抓地/静音/排水间求平衡 轮胎花纹讲解

狮子头

　　[汽车之家 技术]
　　轮胎，作为汽车上最重要也是最常规的部件之一，我想大家应该都不陌生，而在汽车爱好者中，自己爱车上所装备的轮胎品牌、型号等也是不少人茶余饭后的讨论热点。大家关心的无外乎就是抓地力、静音性以及排水性、耐用性等等。今天就和米其林工程师一起聊聊轮胎花纹设计的那些事儿，并主要抓地力、静音性以及排水性三者，在轮胎花纹设计中是如何寻求平衡的。
　　

　　轮胎最重要的三大组成部分分别为：胎面、胎体和橡胶配方，其中自从子午线轮胎发明之后（什么是子午线轮胎，点击看这里）胎体结构和发展方向基本就确定了，目前乘用车所用的绝大部分轮胎基本结构大致相同，细节设计会有所差异，不过这与橡胶配方一样，都属于各个轮胎厂商的内部机密。而只有胎面花纹设计属于“公开信息”，因此本文中所提到的内容都只是针对轮胎花纹设计所展开的，至于橡胶配方和胎体结构不在本文介绍范围之内。
　　■胎面花纹有什么作用
　　简单来说，胎面花纹最重要的三大作用是：1、提升抓地力；2、降低噪音；3、增加排水性。不过这三者之间本身就是互相牵制甚至是冲突的，不可能达成所谓的“绝佳配比”。因此，轮胎厂商在胎面花纹设计时，就需要根据各款轮胎各自不同的产品定位，研发不同的花纹设计。下面我们就来说说，上述提到的三点，在轮胎上是如何体现的。至于橡胶配方和胎体结构本文暂不讨论。
　　

　　1、提升抓地力
　　轮胎抓地力主要是通过胎面与地面的接触来实现的，米其林轮胎亚太区产品经理说，理论上光头胎的抓地力是最高的，但这概念仅限于干地，因为如果在湿滑路面，由于光头胎不具备排水性，会使车辆难以驾驭，影响安全性。因此，我们在赛车比赛时，经常会看到一下雨，赛车就会纷纷驶入维修区更换雨胎。不过这对于我们日常用车来说是完全不现实的，因此在胎面花纹设计时就不得不寻求平衡点。
　　

　　

　　大面积的橡胶块设计，对于提升抓地力比较有帮助，这点大家从不同轮胎的胎面设计上就能明显看出区别。一般来说，偏重运动性的轮胎会比较多的采用大面积的橡胶块，从而提高车辆的抓地力，而以舒适性为趋向的轮胎，花纹会比较碎，橡胶块也会比较小。
　　

　　

　　

　　

　　

　　

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　　大面积橡胶块在提升抓地力的同时，也会“提升”轮胎的行驶噪音。解决方案是在大面积橡胶块中进行“开沟槽”降低噪音，同时为了不影响抓地力和胎面刚性，在沟槽中间会增加“自锁片”的设计。在车辆直线行驶时不影响噪音表现，而在车辆转弯或刹车时，沟槽内的自锁片能在橡胶块之间提供支撑，让原本独立的橡胶块在一定程度上形成一个相对统一的整体，从而提高抓地力和刚性。
　　2、降低噪音
　　轮胎所产生的噪音有两种，第一种当胎面与地面接触，轮胎沟槽会改变空气流向所产生的噪音以及橡胶块与地面敲击所产生的噪音，都统称为花纹噪音。第二种则是由胎体结构以及橡胶配方所导致的噪音，称之为结构噪音。米其林工程师将其比喻为我们小时候拍的皮球，不同材质的皮球敲击地面都会产生“砰砰砰”的声音，但声音却不一样，这是一个道理。至于结构和橡胶配方如何减低噪音，这不是本文涉及的内容，同时对厂商来说也是机密，我们先来聊聊花纹造型是如何解决的。
　　

　　

　　就像前面提到的，橡胶块的面积越大，噪音越大，抓地力越好；橡胶块越小噪音越低，但抓地力越差，这中间又需要寻求平衡点。用米其林轮胎工程师的原话就是，胎面花纹设计就是一个在抓地力、静音和排水性之间既要找平衡的、又要寻求突破的过程。
　　

　　从胎面花纹设计而言，利用大小各异的橡胶块来平衡甚至是抵消各自产生的噪音，从而达到静音的目的。工程师的解释是，由于不同大小的橡胶块敲击地面时所产生的波长和频率都是不一样的，它们通过设计和计算出可以相互抵消、平息噪音的波段和频率，进而让车内的驾乘者听着更安静。同时，这样做的好处还在于能尽可能的保证橡胶块尺寸同时减少沟槽的数量，以减轻对轮胎抓地力和刚性的影响。当然，米其林工程师也反复强调，上述说的抓地和静音的设计工作仅仅是针对胎面花纹设计所说的，因为这是一个整体工程，轮胎橡胶的配方，在静音和抓地力方面的贡献更为重要。
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　　3、排水性
　　轮胎的排水性与抓地力也是一个相互牵制甚至是矛盾的问题，要获得更好的排水性，胎面就需要设计较多的沟槽，但沟槽一多势必会减少轮胎的有效接地面积，同时对胎面的刚性也是一种影响。
　　

　　最新的解决方案是采用胎肩圆弧设计，它有别于传统轮胎类似于直角的胎肩设计，圆弧胎肩能让轮胎下的积水更快的被甩出，进而提升轮胎在湿滑路面上的抓地力。当然，这样的设计，从物理角度来说，也一定会减少胎面的接地面积，但由此损失的抓地力，它们会通过改进橡胶配方来弥补。
　　

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　　对于运动性轮胎来说，除了采用新设计外，在不增加排水沟槽数量的情况下，其沟槽会比舒适取向的轮胎更宽、更深，这也是提高整体排水性能的重要手段。
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　　常见轮胎问题对话工程师
　　1、新轮胎的开发周期是多久，为什么在部分新车型上会看到旧款花纹的轮胎？
　　一般一款新轮胎的实质性开发周期大概是2-2.5年，部分高性能轮胎的开发周期可能会更长一些。不过轮胎厂商会在正式开发一款产品前的5-6年就对未来的橡胶技术和市场需求做深入的调研，并将其融入到新产品的开发当中。
　　

　　从轮胎厂商来说，一般一款花纹的轮胎生命周期应该是5-6年左右，之后会被新产品所取代，这即是产品的升级也是市场运作的方法。至于为什么我们会在不少新车型上看到部分推出时间较长的旧款花纹轮胎，主要是由于一般作为配套轮胎，在新车推出前的2年就需要提供给整车厂商与新车一起做测试，并且经过厂商认证过的配套轮胎包括型号、规格以及生产工厂等都是不能随意改变的。而且整车厂商往往喜欢选择推出有一段时间且市场知名度较高的产品，加之车辆的换代周期要比轮胎长很多，因此在新车型上见到旧款花纹的轮胎这很正常。配套轮胎的生命周期的确会比较长，7-8年甚至是10年的都有。
　　2、只换两个轮胎，新胎放前还是放后？
　　关于新胎放前还是放后的问题，各方面的声音都不太一样。米其林工程师给出的说法是：建议大家把新胎用在后轮上。原因是新胎的抓地力肯定要比旧胎好，在湿滑路面或极端情况下，新胎如果放在前轮，此时老旧的后轮万一失去抓地力，车辆会出现转向过度，而反之如果把新胎放在后轮，一旦前轮失去抓地力则会出现转向不足。而对于大部分普通驾驶员，特别是新手来说，转向不足更容易控制些。
　　

　　

　　米其林工程师认为对于绝大部分普通驾驶者而言，相比于转向过度，转向不足更容易被感知和控制，对行车安全也更有利。因此给出的建议是，新胎放后轮。当然，这只是米其林的看法，业界包括轮胎厂商、汽车教练以及整车厂商对此的建议都不尽相同，大家如果对这一问题有自己的见解，也可在文章评论中踊跃讨论。
　　3、轮胎的使用周期是多久，有没有年份限制？
　　轮胎作为橡胶制品，一定会存在老化的情况，不过根据使用和保存的方法不同会有比较大的差异。首先是看胎面的磨损情况，在轮胎的沟槽中都有一条横线的凸起，这就是轮胎的磨损警示线，磨到该警示线时，胎面厚度仅有1.6mm左右，此时就应该及时更换轮胎了。
　　

　　

　　

　　

　　除了观察磨损情况外，轮胎也有时间上的保质期。米其林官方给出的建议是在轮胎生产日期起10年内需要更换新轮胎，而对于超过5年以上的轮胎，建议车主至少每年检查一次。
　　编辑点评：
　　轮胎胎面花纹的开发重点可以简单归纳为“抓地、静音、排水”这六个字，但如何在三者间寻求平衡，以开发出适合市场需求的产品却是一个永恒的课题。而且要做到上述三点，单凭胎面花纹设计还是远远不够的，还会涉及胎体结构、橡胶配方等一系列相关问题。写这篇文章的目的，并不是想向大家介绍某款轮胎，或是如何选购轮胎，毕竟每个人的用车需求存在差异，对轮胎的要求更是如此，而是想让大家能对轮胎，特别是胎面花纹的设计能有一个基础性的了解。当然，如果各位对轮胎方面还有什么疑问，或想了解的，也可以点击我的编辑博客留言，我也很愿意尽我所能的为各位做解答。
　　

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