胎加载组件。

的测量无光泽的贝尔彻路(220磅力)和抛光泰隆大道(60磅力)在这方面可以使用作为一个例子。相同的载荷造成的意思是贝尔彻路总数的52%价值,而泰隆大道的组件测试了意味着总建筑面积的17%。金刚石砂轮的混凝土路面表面macrotexture增加。Locked-wheel ASTM测试来衡量需要确定表面显微组织也在增强。测试后的沥青路面铣削同样需要这样的测试相同的目的。

简而言之,考虑以下:(我)常规locked-wheel测试可以用来量化一段道路的价值。(2) 值可以用来度量评估路面直接。(3)Locked-wheel钻石地面混凝土路面试验才能确定增加了。(iv)Locked-wheel测试后的沥青路面铣需要同样的目的。

8.2。实际应用的滑动摩擦指数Locked-Wheel测试数据

滑动摩擦的重要性指数(SFI)部分中讨论7所示。5。的测量值力很容易通过常规使用ASTM locked-wheel测试。减去这些值的总摩擦力测量()量化产生的滑动阻力轮胎加载的应用程序,。这种技术允许无量纲SFI的决心,准确地量化这个第二,截然不同的加载组件。

8.3。双管齐下的方法需要利用总滑动阻力测量标准ASTM Locked-Wheel测试

因为SFI tire-load-dependent和价值力量tire-load-independent,双管齐下的方法需要应用程序的两个不同的滑动摩擦力量以标准ASTM locked-wheel测试。这可能是容易通过使用一个简单的force-combining方程: 在哪里总摩擦滑动阻力是衡量标准ASTM locked-wheel装船方法的测试通过使用量化直线外推的数据图设在,表示为磅力microhysteretic力的值是衡量标准ASTM locked-wheel测试,用磅力表达,是计算SFI值获得标准ASTM locked-wheel测试的结果乘以应用感兴趣的轮胎载荷,表示为磅力。

以下部分是force-combining方程应用到湿和干沥青和混凝土测试数据1242磅的价值。可以指出,湿贝尔彻道路的价值力(220磅力)显著高于干贝尔彻的价值力(140磅力)。观察可能是回忆说,一代的烟雾在干燥沥青测试。的减少值出现符合这个烟的生产。可能相关的热沥青烟也减少了刚性的显微组织和/或导致减少深度在locked-wheel过程。

Force-Combining方程的计算值。考虑以下:

8.4。使用Force-Combining方程来预测抗滑性和制动距离

开发一个测试数据库组成的典型的沥青和水泥和SFI值通过标准ASTM locked-wheel测试和分析了使用force-combining方程结合停车距离测试需要允许可靠的预测抗滑性和制动距离。

简而言之,考虑以下:(我)常规使用locked-wheel测试可以测量值在人行道上感兴趣的部分。(2)这些值可以用来确定合理,无量纲SFI量化的滑动阻力轮胎加载。(3)使用ASTM locked-wheel装船方法分析测试数据允许的测量力由于路面直接,路面表面自由能,滑动轮胎的胎面和表面自由能。

8.5。执行语句

考虑到证据由测试结果的分析涉及数据从沥青混凝土路面湿和干燥,一起支持物质上面所讨论的,建议使用数量和滑摩擦系数被重新审议。

9。需要研究

如图2直线的情节,当力是减去从直接成正比,和相关的值是在常用locked-wheel外加负载的范围内。直线图如图所示的数据18,19,20.,21当离群值的点是忽略了滑动摩擦索引值也与外加负载直接成比例。还需要进一步的研究来理解底层机制导致这个特征直接成比例。这些知识可能滑动摩擦指数的实际应用价值。

Archard [19,20.)科学调查了正比例问题宏观上光滑的表面上使用光滑材料宏观上滑动。当使用这种方法摩擦产生的力量。Archard调查搭配光滑的黄铜和配对的光滑,nonelastomeric塑料、聚(甲基丙烯酸甲酯),或PMMA,所有弹性加载范围内。他发现,增加,新的真正的领域可以建立配对表面之间的接触。他认为产生的附加摩擦力将直接成比例增加的负载,如果这种装载的主要结果是创建新的真正的接触区域。佩尔松最近进行了复查(21]Archard理论和同意。

信息披露

这项研究的一部分USDOT资助国家联合运输中心的经济竞争力对全球供应链管理(NCITEC)项目。本文的内容反映出作者的观点谁负责事实,这里提供调查结果和数据。内容不代表机构在本文档引用的观点。作者收到报酬他咨询参与。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

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