轮胎工作原理

轮胎剖面图

当您在市场上寻找新款轮胎时，各种轮胎规格以及从轮胎推销员或“专家”那里听到的令人茫然的术语可能会让您在购买时感到压力重重。 也许您只想充分了解现有的轮胎、适用的概念以及胎壁上所有标记的含义。 如何用通俗的语言来解释这些标记呢？

在本文中，我们将介绍轮胎的制作过程以及轮胎的组成。 此外，我们还将了解胎壁上所有编号和标记的含义，同时对一些轮胎术语进行解释。 本文最后将介绍轮胎支撑汽车的方式，您还将了解轮胎中产生热量的原因，以及为什么轮胎在气压低时更容易产生热量。 最后，您还将学会如何正确调整轮胎压力并诊断一些常见的轮胎问题！ 一个轮胎包含若干不同的组件，如下图所示。

轮胎的零件

胎圈束带

胎圈是一圈高强度钢丝绳，外部由橡胶包裹。它为轮胎提供必需的强度，以使其固定在钢圈上并承受在钢圈上安装轮胎时由安装器施加的作用力。

胎身

胎身由几层不同的纤维组成，称之为层。最常用的层纤维是聚酯帘线。在子午线轮胎中，帘线与胎面垂直。有些老式轮胎使用对角斜交轮胎，在这种轮胎中，纤维的走线与胎面构成一定的角度。各个层均涂有橡胶，用于帮助它们与其他组件结合在一起。此外，这样做还有助于密封空气。

轮胎强度通常用它所拥有的层数来描述。大多数汽车轮胎有两个胎身层。与此相比，大型商用喷气客机使用的轮胎通常有30层甚至更多。

钢丝带

在钢丝带子午线轮胎中，钢丝带用于强化胎面下的区域。这些钢丝带可防止轮胎穿刺，并有助于轮胎保持扁平，从而与地面充分接触。

盖层

有些轮胎设有盖层，这是额外的一层或者两层聚酯纤维，有助于固定组件。并非所有轮胎上都有这些盖层；它们大都用于速度等级较高的轮胎，旨在帮助所有组件在轮胎高速运转时保持原位。

胎壁

胎壁用于为轮胎提供侧部稳定性，保护胎身层并有助于防止空气外漏。它还可能包含其他部件，以帮助轮胎增加侧部稳定性。

胎面

胎面是由多种天然橡胶和人造橡胶的混合物制成的。胎面和胎壁均采用挤压成型技术并切割为适当长度。此时胎面还只是光滑的橡胶，上面尚未印上为其提供牵引力的胎面花纹。

装配

所有这些组件均在轮胎成型机中装配。此机器可确保所有组件均处于正确位置，然后将轮胎成形，成形尺寸与其成品尺寸非常接近。

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轮胎装配

现在，轮胎的所有组件均已齐备，但是还没有将这些组件紧密地结合起来，并且轮胎还没有标记和胎面花纹。人们将这种轮胎称为生胎。下一步是将轮胎送入固化机中。固化机的作用类似于夹板铁模，用于以铸模方式制造所有标记和胎面花纹。热量还使轮胎的所有组件粘合到一起。这种现象称为硫化。在经过几次抛光和检查后，轮胎即加工完毕。

轮胎侧壁上每个小标记都有一定的含义：

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若要查看各种胎壁标记，请将光标放到该轮胎上。

轮胎类型

P表示轮胎是客车轮胎。 还有一些其他标志，如LT表示轻型卡车轮胎，T表示临时或者备用轮胎。

轮胎宽度

235是轮胎的宽度，以毫米（mm）为单位，表示两侧胎壁之间的距离。 由于此测量受轮圈宽度的影响，因而此测量值是指在轮胎使用预期轮圈尺寸时的值。

高宽比

利用此数值可计算轮胎的高度，即从胎圈到胎面顶部的距离。 它用轮胎宽度的百分比表示。 在我们的例子中，高宽比为75，因此轮胎高度为其宽度的75%，即176.25毫米。 高宽比越小，相对于高度而言，轮胎就越宽。

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高宽比不同但外直径相同的两个轮胎

与其他轮胎相比，高性能轮胎的高宽比通常较小。 这是因为高宽比较小的轮胎具有更好的侧面稳定性。 汽车转弯时会产生侧向力，而轮胎必须能承受这种作用力。 轮胎的侧面越低，胎壁就越矮、越坚硬，因此可以更好地承受转向力。

轮胎构造

R表示轮胎是辐射构造制成的。 这是最常见的轮胎构造类型。 老式轮胎采用的是对角斜交（D）或者带束斜交（B）构造。 轮胎上将有一个单独的备注来指示轮胎侧壁和胎面所包含的层数。

轮圈直径

此数字说明轮胎适用的轮圈直径，以厘米为单位。

统一轮胎质量等级

作为统一轮胎质量等级（UTQG）系统的一部分，客车轮胎上还会提供等级信息。 您可以在此页面上查看轮胎的UTQG等级，此页面由美国国家高速公路交通安全管理局（NHTSA）维护。 通过轮胎的UTQG等级，可以了解以下三个指标：

 胎面磨损程度：此数字是在可控条件下用政府测试车道对轮胎进行测试得到的。 数字越大，胎面的预期寿命就越长。 由于任何人在驾驶汽车时所经过的路面和车速都不会与政府测试车道上的情况完全相同，因而此数字并非胎面实际寿命的精确值。 但

是，它仍然是一个不错参考： 此数字越大，轮胎的预期寿命就会越长。  牵引力：轮胎牵引力的等级分为AA、A、B或C，其中AA表示最高等级。 此等级是基于轮胎在湿滑的混凝土和沥青路面上所具有的停车能力来划分的。 它不是指轮胎的转弯能力。 根据此NHTSA页面，在新款轮胎中，凡士通Wilderness AT和Radial

ATX II轮胎的牵引力等级为B。

 温度：轮胎温度的等级分为A、B或C。 此等级用于衡量轮胎的散热及其减少热量累积的能力。 温度等级适用于没有过载且充气适当的轮胎。 充气不足、过载或者速度过高都会导致积累更多的热量。 过高的热量积累会导致轮胎加速磨损，甚至引发轮

胎故障。 根据此NHTSA页面，凡士通Wilderness AT和Radial ATX II轮胎的温度等级为C。

维修说明

维修说明由两部分组成：

 负载等级：负载等级是一个对应于轮胎最大额定负载的数字。 数字越大，则说明轮胎的负载能力越高。 例如，等级“105”对应的负载能力为924.87公斤。 轮胎上将

有一个单独的备注来指示轮胎在给定充气压力下的负载等级。  速度等级：负载等级后的字母指示此轮胎可提供的最大速度（条件是重量为额定负载或者低于额定负载）。 例如，S表示轮胎速度可以高达180.246公里/小时。 有关所

有等级，请参见此页面上的图表。

计算轮胎直径

现在我们已经了解了这些数字的含义，所以就可以计算轮胎的外直径了。 首先，我们将轮胎宽度与高宽比相乘，得到轮胎高度。

轮胎高度=235毫米x75%=176.25毫米 然后将2倍的轮胎高度与轮圈直径相加。

2x17.63厘米+38厘米=73.38厘米

这是无负荷直径，只要轮胎承重，直径就会减小。

目前，轮胎业中正使用着很多不同的术语。 有些术语确实有一些特别的含义，有些则不是。 在本节中，我们将解释一些术语的含义。

适用于泥泞和雪地的四季轮胎

如果轮胎上有MS、M+S、M/S或MandS标记，则表明它符合美国橡胶制造协会（RMA）关于泥泞和雪地轮胎的指导标准。 轮胎要获得泥泞和雪地专用胎称号，必须满足下列几何要求（摘自公告“RMA关于客车和轻型卡车（LT）雪地专用胎的定义”）：

1. 新轮胎胎面至少应在一个边缘上留有多个满足下列尺寸要求（基于模型尺寸）的凹槽或开槽：

a. 从接地边缘至少向胎面中心伸出约1.3厘米，此数字通过垂直测量到胎面中心线的距离获得。

b. 横截面最小宽度约为0.2厘米。

c. 凹槽或开槽的边缘与行驶方向之间的角度介于35°-90°之间。 2. 新轮胎胎面的非接触面区域至少应为模型尺寸的25％。

本规定可以粗略解释为轮胎上必须有一行相当大的凹槽从胎面边缘伸向轮胎中心。 并且，至少应有25%的表面积为凹槽。

指示严酷冬季牵引的图标

这是为了给胎面花纹提供足够的空隙，以使其能够攫住雪地并获得牵引力。 但是，正如您在规范中看到的，这里没有涉及任何测试。

为解决这一不足，美国橡胶制造协会和轮胎业人士达成了一项关于测试的标准。 此标志被称为“暴风雪专用”，并配有特定的图标（参见右侧图片），它位于M/S标志的旁边。

为满足此标准，必须使用美国试验与材料协会 （ASTM）的测试程序对轮胎进行测试。有关该程序的信息，请参阅“RMA 关于客车和轻型卡车暴风雪专用胎的定义”。

暴风雪专用胎得到了制造商的认可，因为在相同负载百分比时使用ASTM F-1805雪地牵引力测试时，其牵引指数与ASTM E-1136标准参考测试轮胎相同或者高110。 除了满足M/S标志的几项要求之外，这些轮胎还要接受标准雪地测试程序的测试。它们的性能必须优于标准参考轮胎，才能满足暴风雪天气对轮胎的要求。

湿路滑胎

固特异 (Goodyear) 公司网站供图

一种为防止湿路滑胎设计的轮胎

当汽车从水洼经过时，可能会发生湿路滑胎。 如果水无法从轮胎中快速喷出，轮胎将脱离地面，并只由水支撑。 由于受影响的轮胎将几乎完全失去牵引力，因此在出现湿路滑胎时，汽车会很容易失控。

有些轮胎的设计可以降低湿路滑胎的可能性。 这些轮胎有很多同向的深凹槽，让水有额外

的渠道从轮胎下排出。 您可能会感到好奇，压强只有30psi（1psi=6894.75帕）的轮胎如何支撑整辆汽车？ 这个问题很有意思，但它与几个其他问题有关，例如需要多大的力才能让轮胎在路面上转动，为何在开车时轮胎会发热（以及发热如何引发其他问题）等等。

下一次开车前，请仔细观察您的轮胎。 您将注意到，它们的形状并非正圆。 轮胎底部的接地处有一个平点。 此平点称为接地印迹，如下图所示。

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一个显示接地印迹侧面和底部的轮胎

如果路面是玻璃的，而您在玻璃下方观察汽车，就可以测量接触面的尺寸。 此外，您还可以对汽车重量做出精确估计，方法是测量每个轮胎接地印迹的面积，然后将各个面积加起来，最后再乘以轮胎压力。

由于轮胎每一平方厘米都需要承受一定的压力（例如200千帕），因此您需要很多平方厘米的接地印迹才能承受汽车的重量。 如果增加重量或降低压力，则需要更大的接地印迹面积，这样平点的面积将随之增大。

充气适度的轮胎与充气不足的轮胎或过载轮胎

您可以看到，与充气和负载适度的轮胎相比，充气不足或过载轮胎并没有那样圆。 当轮胎旋转时，接地印迹必须绕轮胎旋转，以便与路面接触。 在轮胎的接地点处，橡胶会变弯。 要让轮胎弯曲，需要施加一定的力。轮胎需要弯曲的程度越大，所需的作用力就越大。 轮胎并不具有完全的弹性，因此在其返回最初形状时，它不会释放使其弯曲的所有作用力。 有些作用力通过摩擦和弯曲轮胎中的橡胶和钢件转换为热量。 由于充气不足或者过载，轮

胎所需的弯曲程度会更大，因而需要更大的作用力才能让其开动，这样便会产生更多的热量。

轮胎制造商有时会发布其轮胎的转动摩擦系数（CRF）。 通过此数字，可以计算让轮胎在路面上转动所需作用力的大小。CRF用于计算轮胎拖力或滚动时的阻力，与轮胎的牵引力无关。CRF与任何其他摩擦系数类似： 克服摩擦力所需的作用力等于CRF乘以轮胎所承受的重量。 下表列出了几种轮胎类型的典型CRF。

轮胎类型 滚动阻力较低的汽车轮胎 普通汽车轮胎 卡车轮胎 火车车轮 滚动摩擦系数 0.006-0.01 0.015 0.006-0.01 0.001 我们来计算一下让一辆典型汽车的轮胎在路面上滚动所需的作用力。 假定汽车的重量为2000公斤，轮胎的CRF为0.015。 则作用力为2000 x 0.015，即30公斤。 现在我们来计算一下这相当于多大的功率。 如果您已经读过博闻网文章力、功率、力矩和能量的含义及其相互关系，便会知道功率等于作用力乘以速度。 因此，轮胎所用的功率取决于汽车的行驶速度。 如果车速为100公里/小时，则轮胎使用的功率为10马力。 所有功率均转换为热量。 大多数热量会进入轮胎，但有些热量会传播到路面中（当汽车从路面上驶过时，路面实际上会有少许弯曲）。 从这些计算中可以看出，有三个因素影响轮胎在路面上滚动所需的作用力（以及因此而累积的热量）：轮胎承受的重量、驾驶速度和CRF（如果压力下降，CRF将增大）。 当在较软的路面（如沙地）上行驶时，虽然会有更多热量进入地面，较少的热量进入轮胎，但是CRF会增大。

充气不足会使轮胎的外部磨损快于内部。 此外，它还会导致燃油效率下降并增加轮胎中的热量累积。 因此，每个月都应使用测量仪检查一次轮胎压力，这一点很重要。

轮胎充气不足、充气适度以及充气过量情况下的磨损模式

充气过量会导致轮胎胎面正中加速磨损。 轮胎压力决不能超过轮胎侧面列出的最大值。 汽车制造商经常建议让压力低于最大值，因为这样使用轮胎会让行驶更加平稳。 但是，增大轮胎压力可提高行驶里程。

车轮偏心会导致内部或外部磨损不均，或者出现高低不平的轻度磨损现象。 有关轮胎及相关主题的更多信息，请查看下一页上的链接。