轮胎的抓地力（五）----在湿路面上行驶时的摩擦力

常规道路都是宏观和微观都粗糙的，在这种道路上行驶，路面和轮胎上行驶所能达到的最大摩擦系数的大小跟哪些外界因素有关呢？首先是路面的积水情况（水膜厚度），其次是车辆行驶的速度。例如，水膜厚度从um级到mm级变化时，最大摩擦系数可以从0.8下降至0.1，可以看到水膜厚度对摩擦系数影响非常大。车辆行驶速度对摩擦系数的影响也跟水膜厚度有关，干地路面上，行驶速度对摩擦系数的影响可以忽略；但是如果积水达到mm级，摩擦系数可以从60码的0.5降低到100码的0.1，原因是行驶速度影响了轮胎的排水性能，所以同样的水膜厚度下行车速度也会影响摩擦系数。

    微观机理上如何解释上述摩擦系数的变化呢？根据摩擦力来源的机理，一是分子粘附机理因为水膜的存在，隔离了橡胶和路面间的直接粘附作用；二是粗糙频率激励机理，水淹没了路面的微观粗糙度，同时胎面拍打路面的速度越快，由于水面反作用力和来不及排水，频率激励机理也受阻。因此，两个方面的同时作用导致了上述摩擦系数的下降。

    上述轮胎湿地摩擦系数的状态只是基于所有轮胎表现的平均值，如何生产一款湿滑性能更高的轮胎？配方和结构两个方面都有可以优化的方向。配方上，根据之前描述的机理，可以通过白炭黑或氢氧化铝填料增强分子粘附效应，调节0℃损耗因子来增强频率激励效果。结构方面可以做哪些优化呢？那就是通过胎面花纹设计来提升轮胎排水和锁水功能。

    理解轮胎的排水和锁水功能，需要进一步从微观上理解整个过程。如上图①区，轮胎转动过程中快速接触路面，这个过程中会把路面积水推往前方，在轮胎正前方形成积水富集区域。轮胎拍打前方富集的水墙，水会进入轮胎的花纹沟，把水往后方及两侧排开，这时候起作用的主要是轮胎中间及往两侧带斜角的花纹。理想状态下，①过程会排走绝对多数水分，少量残留的水分进入②区，这部分会通过毛细吸水作用，进入轮胎的细花纹沟被锁住，离开地面由于离心力的作用被甩走，这时候起作用的主要是嵌入花纹块中的细小花纹沟。③区路面状态是接近于干地状态下的，即使有少量水分，也会因为路面粗糙形成局部应力和橡胶发生作用，提供接近于干地状态时候的摩擦力。

    那么什么时候会出现水滑呢？在①区，如果轮胎速度过快同时轮胎排水能力跟不上，拍打水墙产生的水压超过了轮胎的气压（通常轿车胎250Kpa,卡车胎1000Kpa），那么轮胎就会脱离地面，车辆发生失控。基于常规轿车胎的排水能力，在湿地路面上70码就有发生水滑的风险，由于卡车胎的气压更高，要发生水滑车辆行驶速度需要达到140码，所以通常卡车胎不需要考虑因素车速过快而产生失控的情形。