什麼是滾動阻力?輪胎如何跑得快還省油?為什麼要做低滾阻輪胎?

沒有輪胎,汽車就開不了。沒有摩擦,輪胎也走不了。

摩擦能推動車輛前進,同時也會阻礙輪胎轉動。

不過,推動和阻礙輪胎前進的摩擦是不同的。

前者稱之為附著力,它還有很多別稱,比如牽引力,抓地力,它主要來自胎面橡膠與路面團粒之間的分子結合力,所以當路麵糰粒被雨雪覆蓋,阻礙了它們與胎面的接觸,輪胎抓地力就會顯著降低;

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什麼是滾動阻力?輪胎如何跑得快還省油?為什麼要做低滾阻輪胎?

可以看到120kph時,胎面完全被水膜包裹住

後者稱為滾動阻力,它是一種綜合效應,比如輪胎接地面會發生形變,形變的過程中內部分子和團粒之間會產生摩擦,能量就耗散了,這是鋪裝路面上輪胎主要的能量損耗,此外輪胎與路面之間還會發生不易察覺的滑動摩擦,內部構件之間還會發生摩擦,這都會損耗能量。

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總之,阻礙輪胎轉動的摩擦統稱為滾動阻力,只有克服了它,輪胎才能夠勻速轉動,這自然會耗油。

對於小車來說,這部分油耗總體並不多,大約是4-7%,但如果在市區,滾動阻力導致的油耗則佔了大頭,有人以高爾夫做過測算,結果是市區油耗有4成用於抵抗滾阻。

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每減少10%的滾阻,能節省1-2%的燃油。歐美要求到2030年,汽車碳排放要比現在減少超過一半左右,中國也一直緊跟歐美標準在做,在日益嚴苛的排放標準面前,車企們不得不“輜重必較”。

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不過,讓輪胎完全沒有滾阻,其實等於沒有了摩擦,輪胎也無法轉動。

換一種思路,阻止輪胎形變呢?因為輪胎形變的能量損耗佔了絕大部分,沒有了形變,可以降低7成左右的損耗。這是能做到的,我們已經這樣做了一百年。

火車就是如此,讓鋼輪踩在鋼軌上,幾乎沒有形變,但後果是,輪胎的摩擦係數也會很小,火車倒不擔心這個問題。相對來說,汽車就太輕了,如果輪胎滾動不發生形變,牽引力會很小,原本10秒就可以加速到100公里/小時,現在可能需要1分鐘。

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這樣確實省油,但原本1個小時的行程,現在可能超過2小時,時間成本讓你入不敷出。

牽引力,耐磨性和經濟性,構成了輪胎性能的“魔幻三角”,三者你長我短,很難兼顧。

如何在保證前兩項的同時,儘可能降低滾阻呢?還是得從“形變”入手。

一是胎面和胎壁設計

通常胎紋越深,越容易在滾動中發生形變,前面已經提到,形變會損耗能量,同時抓地力也會越強,也因此,更注重抓地力而不是經濟性的越野胎胎紋會比公路胎更深,且有獨立的花紋塊,能夠扎進土層或者路面的凹坑,有效提升抓地力,但滾動阻力也相應增大。

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而低滾阻的公路胎不但胎紋較淺,通常也沒有獨立的花紋塊。

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對於橡膠這樣的粘彈體,只要與路面發生接觸就會產生非線性形變,並釋放熱能,這是產生抓地力和滾阻的根源,反過來看,只要減少輪胎與路面的接觸面積,就可以減少滾動阻力。所以注重經濟性的車型輪胎通常都比較窄小。

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同樣的道理,胎壁越硬,越不易變形,滾阻就越低。

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二是胎面材料

輪胎橡膠有一個“中間態”,在這個狀態下,它的附著力是最高的。而影響橡膠達到此狀態的因素,主要在於輪速和胎溫。大約在上世紀70年代,人們發現加入少量二氧化硅,可以升高橡膠中間態的溫度,也即在相同輪速下,橡膠更不容易發生形變了。這裡的二氧化硅就是橡膠的補強材料,隨後半個世紀,供應商開始引入各種補強材料,其中主要是二氧化硅。

這樣做還有一個很重要的好處,就是相同抓地力,輪胎可以做得更輕,在日常通勤的中低車速下,滾阻自然就低。

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不同輪胎在不同溫度下的性能表現

由此也能明白,抓地力取向的半熱熔胎是否管用,關鍵看你開得有多快,氣溫是否合適,如果車速不高,這種輪胎的抓地力提升不大,雨雪天氣甚至有害,因為抓地力會驟減。

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三是輕量化

簧下質量對車輛的操控和經濟影響很大。而簧下質量就包括了輪胎、剎車和懸掛的重量。減輕這部分質量,比減輕簧上質量更容易獲得收益。自然輪胎越輕,就越省油。上面也提到了,引入補強材料,可以相應降低輪胎重量。

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簧下質量更輕的車輪更早復位

對於車主來說,還有點很重要,就是胎壓,一定要按照標準值進行充放,過高會降低抓地力,過低則會增大滾阻,都是不可取的。

什麼是滾動阻力?輪胎如何跑得快還省油?為什麼要做低滾阻輪胎?

一套低滾阻的好輪胎,即便賣價更貴,但稍作計算,你會發現在使用壽命之內,它為你節省的開支,是能夠抵消差價的,甚至更省錢,全生命週期大概能節約8%的成本。不過萬事難兩全,這終究是在排放和性能之間做的一種折中處理,購買前要想明白這一點。


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