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兩種鋪裝路面對於重型車輛的油耗有較大影響
影響汽車油耗的因素主要有哪些?似乎標準答案應該是內燃機扭矩大小,熱效率高低,變速箱傳動效率等。然而路面的型別與輪胎的滾動摩擦係數,與滑動摩擦係數也有很大的影響!眾所周知汽車在摩擦力低的路面加速容易打滑,而且車輛的制動距離會比較長;其中打滑的概念為車輪轉矩大於輪胎摩擦力,結果必然造成輪上功率損耗,發動機升轉導致油耗升高。
解析參考各型別路面滾動摩擦係數&滑動摩擦係數商砼鋪裝硬路_0.010&1.0
瀝青鋪裝軟路_0.012&1.0
夯實鋪裝土路_0.035&0.5
碎石鋪墊渣子路_0.035/0.8
雨雪溼滑鋪裝路_0.020/0.1~0.3
各型別路面的摩擦係數決定了汽車行駛中的「輪上功率損耗」,其中比較有意思的是兩種專業鋪裝路面的差異。瀝青路面的滾動摩擦係數與高於商砼硬路,這一引數對於不同型別的汽車分別為優點和缺點。
1:普通家用代步汽車多為小微型載客汽車,其車身尺寸普遍為「≤5000*1850*1800mm」,小小的車身決定了整備質量最多不過2噸左右。除此類車型以外還會有些皮卡和輕客也作為家用汽車使用,然而即使是這些整備質量可達到2.5噸上下的車型,在瀝青路面上行駛實際也有優勢。
原因為此類車型的重量不足以“壓變形”瀝青路面,那麼路面更高的滾動摩擦係數則能夠減少車輪轉矩(扭矩)的損耗。輪上功率的計算公式為:轉速×扭矩÷9549=kw,扭矩足夠大則可以降低發動機轉速以實現降低耗油量(內燃機轉速越低噴油量越小)。對於輕小型車輛而言,提高滾動摩擦係數、降低摩擦摩擦係數,在沒有達到前者的閾值之前則能夠節油。
2:中重型客貨運車輛不適合瀝青鋪裝軟路,原因為此類車型的總質量可以達到數十噸。即使車輛至少也有六個車輪,但是每個車輪獲得的垂直壓力仍然會比較誇張;在足夠大的重量作用下瀝青路面被會輕易的壓變形,而且是在行駛中快速的變形。這種狀態就像是汽車在積水路面行駛,積水會增加車輪轉動的阻力。
瀝青路面對於重型車輛而言可以理解為「軟綿綿」,以每分鐘數千轉滾動的車輪會在壓扁路面之後,與車輪滾動方向前方一定程度“凸起”的路面形成“過度抓地力”,通俗的描述就是凸起位置別住了輪胎胎冠——在輪胎沒有變形時,瀝青路面的0.9~1.0的滾動摩擦係數已然足夠高了,透過路面變形凸起位置別住車輪增加了滾動摩擦係數,其標準已經超出了車輛對摩擦力需求的閾值。
知識點:瀝青路面與重型車輛的組合,造成的路面變形使得摩擦係數超過了車輪滾阻的閾值。正常路面假設輪胎輸出轉矩為100%,商砼硬路面損耗5%則剩下95%;而瀝青路面對於輕小型車輛為損耗3%則剩下97%,而對於重型車輛碾壓變形的路面“別勁”而言,結果則為損耗了7%剩下93%,油耗也機會會按照這一比值提升。當然這只是假設引數,真正的差值會在3%~5%之間懸殊;這就是路面型別與車型和油耗的關係,供參考。
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許多人知道在柔軟的沙灘上不如在道路上行走方便,但這件事對在瀝青路面上的行駛的卡車也是同樣一個道理。
近日,麻省理工學院的科學家們,在《運輸研究記錄》期刊上發表了一篇論文,指出了硬路面有助於提升卡車行駛里程的事實。
之所以行人和小型車輛難以感受到瀝青路面的“柔軟”,是因為的我們的載重未能輕易超過數千磅。
【資料圖,來自:Volvo 官網】
此前已有實驗表明,瀝青在常溫下其實處於“液態”,只是它的粘度非常高,等待其從實驗儀器中掉下“一滴”需要耗費數十年的時間。
而當過載卡車在瀝青路面上駛過的時候,其每個車輪的方向都會略微偏轉,結果就是卡車一直處於試圖努力爬出道路上各種“小凹坑”的狀態。
這意味著與在硬路面上行駛相比,瀝青道路會導致其消耗更多的燃油,並在此過程中排放更多的二氧化碳。
MIT 研究人員 Hessam Azarijafari、Jeremy Gregory 和 Randolph Kirchain 表示:“若為道路選用較硬的材料,變有助於緩解這一問題”。
這些設想包括在傳統瀝青中新增少量相對便宜的合成纖維或碳奈米管。即便只是新增 10% 的混合物,也會產生相當積極的結果。
另一種選項是在混合瀝青時使用更高等級的骨料,從而使最終產品中包括更多的岩石和更少的粘合劑。
當然,更簡單粗暴的方法,就是直接使用混凝土、而不是瀝青來澆築道路。儘管初期成本較高,但由於道路的使用壽命更長,長期成本也是相對較低的。
根據科學家們的計算,如果在未來 50 年中,每年讓美國 10% 的道路做好“硬化”,便有助於減少 4.4 億噸的二氧化碳排放。儘管只佔交通運輸相關總排放量的 0.5%,這一數字也已相當顯著。
有關這項研究的詳情,已經發表近日出版的《Transportation Research Record》期刊上。
原標題為《Potential Contribution of Deflection-Induced Fuel Consumption to U.S. Greenhouse Gas Emissions》。