為什麼汽車輪胎需要相同的花紋?答案應該來自微分

說明:不同品牌、型別、齒輪的輪胎,不宜裝備在同一臺車上。(後驅轎跑車除外)為什麼這麼下結論呢?原因在於汽車輪胎的花紋與重量決定了摩擦力與簧下質量,對於「神奇」的傳動系統會有巨大的影響。簡而言之會造成“偏剎”與急加速方向失控,解析這一問題首先要了解「差速器」的功能!

雙輪差速

汽車轉彎時四個車輪的行駛距離各不相等相信汽車愛好者都聽說過「轉彎半徑」這個詞彙,然而這個資料取的只是平均值。車輛轉彎時以四個車輪的中心為圓心,延伸出的直線交匯處為轉彎半徑的圓心。參考下圖,是不是四個車輪的半徑都不一樣長呢?不等長的半徑劃出的圓形周長必然不等長。

圖1:四個車輪的半徑

圖2:四個車輪的軌跡

發動機輸出的動力會透過變速箱傳遞至傳動軸,此時如果沒有其他結構而直接輸出到車輪,那麼兩側車輪獲得的動力就會完全相同(轉速相同)。這種狀態無法實現汽車的正常轉彎,因為車輪的周長是完全相同的,以相同的轉速運轉則劃出的圓周長(行駛距離)也會相同,這與轉彎的需求相悖了——想要實現轉彎就要讓兩輪實現不同轉速執行,也就是所謂的差速。(下圖為差速器執行中的概念/兩側傳動軸轉速不相同了)

「差速器」的作用正是實現車輪不同轉速行駛,而差速器是如何實現動力的智慧分配的呢?答案為依靠車輪的滾動阻力調整,在車輪型號完全相同時,車輛走直線時兩側“滾阻”是沒有差異的;但是在轉彎時由於車身重心會發生變化,偏低的一側車輪會獲得更大垂直壓力,輪胎抓地力(摩擦力&阻力)會升高,與車輪連線的傳動軸的執行阻力也會提升,這一側車輪就會獲得更少的動力。反之另一側車輪會獲得更多的動力,至此可實現車輪的正常差速了。

輪胎型別一致的重要性

滾動阻力相同汽車輪胎的各種花紋區分的是「抓地力&排水效能」,比如橫縱紋路交織的HT公路輪胎的能力很均衡,以橫紋路為主的輪胎抓地力更強,以縱紋路為主的輪胎排水能力更強。假設同一臺車的兩側車輪安裝了不同的輪胎,車輛在走直線時的滾動阻力就會發生變化,此時必然會有一側車輪獲得的動力更多,在行駛中方向盤就總會往這一側偏移。而在剎車時又會是哪一側車輪的摩擦力更大,方向盤就會偏向這一側,是不是很危險呢?

不同品牌&不同型號:兩側車輪的重量差值同樣存在影響!因為車輪的重量(簧下質量)存在動力損耗,發動機輸出到車輪的轉矩首先要克服掉車輪重量造成的行駛阻力,之後才能成為所謂的“輪上功率”。那麼兩側車輪的重量不同則實際輸出的功率會存在差值,車輛跑偏則是無法避免的問題了。這就是汽車不建議使用不同品牌、型號與環紋型別輪胎的原因,只有完全一致才能正常差速走直線。

說明:後輪驅動的汽車比較特殊,此類車的後輪往往更寬更大。原因為動力輸出到後輪推著汽車跑,想要在急加速時不打滑就需要後輪具備更強的摩擦力。不過同軸輪胎一定還是完全一致的,否則再高明的跑車也會出現起步打滑、甩尾以及切彎失控等情況。所以輪胎是不能湊合的,一致性很重要。

歡迎轉發留言討論

版權宣告:本文源自 網路, 於,由 楠木軒 整理釋出,共 1207 字。

轉載請註明: 為什麼汽車輪胎需要相同的花紋?答案應該來自微分 - 楠木軒