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  • 1 # 使用者9718372596229

    F1的幹胎沒有紋路是再正常不過了

    在良好路面上,自然是更大的接觸面積更來越大的抓地能力,如果總是在良好的乾燥路面上行駛,家用車輛所用輪胎也可以使用光面胎,但事實上乘用車胎要適應各種天氣和路口,尤其是要應對有積水的路面,所以需要胎面花紋。

    事實上,F1所用的輪胎裡面還是有花紋的,FIA曾經一度要求輪胎上面刻幾條溝來限制其抓地力,而且現在的雨胎也是有紋路的。

    那就講一下為什麼積水路面需要有花紋的輪胎?根本的原因在於水的存在,使得輪胎產生抓地力的機理髮生了改變。

    參考輪胎與路面摩擦力產生機理 謝中用:為什麼賽車輪胎都很寬?

    如果橡膠與路面之間的接觸面不是完全乾燥的,那麼分子粘附作用就會大打折扣,甚至會不再起作用。如圖1,如果路面有積水,那麼齒輪齧合作用也會因為水的深度大於路面上的微小凸起而減小了作用效果。水膜越高,車速越快,最大抓地力減小的就越明顯。所以要在雨天保持抓地力則要把輪胎與路面之間的水膜刺破,保持接觸面的相對乾燥。

    車輛行駛時,輪胎將水向前擠壓,造成大量積水,且擠壓作用使得這一區域壓力增大(水深一般大於0.5mm),該壓力被稱為流體動力壓力。如果這個壓力大於輪胎氣壓,輪胎就會飄在水面上,形成“水滑現象”。光面胎(無花紋輪胎)如果充氣壓力為0.2MPa,當其速度達到70km/h的時候,積水壓力就等於充氣壓力,產生水滑現象。

    無花紋輪胎在接地區域的流體動壓力可以用伯努利方程表示:

    發生水滑時流體壓力與氣壓相等,則可以得到水滑時的速度:

    可見使用光面輪胎的車輛在路面有積水的情況下行駛時,極限速度只有70km/h左右。(當然這個數值與充氣壓力有關係),這與人們對現代汽車速度的期望不相符,所以在輪胎設計時必須透過各種手段提高產生水滑的臨界速度。

    對臨界速度有影響的因素:

    輪胎寬度

    輪胎可以將積水吸入溝槽中來減小積水區域壓力,如果匯入溝槽的水流速度大於積水區域速度,那麼輪胎就不會產生水滑現象。寬接地區域匯入水的能力較強,但其所需匯入水的體積也較大。所以設計輪胎花紋時要考慮排水的需求,通常會在胎面花紋上設定橫溝將水排到輪胎兩邊。但橫溝會增加輪胎的噪音,所以會將橫溝設計有一定角度,可以兼顧排水和降噪。在一定角度內,橫溝的角度越大,噪音就會越小,但一般不會超過45°。

    非對稱設計

    刀槽

    除了考慮匯入水流的能力,還要考慮匯入水的速度快慢。汽車行駛時速度極快,這對水進入儲水區域的時間也有很高的要求。但過多配置花紋會降低胎面剛度,犧牲車輛的操縱穩定性。這個時候會考慮佈置一些刀槽。刀槽即為寬度在0.5mm-1mm之間的胎面溝槽,因其寬度較小且自身的自鎖效應可以增加胎面剛度。

    改變接地印痕的形狀

    輪胎與路面接觸的區域如果用拓印的方法,就會得到一個稱為接地印痕的東西。一般來說,圓形的接地印痕要比矩形的接地印痕更有利於驅散水膜。這是一種流體力學中的常見現象:平面形狀比圓形、流線型更容易產生阻力。類似於“船首”一樣的形狀更容易在海上行駛。

    根據伯努利方程,O電水壓為

    可見β值越大,外部水壓越小,則越不容易產生“水滑現象”。矩形接地印痕產生的水壓最大。

    透過上面提到的和其他的一些辦法,有積水路面上的水滑極限速度已經提高很多了。但雨天駕駛仍需要小心謹慎,選擇合適的充氣壓力,避免失去抓地力造成人身傷害。賽道上雨天也是發生事故較多的時候,及時更換雨胎,選擇合適的充氣壓力和調校是提高成績的關鍵。

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