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為什么越好的車輪胎越寬越扁平?

發布日期:2017-07-08 20:19  來源:網絡  作者:阿燦   瀏覽次數:706



1. 什么是扁平比?
扁平比,又稱扁平率(flatness ratio),百度百科定義如下:

扁平比是輪胎的一項數據,指輪胎橫斷面高度占其橫斷面最大寬度的百分比,簡單地說就是輪胎的高寬比,如下圖所示。通俗來講,輪胎越高瘦,扁平率數值越大,輪胎越矮胖,扁平率數值越小。

2.低扁平的輪胎與高扁平的輪胎相比,有哪些優勢與不足。 (其實這些在其他的人的回答中已經可以找到一些答案,為了回答的完整性,在這里仍然作答)

低扁平的優勢:

a.提高胎側剛性,提高行駛的操縱穩定

b.提高輪胎高速性能,例如速度級別為V級的轎車輪胎扁平比至少為60系列以下系列。一般速度越高,扁平比系列越低。

c.減輕輪胎重量和降低輪胎滾動阻力系數,節省燃油,減少廢氣排放。

d..改善磨耗均勻性,從而提高輪胎使用壽命

低扁平的劣勢:

a. 緩沖性能下降,輪胎舒適性受到影響

b.輪胎斷面和行駛面增寬,導致接地面中心的水不易排出,所以濕滑性能有所下降

c.胎面膠昂貴,低扁平輪胎胎面用量較多,成本上升d.低扁平輪胎制作難度較大,不合格率較高,造成成本上升

 所以,低扁平的輪胎有很多優勢,操穩性能好,高速性能好,耐磨損,滾阻小。這么多優點,為什么不是所用的輪胎的扁平比都很低呢,原因在于,低扁平輪胎的舒適性下降,濕滑性能下降, 然而普通民用車卻不需要如此之高的操穩性能及高速性能,此外對于輪胎制造者,低扁平后的成本上升也需要考慮,權衡之后:并非所有車輛都用到扁平率很低的輪胎,例如30系列。

 而對于高性能的跑車,賽車來講,行駛速度快,對操縱性能更加依賴,舒適性就被放到第二位考慮,或者通過其他補償性措施來彌補舒適性的缺失,當然這會造成成本上升,售價變高。然而這些對于高性能跑車,賽車車主來講,并不算是問題。

總之:高性能的車偏愛低扁平輪胎

3.低扁平輪胎可以提高輪胎胎側剛性,提高行駛的操縱穩定性的原因

 忽略次要因素,我們建立一個輪胎模型,如圖2,等會兒我們會講到,討論操縱穩定性的時候,胎側都處于剪切狀態,或者一種單臂梁受載荷作用彎曲狀態。類似于風把小樹苗吹彎一樣,風就是那個力,小樹就是那個短棍。


 


汽車在行駛過程中,由于路面的側向傾斜,側向風或者曲線行駛時的離心力等的作用,車輪中心沿車軸方向產生一個側向力F。因為車輪是有彈性的,所以,在側向力F未達到車輪與地面間的最大摩擦力時,側向力F使輪胎產生變形,使車輪傾斜,導致車輪行駛方向偏離預定的行駛路線。這種現象,就稱為汽車輪胎的側偏現象。 巴拉巴拉一堆,沒有對這方面深入了解過的同學們怕是不大明白輪胎怎么就側偏了,注意到上面輪胎側偏是因為有側向力,而且這個時候輪胎沒有橫向滑移。舉個例子:李雷和韓梅梅并排走在路上,李雷擠著韓美美走,韓美美不好意思就得往旁邊走,每走一步,除了往前,還稍微偏了一點(遠離李雷的方向),越往前走越偏,然后韓美美就被擠到溝里去了。在這個過程中,韓美美并沒有被擠的滑出去。如果他們是并排溜冰,李雷還是擠韓美美,韓美美就滑出去了。前面那種沒有滑移的叫側偏現象,后面這種現象被稱為橫向滑移。

側偏的原因就是因為輪胎的側向彈性。如果胎側剛度大,則相同側向力下,側偏程度就小。

評價側偏程度有一個名詞,叫側偏剛度。側偏剛度不完全等于胎側剛度,但也沒必要深入追究,他們的變化趨勢是一樣的,所以可以近似的看成完全相同的。

前面說低扁平輪胎的胎側剛度更大,那么也就是說,低扁平輪胎的側傾剛度更大。


下面來講,低扁平輪胎提高胎側剛性,提高行駛的操縱穩定性。

 操縱穩定性的評價參數有很多,例如轉向盤角階躍輸入下的車輛穩態響應,橫擺角速度相應特性,轉向盤中間位置操縱穩定性,回正性,轉向半徑,轉向輕便性,直線行駛性能,典型行駛工況性能,極限行駛能力。但其中很多性能并非只是跟單一的胎側剛性有關系,并不是說所有的胎的胎側剛性變好,就能增加行駛的操縱穩定性。一個具有轉向不足特性的車輛,在不改變其他條件的情況下,只提高前胎的扁平率有可能降低車輛的操縱穩定性的。在不提其他條件,只提提高胎側剛性能提高行駛的操縱穩定性,只能體現在直線行駛性能上面,前輪的扁平率降低,導致胎側剛性升高,側偏剛度升高,車輛越不容易發生側偏現象(就像樹苗越粗,剛度越高,越不容易被吹彎)。在發生側偏時,路面會給輪胎一種抵抗側偏的力矩,叫做回正力矩(在這里不介紹回正力矩的產生原理,有興趣的可以自行查資料,或與我探討)。不予證明的給出結論,輪胎扁平率降低會造成回正力矩升高,抵抗輪胎側偏??傊?,低扁平輪胎在保持直線行駛方面可以提高行駛穩定性。當然,低扁平輪胎配合其他參數,在很多方面可以提高車輛操縱穩定性。

 操縱穩定性的終于講完了,感覺理解這一點是最難的,需要看很多資料,并真正理解側偏模型才能真正的理解,如果大家想了解車輛的綜合操縱穩定性,最好是能弄清楚轉向盤角階躍輸入下的車輛穩態響應這個
,并知道輪胎的側偏特性是怎么樣影響到車輛的操縱穩定性的。

 有意思的是,跑車采用后輪低扁平輪胎來增加操縱穩定性,而很多普通民用車則不采用這種設計,其實有一些民用車還采用了前輪低扁平的設計。大家可以去思考這些設計的精妙之處,如有需要,我們可以一起探討。


4.低扁平輪胎可以減輕輪胎重量和降低輪胎滾動阻力系數。( 我又不能給大家詳細講解了,但跟其他答案不同,我不會從因為A,所以Z這么大跨度的給大家一個模糊的答案,我希望給大家一個簡潔卻不缺少推理的嚴謹答案。大家在看到答案以后,如果想繼續探究那些細節的推導過程,我可以給你提供參考資料,必要的時候,我可以提供一些解答。當然我也是才疏學淺,答案中自然有紕漏,也不一定能回答所有提出的問題,雖不能,心向往之)。



關于減輕輪胎重量,我現在手頭上沒有足夠的實驗數據,在這里先不推導,認為其沒問題。

 滾動阻力產生的根本原因在于橡膠材料的遲滯效應。橡膠屬于粘彈性材料,粘彈性材料都會有一種遲滯現象(就是給材料一個力,材料并不會馬上反應,而是一會兒才反應出現變形。簡化的很厲害,大家姑且這么理解)。這樣一來就有能量損失了,體現在力上面就產生了滾動阻力。

在粘彈性材料的滾動阻力計算中,有一個公式(在這里不寫出來了),從公式中可以得到減少滾動阻力的辦法:

a. 減少輪胎變形

b. 改善輪胎用材料

c. 減少輪胎的體積或重量在材料不變的情況下,低扁平輪胎胎側剛度大變形小,而且重量減輕,所以可以降低滾動阻力系數。

5.低扁平輪胎可以提升高速性能

這個也比較好理解,低扁平輪胎的滾動阻力小,高速時產生的熱量少,所以可以適應更高的速度??紤]到輪胎駐波現象(駐波現象產生時,輪胎看似產生靜止的波,這時輪胎變形劇烈,迅速破壞),試驗表明,低扁平輪胎的駐波臨界速度更高,更適合高速行駛。
 

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