汽車行駛安全的保證 現代輪胎的設計要素

　　汽車輪胎既起到承載全車重量的作用，也起到避震和緩沖的作用。它也是全車最重要的部件，對汽車的駛性、通過性、環保性、舒適性和安全性有直接影響。尤其在安全性方面，一旦行駛中輪胎出現故障，輕則汽車停駛，重則發生事故。因此，對輪胎的認識很重要。 　　目前的汽車輪胎從表面形狀到整體形狀都有不同，也對應不同的作用。因此，輪胎設計有四大要素，即花紋（表面形狀）、輪廓（整體形狀）、結構和材料。其中花紋設計是最復雜，最難處理的，要考慮的因素很多。 　　輪胎表面形狀指輪胎胎紋，它決定了輪胎的使用特性，輪胎的抓地力、排水性和噪聲。從輪胎表面花紋膠塊的形狀設計，就可以看出它是偏問哪一種作用。是偏向抓地力還是排水性，是否有助于抑制噪聲。如果胎面花紋的膠塊都是大塊的，那么這種輪胎偏重于抓地力；如果膠塊是多且較小并有較多的溝槽，可能偏重于排水；如果在中線兩側膠塊花紋適當錯位，有助于降低噪聲。從胎面花紋膠塊的形狀也可以分析出它的抓地性能。如果膠塊的邊緣做得很尖銳，當輪胎在路面上滾動時每個膠塊就象刀子一樣切人路面，摩擦力會比邊緣圓滑的膠塊大很多。 　　胎面花紋對排水性能的影響 　　由于高速汽車和低扁平率輪胎的廣泛使用，輪胎的排水性能受到人們的普遍重視。排水不但涉及到汽車直線行駛問題，也涉及到汽車轉向行駛問題，排水欠佳的輪胎會使汽車失去控制能力，從而對行車安全構成嚴重威脅。輪胎的排水性能全靠胎面花紋，有些輪胎在胎面中央設置寬大的排水溝，輪胎與路面之間形成較大的排水空間，使輪胎能將集中到中間的水大量拋向后面。有些輪胎在胎面設計了彎曲的弧形側溝，利用輪胎的彈性將水擠壓往側邊。 　　輪胎花紋對噪聲的影響 　　由于輪胎滾動，在接觸地面部分的胎面被擠壓，花紋溝部容積縮小，溝內空氣被擠出，當胎面離開地面時溝部容積恢復空氣又跑進去，這樣空氣流出流進，就好象泵氣一樣，所產生的噪聲也稱為泵氣噪聲。另外胎面花紋接觸地面時也會產生連續打擊路面的振動噪聲。根據試驗，表面光滑的輪胎發出的噪聲最小，因為上述產生噪聲因素的作用最低。換句話說，只要胎面有花紋就會有一定程度的噪聲，只是噪聲程度的大小差別而巳。 　　胎面花紋對輪胎影響是多方面的，有時甚至是互相影響，彼此矛盾。因此從設計的角度來說，對于一些設計參數不可能做到面面俱到，追求最優，只能根據輪胎的用途突出重點，優化選擇。例如要追求較大的抓地性能，很可能噪聲程度也較大。因為摩擦越大振動越大，振動越大噪聲也越大，所以抓地力較大的輪胎，一般噪聲也會大一些。 　　現代輪胎的結構 　　輪胎的輪廓是由扁平率決定的，扁平率就是高寬比，即輪胎胎壁（橫截面高度）高度占胎寬（橫截面寬度）的百分比，現代轎車的輪胎高寬比多是50%至70%之間，這個百分比數值又稱為系列，例如70%稱為70系列。系列越小，輪胎形狀越扁平。從汽車的發展歷史來看，20世紀初的汽車輪胎橫截面幾乎是園形，胎壁與胎寬一樣，因此扁平率為1。一直到二次大戰后才出現了扁平率1以下的輪胎，有了稍微扁平的輪胎；60年代初美國出現了扁平率0.8的輪胎，60年末則出現了扁平率0.7的輪胎。 　　現在興起的低扁平化輪胎與地面接觸面大，抓地力強，除了具有操縱穩定性好外，還具有高速耐久力好和制動力好的優點，因為扁平輪胎不容易產生“駐波”。“駐波”是一種導致輪胎變形的物理現象，“駐波”越多輪胎變形越大。 　　扁平輪胎具有較強的制動能力，這是因為低扁平化輪胎通常需要大直徑的輪圈來配合，較大的輪圈可以容納更大尺寸的制動盤（鼓），制動盤（鼓）直徑越大，制動力就越大。但同時低扁平化輪胎內的空氣層厚度小，緩沖和減震相對減弱，導致舒適性較差，因此需要相應的懸掛結構來配合。 　　現在的轎車普遍用子午線真空輪胎（無內胎輪胎），商用汽車也普遍使用子午線輪胎，斜交胎一般只用于摩托車和工程車上。無內胎輪胎的要求是防漏氣，它采用一個硫化、氣密的內襯來取代內胎，輪胎的胎圈能夠牢固貼合在輪圈上，對輪圈的要求是整體式，密封不漏氣。 　　輪胎的材料 　　現在輪胎材料的主要成份是天然橡膠或者合成橡膠，天然橡膠的綜合性能優越過合成橡膠，所以高級輪胎多用天然橡膠。為了使橡膠具有制造輪胎所要求的性能，必須要在橡膠中滲入各不同的化學材料，即化學添加劑。其中添加的一種很重要的添加劑叫碳黑，因為碳具有特別的吸附性，碳粒子與橡膠分子的粘結非常好，使得橡膠增強了硬度，強度和耐磨性。由于碳黑與橡膠基本等量，所從汽車輪胎主要材料實際上是一種橡膠和碳黑的復合材料。