复杂工况下轮胎-沥青路面摩擦特性动态测试与建模研究

本研究针对复杂道路环境中轮胎-沥青路面摩擦特性量化难题，自主研发动态摩擦测试装置，通过粒径、温度与粗糙度多参数调控实验，揭示温度升高使最大静摩擦力和平均摩擦力递增，小粒径加剧粘滑效应（stick-slip）但降低摩擦力，而轮胎粗糙度提升则双向增强摩擦与粘滑现象。创新性改进弹簧-滑块模型精准模拟路面摩擦行为，为智能轮胎设计与道路安全评估提供理论支撑。

　　

这项研究构建了原创性动态摩擦测试平台（dynamic friction testing apparatus），专门用于解析轮胎与沥青路面（tire-asphalt pavement）在多变环境中的相互作用机制。通过精准校准不同加热时长形成的温度均质区，团队发现：当温度从20°C升至60°C时，最大静摩擦力（μ_max）增幅达38%，而平均动摩擦力（F_avg）呈现线性上升趋势。

有趣的是，粒径缩减至1-3mm范围时，摩擦系统会像"跳跳糖"般产生剧烈粘滑震荡（stick-slip oscillation），但整体摩擦系数反而下降12%。与之形成对比的是，当轮胎表面粗糙度（Ra）从0.2μm提升到0.8μm时，不仅摩擦功提升25%，粘滑现象的振幅更会放大3倍。

研究团队巧妙改造传统弹簧-滑块模型（spring-slider model），引入动态粗糙度参数β来模拟路面微观形貌。数值仿真显示：当β从0.7降至0.3时，系统摩擦能衰减41%，同时粘滑波动频率降低67%——这与实验观测高度吻合。该模型成功破解了沥青材料"温度-形貌-摩擦"三重耦合效应的黑箱，为冬季防滑轮胎配方和智能悬架控制系统提供了量化设计依据。