轮胎工作原理

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。

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	滚动摩擦系数
滚动阻力较低的汽车轮胎	0.006-0.01
普通汽车轮胎	0.015
卡车轮胎	0.006-0.01
火车车轮	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。