“輪胎抓地力”體驗極限駕駛的樂趣

www.guilinhy.com 來源：互聯網作者：俠名類別：汽車改裝技術時間：2014-01-15

　　極限駕駛的樂趣很大程度上來自絕佳的操控表現，而車輛抓地性的改善是提高操控性的基本方向。增加抓地性目的無非是為了提高過彎的速度(Conering Speed)、減少剎車距離、減少加速時的打滑現象。車子和路面接觸的地方唯有輪胎，所有的性能都是經由輪胎來發揮和達成，為了提高操控性能和駕駛樂趣，我們針對底盤懸掛系統所作的種種改良和設定，無非是要增加輪胎的接地面積(Tire Contact Patch)，提高車子的抓地表現。

　　增加輪胎的抓地性有幾種方法：

　　一、增加輪胎和地面的摩擦力要增加輪胎和地面的摩擦力有兩種方法可達成這個目的。第一是增加路面的摩擦系的，所謂“摩擦系數”是路面所能提供對輪胎的抓附能力，摩擦系數越大抓附力越大。柏油路面、水泥路面、砂石路面各有不同的摩擦系數。所能提供對輪胎抓附力也各有不同。其次是增加輪胎本身的摩擦系數，這可由選擇較軟的輪胎來達成。較軟的輪胎可提供較強的抓地力，但是相對的磨損也較快。這里所謂“軟的輪胎”指的是輪胎胎面的橡膠材質較軟，如果和高扁平比輪胎和胎壓不足所造成行路性較軟、較舒適聯想在一起那就大錯特錯!

　　二、增加輪胎接地面積要增加輪胎和路面接觸的面積，最簡單的方法就是換上較寬的輪胎，再來就是選用胎紋較少的輪胎，如此可增加輪胎與地面實際的接觸面積，但是卻也會影響在濕滑路面抓地表現。最后也是最重要的就是在既定的接地面積下，經由正確的輪胎胎壓及懸吊的精確調校把輪胎的潛力完全發揮。輪胎的接地面積即使是行駛在平坦的直路都會小于靜止時，行經不平路面或是過彎時更會因為上下的跳動或是側向的受力，而造成接地面積的大幅減少，甚至懸空。懸吊的改良最終的目的就是隨時把輪胎盡可能的保持與地面接觸，尤其是在過彎或是行經不平路面時。

　　三、增加輪胎的垂直荷重輪胎的垂直荷重是車輛本身施予輪胎的重量加上空氣動力學效應所產生的下壓力的總和。輪胎的橡皮會因為垂直荷重的增加而與地面更緊密的接觸，輪胎的抓地性能也得以更充分的發揮。有別于大家所認知的，增加輪胎的垂直荷重并不會增加輪胎的接地面積，至少在現代的高性能胎和賽車用輪胎幾乎都是如此，增加垂直荷重所提高的是輪胎接地面積內，每一單位面積內橡膠分子和地面的附著力。在接地面積不變的情況下，輪胎抓地性的增加是由于對橡膠分子所施的壓力增加。我們可以做個小實驗：在一個光滑平面上移動橡皮擦，在橡皮擦上方沒有施加壓力的情況下我們可以很輕易的自由移動橡皮擦，當我們壓著橡皮擦時，要移動它就變得比較不容易，壓的力量越大橡皮所產生的附著力就越強，也就是抓地性越好。輪胎的垂直荷重似乎可由增加車重來達成，雖然這可增加輪胎的抓地性，但是由于輪胎承受來自車重的負荷也增加，所以過彎速度、剎車距離、加速表現都不會有所改善。事實上整體的性能表現反而會因為車重的增加而變壞。要在不破壞整體性能表現的情況下提高輪胎的垂直荷重，唯一的途徑就是經由車身空氣動學的設計來達成。

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　　空氣動力學所的下壓力(Aerodynamic Downforce)

　　空氣動力學對車身所產生的下壓力(Downforce)也會增加輪胎接地面積的垂直負荷。對一般的道路用車來說并不需要很在意空氣動力學所產生的下壓力，但是對于任何比賽車種而言這卻是必須去仔細考慮的問題。空力下壓力的好處是只會增加輪胎接地面積的垂直負荷卻不會增加車重。由于車重不變輪胎不用負擔額外的慣性和離心力，加上輪胎抓地性的提高，所以過彎速度得以提高。同時剎車和加速時的抓地性也會獲得提升。這也是為什么這二十幾年來賽車工程師對于尾翼、車身空力組件和地面效應持續不斷的進行研究、發展與改進。空力效應包含了車身下壓力、車身揚升力和行進阻力，這三個力量是伴隨發生的，而且所產生的力量是和車速成平方正比，也就是速度提高為2倍時空力效應會增為4倍。這也說明了為什么空力效應只有在高速時才會變得明顯。對一部針對比賽而生產的廠車來說，改善操控性的重要關鍵除了底盤懸吊的改良調校以外，其次就是就是空力特性的改良。要改良車身的空力特性，最重要的就是要減少高速流動的空氣對車身產生的揚升力，因為揚力會減少輪胎的垂直荷重，破壞抓地性。目前的ITC、BTCC、JTCC等房車賽參賽車種車尾都有擾流尾翼的設計，最主要的的作用就是在減少車身的揚力并產生些許的下壓力。此外前擾流和車側裙角也可減少進入車底的氣流，減少車底氣流對車尾產生的揚力。由于產生下壓力和改變氣流的同時都會伴隨產生行車阻力，所以改善車身空力特性的另一個重要課題就是要在伴隨發生的壓力、揚力、阻力三種力量間取的協調、均衡與折沖。

　　胎壓對抓地性的影響

　　胎壓對抓地性的影響可能遠超乎你的想像，胎壓并不會直接影響橡膠分子和地面的附著力，但卻會影響輪胎接地面內有多少橡膠分子實際與地面接觸。對一部有既定輪胎、車重的車來說正確的胎壓只有一種。事實上這個正確的胎壓是被局限在一個很小的范圍，大概只有±1.5psi。假如胎壓超出這個范圍，輪胎的接地面會變形，以致無法完全緊貼路面。也就是說輪胎接地面內的實際接地的橡膠分子數目會比較少。如果胎壓太高，會造成輪胎邊緣兩側無法完全貼地，接地面積自然跟著變小，接地面較小的情況下卻有同樣的負荷，當然性能表現要打折扣。假如胎壓不足，表面上看來輪胎接地面積似乎并沒有減少，甚至有人認為是增加了，實際上雖然輪胎兩側依然緊密的貼地，但由于胎壓的不足使得胎面中間的橡膠分子無法緊貼路面，造成的結果就和胎壓過高一樣。這也可說明有人的輪胎使用了一段時間以后，出現中間或兩側磨損比較嚴重的情況，就是長期胎壓過高或不足所造成的。

　　扁平比對抓地性的影響

　　輪胎的扁平比就是胎壁高度與輪胎寬度的比例。扁平比對抓地性的直接影響并不大，但是對輪胎的滑移角(Slip Angle)有影響，扁平比較低的輪胎在相同的負荷情況下會有較小的滑移角，在輪胎寬度不改變的情況下，只改變前兩輪或后兩輪的扁平比，會因為前后輪滑移角的不同使操控的平衡產生變化。

　　輪圈尺寸和輪胎的抓地性

　　輪圈的直徑大小和輪胎的抓地性并無直接的關系，但是如果配合輪胎扁平比的降低而加大輪圈的直徑卻可增加輪胎的接地面積，同時也影響了行路舒適性和輪胎的轉向反應。對一條輪胎來說，太寬的輪圈會讓胎唇無法與輪圈緊密的結合，同理用了太窄的輪圈也會有同樣的結果。輪胎制造商都會為每一條胎設定一個所適用輪圈寬度的范圍，超出了這個范圍將會對行車安全造成莫大的威脅。輪圈的寬度會對輪胎接地面的輪廓會有直接的影響，如果輪圈太窄，輪胎就會變得“鼓鼓的”，會減少輪胎邊緣的貼地性。反之如果輪圈太寬，則輪胎中間部份的貼地性就會減低。從實際的測試結果告訴我們，采用輪胎公司所建議寬度上限的輪圈，可讓輪胎的性能充分的發揮。假如你是因為預算、比賽規則或是其他原因的限制限制了輪圈的寬度，那么我們建議你使用這個輪圈寬度所能使用的最小尺寸的輪胎，如此所獲得的實際輪胎接地面積會是最大。不但可增加過彎速度、減少輪胎的磨損，更可容許采用對整體性能表現更佳的懸吊設定。雖然有很多市售胎由于采用較硬的胎壁設計，所以喪失了對于不適用輪圈的敏感度，但是對于高性能的輪胎來說，對輪圈寬度的敏感性依然存在。

　　輪胎的材質和抓地性

　　輪胎所使用的橡膠材質對輪胎的抓地性有著決定性的影響。膠質軟的摩擦系數就高，橡膠分子也對地面有更佳的附著力，整體的抓地性將會提升。但這只有在輪胎還沒有過熱時才成立，因為不同的輪胎都有不同的工作溫度范圍，和最佳的工作溫度。軟質的輪胎雖有較佳的抓地性但是磨損也比較快，因此在賽車場上輪胎材質的選用真可說是一門藝術，不但要考慮抓地力還要考慮輪胎的過熱臨界點，更要考慮磨損。對越野賽來說，在泥沙路面使用越軟的材質通常可得到最快的速度，但是在柏油、水泥這種硬質路面來說，磨損又是個令人頭痛的問題。材質的選擇必須考慮輪胎的荷重、工作溫度以及磨損。對一般道路用胎來說，通常會選用較硬的材質是必須的，一方面是為了高速公路上的需要一方面是為了輪胎壽命的考量。

　　輪胎與行路性的關系

　　輪胎對行路性有著重要的影響。他和彈簧的任務有許多相同之處，輪胎扮演著吸收小振動的角色。太高的胎壓或是較硬的胎壁設計都會使行路舒適性變得粗糙。要改善低扁平比輪胎舒適性不佳的唯一方法就是降低胎壓，在一般街道和路面較差的道路將胎壓降到適當胎壓的下限，要上高速公路時再把胎壓提高，雖然效果有限但也是沒有辦法中的辦法。