什么是滚动阻力?轮胎如何跑得快还省油?为什么要做低滚阻轮胎?

什么是滚动阻力?轮胎如何跑得快还省油?为什么要做低滚阻轮胎?

首页休闲益智滚动的轮胎更新时间:2024-05-11

没有轮胎,汽车就开不了。没有摩擦,轮胎也走不了。

摩擦能推动车辆前进,同时也会阻碍轮胎转动。

不过,推动和阻碍轮胎前进的摩擦是不同的。

前者称之为附着力,它还有很多别称,比如牵引力,抓地力,它主要来自胎面橡胶与路面团粒之间的分子结合力,所以当路面团粒被雨雪覆盖,阻碍了它们与胎面的接触,轮胎抓地力就会显著降低;

可以看到120kph时,胎面完全被水膜包裹住

后者称为滚动阻力,它是一种综合效应,比如轮胎接地面会发生形变,形变的过程中内部分子和团粒之间会产生摩擦,能量就耗散了,这是铺装路面上轮胎主要的能量损耗,此外轮胎与路面之间还会发生不易察觉的滑动摩擦,内部构件之间还会发生摩擦,这都会损耗能量。

总之,阻碍轮胎转动的摩擦统称为滚动阻力,只有克服了它,轮胎才能够匀速转动,这自然会耗油。

对于小车来说,这部分油耗总体并不多,大约是4-7%,但如果在市区,滚动阻力导致的油耗则占了大头,有人以高尔夫做过测算,结果是市区油耗有4成用于抵抗滚阻。

每减少10%的滚阻,能节省1-2%的燃油。欧美要求到2030年,汽车碳排放要比现在减少超过一半左右,中国也一直紧跟欧美标准在做,在日益严苛的排放标准面前,车企们不得不“辎重必较”。

不过,让轮胎完全没有滚阻,其实等于没有了摩擦,轮胎也无法转动。

换一种思路,阻止轮胎形变呢?因为轮胎形变的能量损耗占了绝大部分,没有了形变,可以降低7成左右的损耗。这是能做到的,我们已经这样做了一百年。

火车就是如此,让钢轮踩在钢轨上,几乎没有形变,但后果是,轮胎的摩擦系数也会很小,火车倒不担心这个问题。相对来说,汽车就太轻了,如果轮胎滚动不发生形变,牵引力会很小,原本10秒就可以加速到100公里/小时,现在可能需要1分钟。

这样确实省油,但原本1个小时的行程,现在可能超过2小时,时间成本让你入不敷出。

牵引力,耐磨性和经济性,构成了轮胎性能的“魔幻三角”,三者你长我短,很难兼顾。

如何在保证前两项的同时,尽可能降低滚阻呢?还是得从“形变”入手。

一是胎面和胎壁设计

通常胎纹越深,越容易在滚动中发生形变,前面已经提到,形变会损耗能量,同时抓地力也会越强,也因此,更注重抓地力而不是经济性的越野胎胎纹会比公路胎更深,且有独立的花纹块,能够扎进土层或者路面的凹坑,有效提升抓地力,但滚动阻力也相应增大。

而低滚阻的公路胎不但胎纹较浅,通常也没有独立的花纹块。

对于橡胶这样的粘弹体,只要与路面发生接触就会产生非线性形变,并释放热能,这是产生抓地力和滚阻的根源,反过来看,只要减少轮胎与路面的接触面积,就可以减少滚动阻力。所以注重经济性的车型轮胎通常都比较窄小。

同样的道理,胎壁越硬,越不易变形,滚阻就越低。

二是胎面材料

轮胎橡胶有一个“中间态”,在这个状态下,它的附着力是最高的。而影响橡胶达到此状态的因素,主要在于轮速和胎温。大约在上世纪70年代,人们发现加入少量二氧化硅,可以升高橡胶中间态的温度,也即在相同轮速下,橡胶更不容易发生形变了。这里的二氧化硅就是橡胶的补强材料,随后半个世纪,供应商开始引入各种补强材料,其中主要是二氧化硅。

这样做还有一个很重要的好处,就是相同抓地力,轮胎可以做得更轻,在日常通勤的中低车速下,滚阻自然就低。

不同轮胎在不同温度下的性能表现

由此也能明白,抓地力取向的半热熔胎是否管用,关键看你开得有多快,气温是否合适,如果车速不高,这种轮胎的抓地力提升不大,雨雪天气甚至有害,因为抓地力会骤减。

三是轻量化

簧下质量对车辆的操控和经济影响很大。而簧下质量就包括了轮胎、刹车和悬挂的重量。减轻这部分质量,比减轻簧上质量更容易获得收益。自然轮胎越轻,就越省油。上面也提到了,引入补强材料,可以相应降低轮胎重量。

簧下质量更轻的车轮更早复位

对于车主来说,还有点很重要,就是胎压,一定要按照标准值进行充放,过高会降低抓地力,过低则会增大滚阻,都是不可取的。

一套低滚阻的好轮胎,即便卖价更贵,但稍作计算,你会发现在使用寿命之内,它为你节省的开支,是能够抵消差价的,甚至更省钱,全生命周期大概能节约8%的成本。不过万事难两全,这终究是在排放和性能之间做的一种折中处理,购买前要想明白这一点。

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