輪胎的摩擦力從哪里來？
不管汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)再如何強(qiáng)大，變速器的匹配再如何天衣無縫，真正把動(dòng)力傳達(dá)到地面，依靠摩擦力推動(dòng)汽車前進(jìn)的，仍舊只是這四條輪胎。可以說，這四條輪胎接地的不過A4紙的面積，真真正正在很大程度上決定了汽車的動(dòng)態(tài)表現(xiàn)如何。
從最基本的地方來說，到底輪胎的摩擦力有多大呢？我們把輪胎接地的地方看成是一塊橡膠皮，牛頓爺爺?shù)睦碚摳嬖V我們，當(dāng)我們輪胎與地面接觸的靜摩擦系數(shù)，正壓力一定的時(shí)候，這塊橡膠皮的摩擦力就是可以被計(jì)算出來的。這里，我們進(jìn)一步來說，如果我們把這個(gè)摩擦力的方向擴(kuò)展到整個(gè)路面平面的話，這個(gè)最大靜摩擦力就構(gòu)成了一個(gè)圓。

根據(jù)最基本的摩擦理論，由于滑動(dòng)摩擦力一般小于靜摩擦力，因此這個(gè)輪胎，哦不，這塊橡膠皮能提供的最大摩擦力，就是這個(gè)圓形的藍(lán)色圓所表達(dá)的范圍了。為了簡單起見，我們稱這個(gè)圓叫做“摩擦圓”。
但是輪胎可不是簡單的一塊橡膠皮，實(shí)際上輪胎在使用過程中，車輛不停的重心轉(zhuǎn)移會(huì)給輪胎造成不同的形變，再加上輪胎的尺寸，轉(zhuǎn)速，結(jié)構(gòu)各不相同，實(shí)際上輪胎在平時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，是一種“半滾半滑”的狀態(tài)。別擔(dān)心，這里面的“滑”并沒有大家想象的那么嚴(yán)重的摩擦，相反，它是輪胎動(dòng)力學(xué)里面一個(gè)非常重要的組成部分。

在現(xiàn)代汽車輪胎動(dòng)力學(xué)里面，工程師們使用很多很多的方法，用各種不同的數(shù)學(xué)模型來模擬輪胎這個(gè)看上去簡單實(shí)際上很復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。由于輪胎的配方，花紋，尺寸等等條件差距很大，輪胎模型的研究依舊是汽車動(dòng)力學(xué)研究中的熱點(diǎn)之一，現(xiàn)在人們依舊在不斷地繼續(xù)探索著一種更好，更優(yōu)秀的輪胎數(shù)學(xué)模型。但是，我們前面介紹的輪胎摩擦圓，則作為最基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)，默默地發(fā)揮著它的作用。
前面的探討中說過，當(dāng)正壓力越大，摩擦力就越大。上面這張圖里面，藍(lán)色，綠色和紅色的線代表了不同的對(duì)輪胎的壓力，藍(lán)色最大，紅色最小。而坐標(biāo)軸的橫軸和縱軸則代表了兩個(gè)不同方向的摩擦力。這是一次對(duì)輪胎摩擦力的極限測試，我們可以看到，所有那些測試的數(shù)據(jù)（點(diǎn)點(diǎn)）最后都能夠包絡(luò)成我們計(jì)算得到的輪胎摩擦圓邊緣。這個(gè)輪胎的摩擦圓并不是一個(gè)正圓而是一個(gè)橢圓，是因?yàn)檩喬サ幕y和結(jié)構(gòu)具有明顯的方向性，這導(dǎo)致了輪胎實(shí)際上在正對(duì)方向和側(cè)面方向能提供的最大靜摩擦力是不同的。不論再怎樣測試，輪胎的摩擦力一定不會(huì)超出我們通過模擬計(jì)算得到的那個(gè)輪胎摩擦橢圓。這就是輪胎的極限，也是汽車操控性的極限。
G力表是什么？
所謂G力，也就是側(cè)向加速度與重力加速度的比值。由于我們的重力加速度9.8米/秒^2基本是一個(gè)固定值，因此這個(gè)比值越大，代表當(dāng)前的側(cè)向加速度就越大。當(dāng)表值讀數(shù)為1，意味著在這個(gè)方向上你所受到的加速度恰好等于一倍重力加速度。這樣的一個(gè)表，在很多的跑車上都有提供，他對(duì)于車手分析賽車在過彎時(shí)的動(dòng)態(tài)很有幫助。

輪胎是汽車唯一與地面接觸的點(diǎn)，也就是說，輪胎所受到的靜摩擦力，直接決定了汽車在各個(gè)方向的加速度大小。輪胎能提供的摩擦力有限，那么這輛車在各個(gè)方向上的加速度就有限。這些加速度，就很大程度上決定了這輛車到底有多快的加速，減速，過彎。
熱熔胎，顧名思義，它幾乎就是黏在地面上的輪胎，擁有比普通輪胎大得多的摩擦系數(shù)。這就是說，對(duì)于同樣的車重和重量轉(zhuǎn)移，熱熔胎擁有比普通輪胎更大的摩擦圓，也就能讓這輛車的最大G力變得更大，加速減速過彎更凌厲。這就是為什么，半熱熔胎和熱熔胎比普通輪胎能夠顯著提升圈速的原因。
研究這些對(duì)我們的駕駛有什么用嗎？
當(dāng)然有用！首先說說一個(gè)賽車中的駕駛技巧– Trail Braking。Trail Braking最早出現(xiàn)在摩托車運(yùn)動(dòng)中，現(xiàn)在已經(jīng)成為了廣大賽車運(yùn)動(dòng)中一個(gè)重要的基礎(chǔ)技巧。
Trail Braking簡單的說，就是賽車手在入彎的時(shí)候，剎車力度逐漸減小，過了彎心之后加速度逐漸增大的過程。在爭分奪秒的賽車中，車手總是希望能夠充分，盡可能的利用每一分輪胎的抓地力來獲得更快的速度。但是很多時(shí)候?yàn)榱四軌驅(qū)崿F(xiàn)迅速減速加速，過大的重心轉(zhuǎn)移又導(dǎo)致很多時(shí)候車輪對(duì)地面的壓力降低甚至懸空，這個(gè)時(shí)候懸空的輪胎無法提供任何作用力，也是車手所不希望看到的。這個(gè)時(shí)候，Trail Braking就派上了用場。
實(shí)際上，當(dāng)輪胎的摩擦力全部用來提供給加速或者減速的時(shí)候，它就幾乎無法提供任何轉(zhuǎn)向的摩擦力。同理，如果當(dāng)輪胎的摩擦力全部用于驅(qū)動(dòng)車輛轉(zhuǎn)向，它就很難為車輛的加速和減速提供任何作用。這聽起來似乎非常難以理解，但是實(shí)際上，當(dāng)車輛趨近于極限狀態(tài)時(shí)，輪胎的動(dòng)態(tài)的確如此，這樣也就是后來ABS系統(tǒng)設(shè)計(jì)的契機(jī)之一。
那么，當(dāng)賽車手能夠非常精確而穩(wěn)定的控制踏板與轉(zhuǎn)向的關(guān)系的時(shí)候，就會(huì)選擇在不需要轉(zhuǎn)向的直路末尾全力制動(dòng)，之后隨著轉(zhuǎn)向角度的逐漸變大，制動(dòng)力量逐漸變小，輪胎可以額外的提供轉(zhuǎn)向力矩。當(dāng)?shù)竭_(dá)彎心的時(shí)候，全部的摩擦力都作用在了車的轉(zhuǎn)向上面。之后賽車逐漸出彎，轉(zhuǎn)向角度逐漸變小，輪胎的摩擦力又變成了驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)的動(dòng)力。在整個(gè)Trail Braking的過程中，賽車手通過精確控制油門制動(dòng)踏板與轉(zhuǎn)向的配合，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)彎全程讓輪胎一直工作在接近摩擦圓邊緣的極限位置，也就是始終充分的利用著輪胎的全部抓地力。這個(gè)時(shí)候，不僅制動(dòng)和加速更平滑，重量轉(zhuǎn)移更小，而且車輛在過彎時(shí)的速度也更快，這對(duì)于賽車運(yùn)動(dòng)來說，是非常基礎(chǔ)而有效的。
然而普通人下賽道，掌握這項(xiàng)技術(shù)的機(jī)會(huì)少之又少。對(duì)于絕大多數(shù)普通駕駛員來說，當(dāng)我們遇到危險(xiǎn)，第一反應(yīng)就是拼命踩下剎車并且迅速打方向規(guī)避。然而實(shí)際上，一旦輪胎抱死，車頭很多時(shí)候并不是那么聽話，不轉(zhuǎn)彎，反而直愣愣的沖向前方（請勿在普通道路嘗試），從而發(fā)生危險(xiǎn)。實(shí)際上這時(shí)候，我們一方面需要輪胎的大力制動(dòng)減速，另一方面又要它轉(zhuǎn)向，輪胎無法提供這么大的摩擦力（抓地力），就出現(xiàn)了打滑（抱死），之后輪胎就失去了很大一部分轉(zhuǎn)向或者制動(dòng)功效，因?yàn)榛瑒?dòng)摩擦力小于最大靜摩擦力，導(dǎo)致車輛失去控制。
我們并不能要求每一個(gè)駕駛員都擁有賽車手般對(duì)車輛的精確掌控，但是汽車工程師們卻用電子設(shè)備為我們設(shè)下了極限情況下的駕駛輔助保障。這就是廣為人知的ABS，ESP系統(tǒng)。
現(xiàn)代ABS/ESP系統(tǒng)，在充分制動(dòng)的同時(shí)，也保留了一些輪胎的剩余抓地力，來滿足駕駛員的轉(zhuǎn)向要求。同時(shí)輔助以驅(qū)動(dòng)力/制動(dòng)力分配系統(tǒng)等部分的協(xié)同合作，使得汽車的輪胎始終工作在一個(gè)接近極限摩擦力的位置。當(dāng)駕駛員遇到緊急情況時(shí)，不僅大力制動(dòng)不再會(huì)抱死車輪，同時(shí)還能對(duì)車輛的方向進(jìn)行一定的控制，從而保證車輛安全緊急變線。在這些電子輔助設(shè)備普及以前，這樣緊急的操作只有非常熟練的駕駛員或者賽車手才能夠做到，尤其是在雨雪天氣，輪胎的最大靜摩擦力不足的情況下，更是需要對(duì)車輛極其細(xì)膩的控制。有了電子設(shè)備的輔助，普通駕駛員也能夠?qū)崿F(xiàn)緊急變線時(shí)車輛的穩(wěn)定。
說了這么多，其實(shí)這些操作和輔助系統(tǒng)的本質(zhì)，仍舊是讓駕駛員能夠充分利用輪胎的每一分摩擦力，尤其是當(dāng)我們需要車輛一邊改變縱向加減速度一邊改變側(cè)向的轉(zhuǎn)向時(shí)，充分利用輪胎，讓最大靜摩擦力逼近摩擦圓的邊界，是汽車極限操控所不懈追求的，也是危險(xiǎn)狀況下汽車安全操控的保障。
（來源中國輪胎商務(wù)網(wǎng)）