(资料来源:Bryan Blades和Hal Mayforth绘制的所有插图)

永远不要把轮胎想成是一团均匀的模压橡胶，因为没有比这更不符合事实的了。事实上，轮胎被更恰当地认为是由大约60种不同材料组成的高性能复合材料。它很可能是汽车中最复杂的一个部件。了解轮胎后，我与固特异(Goodyear)、米其林(Michelin)和倍耐力(Pirelli)的专家进行了交谈。我从通用汽车那里得到了一个汽车制造商的视角。我查阅了我通常收集的SAE国际资源，访问了一个信息最丰富的轮胎架网站，阅读了我的博世汽车手册。以下是我收集到的信息:

更大的蜘蛛

四个轮胎接触补丁，每个大约是你的手的大小，负责你的车的抓地力，纵向和横向，湿和干。他们支持汽车在舒适的滚动阻力低，没有不必要的噪音。他们一英里接着一英里。

在评估轮胎的工程优化时，专家将所有这些标准安排到一个蛛网图中，下面是一个例子。随着我们对这个复杂的组合进行更深入的研究，我们将看到，这些标准中的某些是反逻辑的，一方面会牵拉蜘蛛，另一方面会使它失去大小。

专家将轮胎的特性排列到一个蜘蛛图中，蜘蛛图的一个例子位于左侧。随着我们对这个复杂的组合进行更深入的研究，我们将看到，这些标准中的某些是反逻辑的，一方面会牵拉蜘蛛，另一方面会使它失去大小。抓地力和磨损显然是对立的一对;胎面胶越软，对胎面胶的分子间粘附作用越好。可惜的是，它也会磨损得越快。

阅读更多:本地发动机是3D打印汽车现在

抓握和磨损显然是对立的一对:胎面胶越软，它就越能更好地发挥分子间粘附的抓握作用。不过，它也会磨损得越快。

然而，轮胎制造商已经做了一项了不起的工作，减少这些固有的妥协与每一代的新设计。近年来的一个很好的例子是轮胎通过减少滚动阻力，即轮胎在运动中支撑其负载所消耗的能量，从而对燃油经济性做出了贡献。一般来说，它计算出每减少10%的滚动阻力，mpg就有1% - 2%的回报。

滚动阻力和滞后

轮胎变形必然带来滚动阻力。作为一个纯粹的思想实验，你可以看到，一个钢轨车轮基本上没有滚动阻力。相比之下，轮胎有滞后性，在压缩和回弹过程中固有的滞后。一个高迟滞的轮胎——想象一个胶粘的胎面胶——会表现出滚动阻力;迟滞率低的人肯定会少一些。请注意，虽然这是相关的，但这并不是一个简单的硬或软的问题;更确切地说，这是轮胎对变形的滞后反应。

然而，事实上，第一代低滚动阻力轮胎是出了名的难骑，当然不知道他们的抓地力。(我已经提到过分子间粘附;另一方面，抓地力滞后摩擦也与此有关。)胎面胶、胎体设计和轮胎加工的进步使这些特殊的牵引力在蛛网图上消失了。

解构一个复杂的复合结构

轮胎的主要组成部分是胎面与路面的接触，稳定胎面底层的皮带，保护轮胎不受路缘和类似物的影响的侧壁，轮胎界面的胎珠，定义胎体形状的胎体层和保持充气压力的内胎层。从一开始，这些都会影响轮胎的性能。例如，较薄的衬垫可以降低滚动阻力，减轻重量(这有利于操作);但过薄，其空气保持和长期耐用性受到损害。

轮胎远不止是一团均匀的橡胶，它由好几层组成，每一层都有多种功能。在胎面和侧壁的正下方，皮带可以有角度，如图所示;其它的可能在胎面下是圆周的。轮胎胎体的方向确定为放射状，在toady的设计中几乎无处不在。

阅读更多:北极星的新亚视有军事规格的无气轮胎

轮胎的胎体设计决定了轮胎的承载能力，平衡了它的操纵、阻尼和舒适性。现代汽车轮胎的胎体层基本上是通过最直接的路径——径向——从一个胎粒到另一个胎粒，因此被称为“径向”，而不是传统的斜交轮胎。1946年获得米其林专利的子午线轮胎进入美国市场的速度相对较慢。在20世纪50年代末，米其林X射线被认为是rallyists中最流行的，因为它们的里程数校准比普遍的斜线校准更统一。直到1968年，美国本土的福特才在其生产线上引入了辐射线。即使在一级方程式比赛中，直到1982年赛季雅芳和固特异(均为偏斜线设计)还在与米其林和倍耐力(均为偏斜线设计)竞争。上一次偏斜线的纳斯卡赛车比赛是在1992年(尽管今天坚定的支持者仍在为他们辩护，就像他们为化油器辩护一样)。

这些界定骨架的放射状纤维通常是聚酯纤维。相比之下，直接位于胎面下的传动带通常是偏置和周向排列的钢丝帘线。

轮胎的弹性元件包括天然橡胶和合成橡胶。事实上，即使在合成材料无处不在的今天，天然橡胶仍能提供迄今为止无与伦比的韧性。比赛轮胎的橡胶可能有65%是合成的;一个轮胎的55/45可能分别是合成的或天然的;一个非公路轮胎，80%是天然橡胶。

阅读更多:日产的新谷歌玻璃竞争对手

此外，部分弹性混合物是增强材料，如炭黑和二氧化硅，后者有利于减少湿抓地力、干抓地力和滚动阻力之间的权衡。其他外加剂是抗氧化剂/臭氧剂;其它促进橡胶与钢和聚酯线的附着力;其他的在轮胎的硫化过程中起到了促进剂和加工助剂的作用，轮胎在超过300华氏度的温度下硫化12 - 25分钟。

踏面、滑角、欠转和过转

轮胎的胎面花纹影响轮胎的性能和外观。我们都习惯了不对称的轮胎(胎面中心线不均匀)和定向的轮胎(倾向于特定旋转的胎面图案)。这些细微之处优化了从操作到减少噪音到排水的一切。

即使在直线旅行中，接触片的前缘压缩和后缘回弹也不是微不足道的。(抓地力滞后摩擦的第二个方面就是其中之一。)加上侧偏负荷，情况就变得非常复杂——引入了滑移角、转向不足和转向过度的概念。

这是个用词不当的词，滑移角是轮胎侧向变形的结果。轮胎不必打滑。这是一个问题的后续打击，一个特定的踏板补丁再次遇到路面。

事实上，使用“滑动”这个词是很遗憾的，因为这会给人一种轮胎在打滑或滑动的印象——其实不必如此。想象一个转向轮胎，并遵循一个特定的接触补丁通过旋转(上图显示了这一点)。由于轮胎的侧向变形，这部分的新接触点将与轮胎的转向方向不一致。这两者之间的角度是轮胎在特定载荷下的滑动角度。尽管有“滑移”这个词，但它是衡量轮胎固有变形的指标，而不是衡量滑动的指标。

阅读更多:一个虚拟的挡风玻璃，给你x射线视觉

现在想象一辆汽车在转弯时加速。如果前轮的打滑角度变化大于后轮的打滑角度变化，则说明该车转向不足。如果后轮的滑角变化超过前轮，那就是转向过度。

在一个恒定的半径上加速——比如我们的滑垫——一辆转向不足的汽车将需要越来越多的转向锁来保持在路线上;一辆转向过度的汽车需要的东西会越来越少。在极端情况下，一辆转向不足的汽车可能会头朝下翻;一辆转向过度的汽车会翻车。一个中性的人会在这两个极端之间摇摆不定。虽然中立性或者一点点的过度转向对于那些拥有超常的汽车控制能力的人来说是可以接受的，但是我们这些普通人要自信得多，也更安全，只是稍微有点转向不足。

无论是转向不足还是转向过度都不需要轮胎打滑，但在它们的极端情况下，会发生这样的情况:两辆车都偏离了预定的路线;然而，转向不足的例子离开鼻子第一;转向过度的执行一个地面回路。

解码一个侧壁

轮胎显然有各种各样的尺寸，所以让我们来解码一些命名压印在侧壁。2012款马自达Miata标准轮胎为205/50R16, V速。205是它的公称截面宽度，侧壁到侧壁，单位是毫米。50是它的外形或纵横比，它的侧壁高度除以截面宽度。R表示这个轮胎是放射状的。这个轮胎适合16英寸的轮子。直径。它的V速度等级意味着最高可达149英里/小时(240公里/小时)的安全性。

阅读更多:这个假肢可能会导致一辆精神控制的汽车

一个小的算术(结合unmix的英语和SI单位)可以确定很多关于一个给定的轮胎大小。如下图所示，我们的205/50R-16的截面宽度为8.1英寸。每个边墙，是这个的50%，四舍五入到4.05英寸。因此，安装在16英寸。车轮总成的总直径约为24.1英寸。，从而产生约75.7英寸的周长。

Miata也有一个“加1”选项，205/45R-17，到45的轮廓和增加相应的车轮直径。(这对整个周长有什么影响?这是一个简单的算术练习，没有挑战性。)顺便说一下，这个性能更高的选项具有相应更高的速度评级，W，最高可达168英里/小时(270公里/小时)。

轮胎的尺寸说明了很多:我们205/50R-16的正常宽度是205毫米(8.1英寸)。由于是50系列，其侧壁高度因此在4.05英寸左右。其16英寸的车轮，其总直径约24.1英寸。因此它的周长是π倍约75.7。(6.3英尺)。

大小很重要，但不是你怎么想

这是常见的性能升级，以适应更宽的轮胎，当然，提供的附加宽度是兼容的悬挂几何和挡泥板的间隙。例如，代替Miata的205/45R-17，为什么不适合235呢?它不会提供一个更大的接触补丁吗?

我最好的回答是“不一定”。它肯定会是一个更宽的接触区，但也可能相应地更短，从而产生大致相同的接触区。要解开这个谜团，请记住我们面对的是一个气动结构。而且，正如所有爆胎显示的那样，没有充气，轮胎承受不了多少负荷。

阅读更多:格兰姆时代在石灰岩接近尾声

也就是说，我们可以通过负载和充气压力得到一个很好的接触面积的估计(虽然不是接触形状):例如，一个轮胎支撑1000磅，充气到35psi，接触面积大约是28.6平方公里。在。也就是说,每一个平方。在。(我说“相当好”，因为这忽略了轮胎的侧壁和胎体对承重的贡献——但同样要记住，轮胎瘪了。)

那么为什么更宽的轮胎可以改善转弯呢?因为接触点的形状和面积一样重要。一个更宽的轮胎的更宽的接触补丁是更好地对付侧负荷，从而提供加强转弯。

另一个想法是:如果轮胎的胎体或侧壁是专门设计来承载更多的负载，那么所有的赌注都是不可能的。

介绍一些趣闻，包括一个轮胎制造商的成功故事

一般来说，较低的轮廓会带来更清晰的转向，更精确的操作，事实上，更可预测的性能。然而，最初，这个概念在舒适方面承担了巨大的代价。上世纪80年代，标准轮胎的侧壁与宽度之比约为78，通过观察汽车挡风玻璃上的雨刷，人们很容易就能认出60系列的“低调”轮胎。现在，完美舒适的轿车运行45系列。

趋势，特别是在车展和售后市场，是越来越低的轮廓和更高的车轮。255/20R-24是一个极端的例子，在极端情况下需要权衡利弊。橡胶比大多数金属都轻，在某一点上，较大的轮子对金属的贡献会变得极其不利。此外，最小的气动体积使轮胎和车轮更容易坑洞和类似的。例如，小于30系列，或大于20英寸。轮子是样式，不是功能。(这并不是说它有什么特别之处——在整整一代人的成长过程中，他们一直认为带鳍的汽车真的很酷。)

阅读更多:迷你的gps辅助自动传输是未来的趋势吗?

另一个关于外形的小问题是:如果低外形轮胎更好，那么为什么一级方程式赛车不用它们呢?因为国际汽联说他们不能。事实上，F1的规则非常严格地定义了轮胎/车轮包，结果是相当高的轮胎:大约245/65R-13s的前面，325/50R-13s的后面。奇怪的是，他们运行在一个相对较低的通货膨胀压力1.4巴(20.3 psi)。此外，F1规定限制空气中的充气气体，或者更有可能使用氮气。

剩下的人用氮吗?

我们的大气是由78%的氮/ 21%的氧加上少量的水蒸气和其他气体组成的。氮气分子比氧气分子大，因此充满氮气的轮胎不易漏气。消除水分有助于在较宽的温度范围内保持均匀的压力。

众所周知，汽车经销商为上路的轮胎提供充氮(有些甚至是免费的)。减少泄漏是一个优点。不过，专家们说，在典型的公路轮胎温度下，湿度的说法并不具有说服力。此外，他们指出，一个有意义的无水/氮气填充需要首先在轮胎上拉一个部分真空，以排出轮胎中已经存在的空气。

更重要的是定期监测你的车的轮胎压力。如今，新车型都配备了胎压监测系统(TPMS)。然而，并不是所有的tpm都是相同的。间接系统依赖于ABS硬件来评估滚动周长和识别充气不足的轮胎。不过，要注意的是，间接衡量并不会发现所有这四种货币的逐渐低估。直接系统监测每个轮胎的充气压力，但遗憾的是，它们也不能避免错误的警报。你自己的高质量的压力表是一个很好的投资。

阅读更多:美国军方开始使用无气轮胎

当然，还要注意轮胎是否有报废的迹象。当胎面花纹信号降至1.6毫米/0.063英寸左右时，在胎面花纹上加磨条。这大约是2/32英寸。-历史悠久的深度，以确保林肯的部分头部是覆盖时，你把他的1美分的形象到胎面凹槽。

你把我的备用的干什么了?

汽车制造商讨厌备用轮胎。它们占用了空间，增加了重量，还增加了成本。轮胎制造商不介意提供第五个全尺寸的产品，但即使是他们也觉得多余的是一种濒临灭绝的物种。这既是安全问题，也是营销问题。suv和轻型卡车倾向于保留它们的第五个标准轮胎。如今，大多数乘用车都配有临时/紧急的迷你备用件，甚至是充气罐。

还有平底鞋。胎体和侧壁可以设计为泄气的跛行能力。到目前为止，这些有时被称为“扩展移动性轮胎”的轮胎，在轮胎的“蛛网图”的其他方面，特别是在操控和舒适性方面，都有相当大的阻力。然而，每一代人都在进步。