关于轮胎和摩擦系数

三、增加轮胎的垂直荷重是车辆本身施予轮胎的重量加上空气动力学效应所产生的下压力的总和。轮胎的橡皮会因为垂直荷重的增加而与地面更紧密的接触，轮胎的抓地性能也得以更充分的发挥。有别于大家所认知的，增加轮胎的垂直荷重并不会增加轮胎的接地面积，至少在现代的高性能胎和赛车用轮胎几乎都是如此，增加垂直荷重所提高的是轮胎接地面积内，每一单位面积内橡胶分子和地面的附着力。在接地面积不变的情况下，轮胎抓地性的增加是由于对橡胶分子所施的压力增加。我们可以做个小实验：
增加轮胎的抓地性有几种方法：
一、增加轮胎和地面的摩擦力要增加轮胎和地面的摩擦力有两种方法可达成这个目的。第一是增加路面的摩擦系的，所谓“摩擦系数”是路面所能提供对轮胎的抓附能力，摩擦系数越大抓附力越大。柏油路面、水泥路面、砂石路面各有不同的摩擦系数。所能提供对轮胎抓附力也各有不同。其次是增加轮胎本身的摩擦系数，这可由选择较软的轮胎来达成。较软的轮胎可提供较强的抓地力，但是相对的磨损也较快。这里所谓“软的轮胎”指的是轮胎胎面的橡胶材质较软，如果和高扁平比轮胎和胎压不足所造成行路性较软、较舒适联想在一起那就大错特错！
这也说明了为什么空力效应只有在高速时才会变得明显。对一部针对比赛而生产的厂车来说，改善操控性的重要关键除了底盘悬挂的改良调校以外，其次就是空力特性的改良。要改良车身的空力特性，最重要的就是要减少高速流动的空气对车身产生的扬升力，因为扬力会减少轮胎的垂直荷重，破坏抓地性。目前的IT
C、BT
CC、JTCC等房车赛参赛车种车尾都有扰流尾翼的设计，最主要的的作用就是在减少车身的扬力并产生些许的下压力。此外前扰流和车侧裙角也可减少进入车底的气流，减少车底气流对车尾产生的扬力。由于产生下压力和改变气流的同时都会伴随产生行车阻力，所以改善车身空力特性的另一个重要课题就是要在伴随发生的压力、扬力、阻力三种力量间取的协调、均衡与折冲。
轮胎的扁平比就是胎壁高度与轮胎宽度的比例。扁平比对抓地性的直接影响并不大，但是对轮胎的滑移角（SlipAngle）有影响，扁平比较低的轮胎在相同的负荷情况下会有较小的滑移角，在轮胎宽度不改变的情况下，只改变前两轮或后两轮的扁平比，会因为前后轮滑移角的不同使操控的平衡产生变化。轮圈尺寸和轮胎的抓地性
轮圈的直径大小和轮胎的抓地性并无直接的关系，但是如果配合轮胎扁平比的降低而加大轮圈的直径却可增加轮胎的接地面积，同时也影响了行路舒适性和轮胎的转向反应。对一条轮胎来说，太宽的轮圈会让胎唇无法与轮圈紧密的结合，同理用了太窄的轮圈也会有同样的结果。轮胎制造商都会为每一条胎设定一个所适用轮圈宽度的范围，超出了这个范围将会对行车安全造成莫大的威胁。轮圈的宽度会对轮胎接地面的轮廓会有直接的影响，如果轮圈太窄，轮胎就会变得“鼓鼓的”，会减少轮胎边缘的贴地性。反之如果轮圈太宽，则轮胎中间部份的贴地性就会减低。从实际的测试结果告诉我们，采用轮胎公司所建议宽度上限的轮圈，可让轮胎的性能充分的发挥。假如你是因为预算、比赛规则或是其他原因的限制了轮圈的宽度，那么我们建议你使用这个轮圈宽度所能使用的最小尺寸的轮胎，如此所获得的实际轮胎接地面积会是最大。不但可增加过弯速度、减少轮胎的磨损，更可容许采用对整体性能表现更佳的悬挂设定。虽然有很多市售胎由于采用较硬的胎壁设计，所以丧失了对于不适用轮圈的敏感度，但是对于高性能的轮胎来说，对轮圈宽度的敏感性依然存在。
六、轮胎的性能会因为胎质的变硬而退化，而胎质的变硬最主要的因素是时间。紫外线和新鲜空气都会加速橡胶的老化，所以如果你要收藏堪用或备用的轮胎（尤其是高性能的赛车胎），那么建议你先用不透明的塑胶袋把它包起来，如此一来可隔绝紫外线和新鲜空气，有效的延长轮பைடு நூலகம்的寿命。
七、高性能胎在剧烈操驾后会产生热，胎质越软的胎越容易蓄热，造成胎面的高温，所以如果轮胎的材质软到行驶后会产生胎面的热溶现象我们就称为热溶胎。热溶的胎面会黏起路面的小砂石，在剧烈操驾或是比赛结束后必须将胎面的异物清除乾净，否则日后会有戳破胎面的危险。
空气动力学对车身所产生的下压力（Downforce）也会增加轮胎接地面积的垂直负荷。对一般的道路用车来说并不需要很在意空气动力学所产生的下压力，但是对于任何比赛车种而言这却是必须去仔细考虑的问题。空力下压力的好处是只会增加轮胎接地面积的垂直负荷却不会增加车重。由于车重不变轮胎不用负担额外的惯性和离心力，加上轮胎抓地性的提高，所以过弯速度得以提高。同时刹车和加速时的抓地性也会获得提升。这也是为什么这二十几年来赛车工程师对于尾翼、车身空力组件和地面效应持续不断的进行研究、发展与改进。空力效应包含了车身下压力、车身扬升力和行进阻力，这三个力量是伴随发生的，而且所产生的力量是和车速成平方正比，也就是速度提高为2倍时空力效应会增为4倍。
胎压对抓地性的影响
胎压对抓地性的影响可能远超乎你的想像，胎压并不会直接影响橡胶分子和地面的附着力，但却会影响轮胎接地面内有多少橡胶分子实际与地面接触。对一部有既定轮胎、车重的车来说正确的胎压只有一种。事实上这个正确的胎压是被局限在一个很小的范围，大概只有±
1.5psi。假如胎压超出这个范围，轮胎的接地面会变形，以致无法完全紧贴路面。也就是说轮胎接地面内的实际接地的橡胶分子数目会比较少。如果胎压太高，会造成轮胎边缘两侧无法完全贴地，接地面积自然跟着变小，接地面较小的情况下却有同样的负荷，当然性能表现要打折扣。
假如胎压不足，表面上看来轮胎接地面积似乎并没有减少，甚至有人认为是增加了，实际上虽然轮胎两侧依然紧密的贴地，但由于胎压的不足使得胎面中间的橡胶分子无法紧贴路面，造成的结果就和胎压过高一样。这也可说明有人的轮胎使用了一段时间以后，出现中间或两侧磨损比较严重的情况，就是长期胎压过高或不足所造成的。
扁平比对抓地性的影响
轮胎的保养
高性能轮胎对操控性和安全性来说都是一项很值得投资的项目，如果能够好好照顾你的轮胎将会使轮胎的性能得以持续维持在最佳状态，并且增加轮胎的寿命。因此特别提出几点有关轮胎保养的注意事项：
一、在胎压不足的情况下不要开车上路或长时间泊车，必须立刻处置，因为这会造成胎壁和胎面的损伤、变形，尤其这些损伤与变形有时肉眼并不易察觉，但会造成安全上严重的潜在危机，如果只发生在某一轮或某一边还会破坏操控的平衡。即使是轻微的胎压不足都至少会造成轮胎磨损的增加，因此笔者和车狂都一再重申一支准确的胎压计是开车的基本配备。
二、增加轮胎接地面积要增加轮胎和路面接触的面积，最简单的方法就是换上较宽的轮胎，再来就是选用胎纹较少的轮胎，如此可增加轮胎与地面实际的接触面积，但是却也会影响在湿滑路面抓地表现。最后也是最重要的就是在既定的接地面积下，经由正确的轮胎胎压及悬挂的精确调校把轮胎的潜力完全发挥。
轮胎的接地面积即使是行驶在平坦的直路都会小于静止时，行经不平路面或是过弯时更会因为上下的跳动或是侧向的受力，而造成接地面积的大幅减少，甚至悬空。悬挂的改良最终的目的就是随时把轮胎尽可能的保持与地面接触，尤其是在过弯或是行经不平路面时。
在一个光滑平面上移动橡皮擦，在橡皮擦上方没有施加压力的情况下我们可以很轻易的自由移动橡皮擦，当我们压着橡皮擦时，要移动它就变得比较不容易，压的力量越大橡皮所产生的附着力就越强，也就是抓地性越好。轮胎的垂直荷重似乎可由增加车重来达成，虽然这可增加轮胎的抓地性，但是由于轮胎承受来自车重的负荷也增加，所以过弯速度、刹车距离、加速表现都不会有所改善。事实上整体的性能表现反而会因为车重的增加而变坏。要在不破坏整体性能表现的情况下提高轮胎的垂直荷重，唯一的途径就是经由车身空气动学的设计来达成。空气动力学所的下压力（Aerodynamic Downforce）
轮胎的材质和抓地性
轮胎所使用的橡胶材质对轮胎的抓地性有着决定性的影响。胶质软的摩擦系数就高，橡胶分子也对地面有更佳的附着力，整体的抓地性将会提升。但这只有在轮胎还没有过热时才成立，因为不同的轮胎都有不同的工作温度范围，和最佳的工作温度。软质的轮胎虽有较佳的抓地性但是磨损也比较快，因此在赛车场上轮胎材质的选用真可说是一门艺术，不但要考虑抓地力还要考虑轮胎的过热临界点，更要考虑磨损。对越野赛来说，在泥沙路面使用越软的材质通常可得到最快的速度，但是在柏油、水泥这种硬质路面来说，磨损又是个令人头痛的问题。材质的选择必须考虑轮胎的荷重、工作温度以及磨损。对一般道路用胎来说，通常会选用较硬的材质是必须的，一方面是为了高速公路上的需要一方面是为了轮胎寿命的考量。
充气轮胎实在是一项不可思议的发明。它扮演着传递汽车动力性能的角色。
任何有关操控的讨论都要先从轮胎开始谈起，轮胎胎印上的橡胶分子是车子和地面唯一的接触点，他们的表现决定了车子的操控。一个底盘的专家必须去了解轮胎发生了什么事并且要在必要时改变设定。轮胎是个弹性体，任何方向的受力都会使它产生变形，它的特性之一就是转弯时会造成轮胎本身的扭曲，当转动方向盘时，转向拉先转动轮圈，轮圈再扭曲轮胎，被扭曲的轮胎由于橡皮的弹性会有恢复原来形状的趋势，这个趋势会驱驶胎面转向，但是胎面和轮圈所转的角度并不会完全相同，而是会有一个小角度的差异。所谓滑移角是机械学名词，用来表示车子行进方向和轮圈所指的方向两者间所成的这个角度。也就是这个角度可使驾驶人感觉到车子过弯时的反应。一部车若没有滑移角而要高速过弯几乎是不可能的，因为驾驶人将感受不到滑胎的任何警告。鸡和鸡蛋的问题也出现在滑移角和转向力的问题上，转向力会导致滑移角，滑移角导致转向力。基本上滑移角是轮胎的抓地力用来抵抗轮圈对轮胎所施的侧向力，由于轮胎具有弹性所以当它抓附在地面时若施给它一个侧向的力它会产生一个力量来使轮胎恢复原来的形状，转向力由于轮胎的扭曲而存在于路面和胎面之间，这个力量和转向力是大小相等方向相反的。转向力是用来衡量轮胎的抗侧滑能力，但是在没有轮胎扭曲和滑移角的情况下，转向力是不存在的。滑移角和转向力会随着弯道半径的缩小而增加，但是当增加到一个限度时轮胎会产生打滑，这就时就叫最大滑移角。
八、抓地力和耐磨性就如同操控性和舒适性间的相互冲突，轮胎的磨损系数（TreadWear）越低表示胎质越软，轮胎的胎抓地力也越强，但也表示磨损越快。
这是选购高性能轮胎之前应有的认识。有人用“厂胎”在一万公里磨合后把轮胎对调，但如果你用热溶胎而且常在无人的路上探索驾驶的乐趣，那么一万公里后可能已经变成光头胎了。滑移角（Tire Slip Angle）