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分析汽车轮胎花纹的功用及设计要求
2015-02-10 13:07:51   来源:乐博车讯网   评论:0 点击:

摘要:近年来,轮胎生产厂也在胎面花纹设计上不断地进行研究和开发。汽车工程师们向现代服装设计师借鉴了不对称的技术设计策略,使得汽车轮胎内外侧的凹槽变为不对称。
  一、汽车轮胎花纹的功用
  
  轮胎除了发挥承载、滚动的功能外,轮胎还要通过它的花纹块与路面产生的摩擦力,产生汽车驱动、制动和转向需要的动力。经过与地面长期的摩擦,花纹逐渐变浅,当磨损到更换标记时,就应停止使用。然而不少车辆因个别轮胎或轮胎的局部(花纹)磨损严重,而不得不提早报废,甚致成为事故隐患,危及行车安全。轮胎花纹的主要作用就是增加胎面与路面间的摩擦力,以防止车轮打滑,这与鞋底部花纹的原理是一样的。轮胎花纹具有提高胎面接地弹性的性能,在胎面和路面间切向力(如驱动力、制动力和横向力)的作用下,花纹块能相应产生较大的切向弹性变形。切向力增加,轮胎的切向变形随之增大,接触面的摩擦作用也就随之增强,进而阻滞了胎面与路面打滑或打滑趋势。这种性能在很大程度上消除了无花纹(光胎面)轮胎易打滑的弊病,保障与轮胎和路面间摩擦性能有关的动力性、制动性、转向操纵性和行驶稳定性的正常发挥。研究表明:产生胎面和路面间摩擦力的因素还包括有关两面间的粘着效应、分子引力效应以及路面小尺寸微凸体对胎面的切削作用等。但是,起主要作用的仍然是花纹块的弹性变形。影响胎纹作用效果大小的因素很多,但主要的因素是胎纹型式和胎纹深度。
  
  湿地性能是轮胎综合性能中非常重要的一环。而轮胎花纹的设计决定了轮胎的排水性能,良好的抗水滑能力可以确保车辆在下雨天气提高主动安全性。汽车轮胎表面横竖斜直、纵横交叉的凹槽像条条“运河”,有排水的功能,能避免路面积水时轮胎打滑。汽车轮胎假如无此“排水系统”,遇到雨天或路面积水,轮胎与路面之间会形成一个“水楔子”。随着行车速度的增加,这个“水楔子”也会越来越“厚”,从而造成极其危险的打滑现象。如果这时踩刹车,汽车就会打转,危险也会随时降临。为了防止出现上述打滑、失控现象,设计人员在轮胎表面设计了许多凹槽,而且方向、宽窄都不一样。从理论上讲,汽车轮胎凹槽越多,其排水性能越强,而汽车轮胎表面的凸面越大,其承受力和耐力也越大。现在世界上新设计的汽车轮胎有一个越来越明显的倾向———宽度越来越大,过去的窄轮胎上的凹槽既少又细,与凸面之比为3∶7,现在的“宽轮胎”的凸面只占到不足60%。
  
  轮胎花纹对整个驾驶生活起着十分重要的作用,设计合理的花纹不仅能在这个油价飞涨的时代帮车主节油,还能减少汽车在驾驶中产生的噪声,同时又能增强汽车在雨季湿滑的路面的制动性能,从而加大汽车驾驶的安全性。通过对轮胎进行测试,用实际的数据来证明轮胎花纹的重要性。轮胎的滚动阻力可以影响到车辆的油耗水平,很多车主在车辆使用过程中对这点也比较看重,有的轮胎产品专门针对这项技术要求而特别强化,在花纹设计和轮胎材料等方面着重降低滚动阻力,从而降低油耗。
  
  二、轮胎花纹设计要素
  
  目前的汽车轮胎从表面形状到整体形状都有不同,也对应不同的作用。因此,轮胎设计有四大要素,即花纹(表面形状)、轮廓(整体形状)、结构和材料。其中花纹设计是最复杂、最难处理的,它要考虑的因素很多。轮胎表面形状指轮胎胎纹,它决定了轮胎的使用特性,轮胎的抓地力、排水性和噪声。从轮胎表面花纹胶块的形状设计,就可以看出它是偏向哪一种作用。是偏向抓地力还是排水性,是否有助于抑制噪声。如果胎面花纹的胶块都是大块的,那么这种轮胎偏重于抓地力;如果胶块多且较小并有较多的沟槽,可能偏重于排水;如果在中线两侧胶块花纹适当错位,有助于降低噪声。从胎面花纹胶块的形状也可以分析出它的抓地性能。如果胶块的边缘做得很尖锐,当轮胎在路面上滚动时每个胶块就象刀子一样切入路面,摩擦力会比边缘圆滑的胶块大很多。
  
  近年来,轮胎生产厂也在胎面花纹设计上不断地进行研究和开发。汽车工程师们向现代服装设计师借鉴了不对称的技术设计策略,使得汽车轮胎内外侧的凹槽变为不对称。新颖凹槽能把轮胎接触到的水引向汽车内侧,然后再斜着流至车后,因为设计人员设计的凹槽的分布不同:车胎外侧凹槽少于内侧,而外侧的凸槽明显多于内侧。这种设计特别有利于汽车拐弯,使汽车的抗离心力加大,轮胎对路面吸附力增强,使汽车显得更稳。当然,这种轮胎及其轮毂左右不能混用,否则其效用完全违背设计者的初衷。对于带箭头型凹槽的轮胎来说,其“定位性”更是不容置疑。这样的带有方向性的条纹能加强汽车前进的推力。

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