抓地/靜音/排水間求平衡 輪胎花紋講解

輪胎花紋設(shè)計(jì)之抓地/靜音

輪胎作為汽車最重要、最常規(guī)的零部件之一，我想大家應(yīng)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(hào)也是很多人飯后討論的熱門話題。大家關(guān)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(shè)計(jì)，重點(diǎn)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(gè)組成部分是胎面、胎體和橡膠配方。子午線輪胎發(fā)明以來，胴體結(jié)構(gòu)和發(fā)展方向已基本確定。目前乘用車使用的輪胎大部分基本結(jié)構(gòu)大致相同，詳細(xì)設(shè)計(jì)會(huì)有所不同。然而，就像橡膠配方一樣，這是每個(gè)輪胎制造商的內(nèi)部秘密。只有胎面花紋設(shè)計(jì)屬于“公開信息”，所以文中提到的所有內(nèi)容都只針對(duì)輪胎花紋設(shè)計(jì)，橡膠配方和胎體結(jié)構(gòu)不在本文范圍內(nèi)。

■胎面花紋有什么作用？

簡(jiǎn)單來說，胎面花紋最重要的三個(gè)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(dá)到所謂的“優(yōu)比”。因此，輪胎制造商在設(shè)計(jì)胎面花紋時(shí)，需要根據(jù)每個(gè)輪胎的不同產(chǎn)品定位，開發(fā)不同的胎面花紋。先說說上面提到的三點(diǎn)在輪胎上是如何體現(xiàn)的。至于橡膠配方和胎體結(jié)構(gòu)，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(shí)現(xiàn)。米其林輪胎亞太區(qū)產(chǎn)品經(jīng)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?yàn)槿绻跐窕访嫔闲旭?，由于光頭胎沒有排水系統(tǒng)，會(huì)使車輛難以控制而影響安全。所以我們?cè)谫愜嚨臅r(shí)候，經(jīng)常會(huì)看到下雨，汽車會(huì)陸續(xù)駛?cè)?a href="http://m.lmsht666.com/playcar/skills/qcby/" target="_blank" class="cmsLink">維修區(qū)更換雨胎。但是這對(duì)于我們?nèi)粘Ｓ密噥碚f是完全不現(xiàn)實(shí)的，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)胎面花紋的時(shí)候要找到一個(gè)平衡點(diǎn)。

大面積的橡膠塊設(shè)計(jì)有助于提升抓地力，這一點(diǎn)我們從不同輪胎的胎面設(shè)計(jì)就能明顯看出區(qū)別。一般來說，運(yùn)動(dòng)性更強(qiáng)的輪胎會(huì)使用大的橡膠塊來提高車輛的抓地力，而舒適性更強(qiáng)的輪胎則會(huì)出現(xiàn)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(qiáng)”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(shí)為了不影響抓地力和胎面剛性，在凹槽中間會(huì)增加“自鎖片”的設(shè)計(jì)。當(dāng)車輛直線行駛時(shí)，不影響噪音性能，而當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎或剎車時(shí)，凹槽內(nèi)的自鎖片可以在橡膠塊之間提供支撐，使原本獨(dú)立的橡膠塊能夠在一定程度上形成一個(gè)相對(duì)統(tǒng)一的整體，從而提高抓地力和剛性。

2.減少噪音

輪胎產(chǎn)生的噪音有兩種。第一種是胎面接觸地面時(shí)，輪胎溝槽會(huì)改變空氣流方向，橡膠塊撞擊地面產(chǎn)生的噪音統(tǒng)稱為花紋噪音。二是胎體結(jié)構(gòu)和橡膠配方引起的噪聲，稱為結(jié)構(gòu)噪聲。米其林工程師把它比作我們年輕時(shí)拍的球。當(dāng)不同材料的球撞擊地面時(shí)，它們會(huì)發(fā)出“砰砰”的聲音，但聲音是不同的。這是一個(gè)道理。至于結(jié)構(gòu)和橡膠配方如何降低噪音，這不是本文的內(nèi)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(diǎn)。按照米其林輪胎工程師的話來說，胎面花紋設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)方面，采用不同尺寸的橡膠塊來平衡甚至抵消彼此產(chǎn)生的噪音，從而達(dá)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(shí)具有不同的波長和頻率，所以他們?cè)O(shè)計(jì)并計(jì)算了可以相互抵消和平息噪音的頻段和頻率，以便車內(nèi)的駕駛員和乘客可以更安靜地聆聽。同時(shí)，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(shù)量，以減少對(duì)輪胎抓地力和剛性的影響。當(dāng)然，米其林工程師也多次強(qiáng)調(diào)，上面提到的抓地力和靜音的設(shè)計(jì)工作只是針對(duì)胎面花紋設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@是一個(gè)整體工程，輪胎橡膠的配方在靜音和抓地力方面更為重要。

輪胎花紋設(shè)計(jì)之排水性

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(shè)計(jì)更多的花紋溝，但花紋溝越多必然會(huì)降低輪胎的有效接觸面積，同時(shí)也會(huì)影響胎面的剛性。

最新的解決方案是采用圓形胎肩設(shè)計(jì)，有別于傳統(tǒng)類似直角的胎肩設(shè)計(jì)。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(dāng)然，從物理角度來看，這樣的設(shè)計(jì)肯定會(huì)減少胎面的接觸面積，但失去的抓地力會(huì)通過改進(jìn)橡膠配方來彌補(bǔ)。

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《米其林輪胎胎面圓弧設(shè)計(jì)三維動(dòng)畫展示》

對(duì)于運(yùn)動(dòng)輪胎來說，除了采用新的設(shè)計(jì)，在不增加排水槽數(shù)量的情況下，槽會(huì)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(fā)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(gè)新輪胎的實(shí)質(zhì)性開發(fā)周期在2-2.5年左右，部分高性能輪胎的開發(fā)周期可能更長。但在一個(gè)產(chǎn)品正式開發(fā)前5-6年，輪胎廠商會(huì)對(duì)未來的橡膠技術(shù)和市場(chǎng)需求進(jìn)行深入研究，并將其融入到新產(chǎn)品的開發(fā)中。

從輪胎廠家的角度來看，一般一個(gè)胎面輪胎的壽命周期應(yīng)該在5-6年左右，然后就會(huì)被新產(chǎn)品所替代，這是產(chǎn)品升級(jí)和市場(chǎng)運(yùn)作的方法。至于為什么我們會(huì)在很多新車型上看到一些已經(jīng)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(jìn)行測(cè)試，廠家認(rèn)證的配套輪胎，包括車型、規(guī)格、生產(chǎn)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(shí)間內(nèi)推出市場(chǎng)知名度高的產(chǎn)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(shí)會(huì)更長，從7-8年甚至10年不等。

2.只換兩個(gè)輪胎，換新輪胎之前還是之后？

關(guān)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(shí)如果舊后輪失去抓地力，車輛會(huì)轉(zhuǎn)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(huì)轉(zhuǎn)向不足。對(duì)于大多數(shù)普通駕駛員，尤其是新手，轉(zhuǎn)向不足更容易控制。

米其林工程師認(rèn)為，對(duì)于大多數(shù)普通駕駛員來說，轉(zhuǎn)向不足比轉(zhuǎn)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(dāng)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(nèi)的行業(yè)對(duì)這個(gè)問題有不同的建議。如果你對(duì)這個(gè)問題有自己的看法，可以在文章評(píng)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(huì)老化，但根據(jù)使用和保存方法的不同，會(huì)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(gè)水平凸起，這就是輪胎磨損警告線。警示線磨損時(shí)，胎面厚度只有1.6毫米左右，是時(shí)候更換輪胎了。

除了觀察磨損情況，輪胎還有一個(gè)及時(shí)的保質(zhì)期。米其林的官方建議是，新輪胎需要在輪胎生產(chǎn)之日起10年內(nèi)更換，對(duì)于超過5年的輪胎，建議車主每年至少檢查一次。

編輯評(píng)論:

胎面花紋的發(fā)展重點(diǎn)可以簡(jiǎn)單概括為“抓地、消音、排水”，但如何在三者之間找到平衡，開發(fā)出適合市場(chǎng)需求的產(chǎn)品，是一個(gè)永恒的話題。而且，要實(shí)現(xiàn)以上三點(diǎn)，光靠胎面花紋設(shè)計(jì)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還涉及胎體結(jié)構(gòu)、橡膠配方等一系列相關(guān)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(gè)人的用車需求不一樣，尤其是輪胎。相反，我希望每個(gè)人都對(duì)輪胎的設(shè)計(jì)有一個(gè)基本的了解，尤其是胎面花紋。當(dāng)然，如果你有關(guān)于輪胎的問題，或者想知道，也可以點(diǎn)擊我的編輯博客留言，我愿意盡我所能為你解答。