抓地/靜音/排水間求平衡 輪胎花紋講解

輪胎作為汽車最重要、最常規的零部件之一，我想大家應該都很熟悉。在汽車愛好者中，他們車上配備的輪胎品牌和型號也是很多人飯后討論的熱門話題。大家關心的無非就是抓地力、靜音性、排水性、耐用性等等。今天我們就來和米其林工程師聊聊輪胎胎面設計，重點是如何在抓地力、靜謐性和排水性之間找到平衡。

輪胎最重要的三個組成部分是胎面、胎體和橡膠配方。子午線輪胎發明以來，胴體結構和發展方向已基本確定。目前乘用車使用的輪胎大部分基本結構大致相同，詳細設計會有所不同。然而，就像橡膠配方一樣，這是每個輪胎制造商的內部秘密。只有胎面花紋設計屬于“公開信息”，所以文中提到的所有內容都只針對輪胎花紋設計，橡膠配方和胎體結構不在本文范圍內。

■胎面花紋有什么作用？

簡單來說，胎面花紋最重要的三個功能是:1。提高抓地力；2.降低噪音；3.增加排水。但三者是相互制約甚至沖突的，不可能達到所謂的“優比”。因此，輪胎制造商在設計胎面花紋時，需要根據每個輪胎的不同產品定位，開發不同的胎面花紋。先說說上面提到的三點在輪胎上是如何體現的。至于橡膠配方和胎體結構，本文暫不討論。

1、提高抓地力

輪胎抓地力主要通過胎面與地面的接觸來實現。米其林輪胎亞太區產品經理表示，從理論上講，光頭胎的抓地力是最高的，但這一概念僅限于旱地，因為如果在濕滑路面上行駛，由于光頭胎沒有排水系統，會使車輛難以控制而影響安全。所以我們在賽車的時候，經常會看到下雨，汽車會陸續駛入維修區更換雨胎。但是這對于我們日常用車來說是完全不現實的，所以我們在設計胎面花紋的時候要找到一個平衡點。

大面積的橡膠塊設計有助于提升抓地力，這一點我們從不同輪胎的胎面設計就能明顯看出區別。一般來說，運動性更強的輪胎會使用大的橡膠塊來提高車輛的抓地力，而舒適性更強的輪胎則會出現花紋破碎和橡膠塊變小的情況。

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“米其林輪胎胎面倒角視頻的3D演示”

大膠塊不僅能提高抓地力，還能“增強”輪胎的行駛噪音。解決辦法是在大面積的橡膠塊上“開槽”以降低噪音，同時為了不影響抓地力和胎面剛性，在凹槽中間會增加“自鎖片”的設計。當車輛直線行駛時，不影響噪音性能，而當車輛轉彎或剎車時，凹槽內的自鎖片可以在橡膠塊之間提供支撐，使原本獨立的橡膠塊能夠在一定程度上形成一個相對統一的整體，從而提高抓地力和剛性。

2.減少噪音

輪胎產生的噪音有兩種。第一種是胎面接觸地面時，輪胎溝槽會改變空氣流方向，橡膠塊撞擊地面產生的噪音統稱為花紋噪音。二是胎體結構和橡膠配方引起的噪聲，稱為結構噪聲。米其林工程師把它比作我們年輕時拍的球。當不同材料的球撞擊地面時，它們會發出“砰砰”的聲音，但聲音是不同的。這是一個道理。至于結構和橡膠配方如何降低噪音，這不是本文的內容，也是廠家的秘密。先說說模式建模是怎么解決的。

如前所述，橡膠塊面積越大，噪音越大，抓地力越好。橡膠塊越小，噪音越小，但抓地力越差，這需要找到平衡點。按照米其林輪胎工程師的話來說，胎面花紋設計就是在抓地力、靜音性和排水性之間找到平衡，尋求突破的過程。

在胎面花紋設計方面，采用不同尺寸的橡膠塊來平衡甚至抵消彼此產生的噪音，從而達到靜音的目的。工程師的解釋是，由于不同尺寸的橡膠塊在落地時具有不同的波長和頻率，所以他們設計并計算了可以相互抵消和平息噪音的頻段和頻率，以便車內的駕駛員和乘客可以更安靜地聆聽。同時，這樣做的好處在于盡可能保證橡膠塊的尺寸，減少凹槽的數量，以減少對輪胎抓地力和剛性的影響。當然，米其林工程師也多次強調，上面提到的抓地力和靜音的設計工作只是針對胎面花紋設計，因為這是一個整體工程，輪胎橡膠的配方在靜音和抓地力方面更為重要。

3.排水

輪胎的排水和抓地力也是相互制約甚至矛盾的。為了獲得更好的排水性，胎面需要設計更多的花紋溝，但花紋溝越多必然會降低輪胎的有效接觸面積，同時也會影響胎面的剛性。

最新的解決方案是采用圓形胎肩設計，有別于傳統類似直角的胎肩設計。圓形胎肩可以使輪胎下的積水更快地被甩出，從而提高輪胎在濕滑路面上的抓地力。當然，從物理角度來看，這樣的設計肯定會減少胎面的接觸面積，但失去的抓地力會通過改進橡膠配方來彌補。

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《米其林輪胎胎面圓弧設計三維動畫展示》

對于運動輪胎來說，除了采用新的設計，在不增加排水槽數量的情況下，槽會比舒適輪胎更寬更深，這也是提升整體排水性能的重要手段。

■與工程師討論常見的輪胎問題。

1.新輪胎的開發周期有多長？為什么在一些新車型上看到舊花紋的輪胎？

一般一個新輪胎的實質性開發周期在2-2.5年左右，部分高性能輪胎的開發周期可能更長。但在一個產品正式開發前5-6年，輪胎廠商會對未來的橡膠技術和市場需求進行深入研究，并將其融入到新產品的開發中。

從輪胎廠家的角度來看，一般一個胎面輪胎的壽命周期應該在5-6年左右，然后就會被新產品所替代，這是產品升級和市場運作的方法。至于為什么我們會在很多新車型上看到一些已經推出很久的舊花紋輪胎，主要原因是它們一般都是作為配套輪胎使用的，需要在新車上市前兩年和新車一起提供給整車廠家進行測試，廠家認證的配套輪胎，包括車型、規格、生產工廠，都不能隨意更換。而且，整車廠商往往喜歡選擇在一段時間內推出市場知名度高的產品，車輛的更換周期要比輪胎長得多，所以在新車型上看到舊花紋的輪胎是很正常的。配套輪胎的壽命周期確實會更長，從7-8年甚至10年不等。

2.只換兩個輪胎，換新輪胎之前還是之后？

關于新輪胎是放在前還是放在后的問題，各方聲音不一。米其林的工程師說:建議您在后輪上使用新輪胎。原因是新輪胎的抓地力肯定比舊輪胎好。在濕滑路面或極端情況下，如果新輪胎放在前輪上，此時如果舊后輪失去抓地力，車輛會轉向過度，而如果新輪胎放在后輪上，一旦前輪失去抓地力，就會轉向不足。對于大多數普通駕駛員，尤其是新手，轉向不足更容易控制。

米其林工程師認為，對于大多數普通駕駛員來說，轉向不足比轉向過度更容易被感知和控制，更有利于行車安全。所以建議把后輪換上新輪胎。當然，這只是米其林的看法。包括輪胎制造商、汽車教練和車輛制造商在內的行業對這個問題有不同的建議。如果你對這個問題有自己的看法，可以在文章評論中積極討論。

3.輪胎的使用壽命有多長，有沒有年限限制？

輪胎作為橡膠制品，必然會老化，但根據使用和保存方法的不同，會有很大的差異。首先，看看胎面的磨損情況。輪胎的凹槽處有一個水平凸起，這就是輪胎磨損警告線。警示線磨損時，胎面厚度只有1.6毫米左右，是時候更換輪胎了。

除了觀察磨損情況，輪胎還有一個及時的保質期。米其林的官方建議是，新輪胎需要在輪胎生產之日起10年內更換，對于超過5年的輪胎，建議車主每年至少檢查一次。

編輯評論:

胎面花紋的發展重點可以簡單概括為“抓地、消音、排水”，但如何在三者之間找到平衡，開發出適合市場需求的產品，是一個永恒的話題。而且，要實現以上三點，光靠胎面花紋設計還遠遠不夠，還涉及胎體結構、橡膠配方等一系列相關問題。寫這篇文章的目的不是介紹某一類型的輪胎或者如何購買輪胎。畢竟每個人的用車需求不一樣，尤其是輪胎。相反，我希望每個人都對輪胎的設計有一個基本的了解，尤其是胎面花紋。當然，如果你有關于輪胎的問題，或者想知道，也可以點擊我的編輯博客留言，我愿意盡我所能為你解答。