作者：秦齐
轮胎，大家都熟悉，毕竟小时候骑的三轮车也有。但是你真的了解它吗？
上回说到，不少车型追求前后50:50的“梦幻”重量分布，更多的是工程师们对完美的渴望。而那些屁股比头沉的速度机器们，往往更注重骨感的现实。
现实情况中，因为有惯性的存在，车身会有不同幅度的摇摆，然后会影响各个车轮的重量分配，这一点在之前的文章中有过详细分析。
在这场与惯性的战斗中，人类的目的是将车辆死死地按在地面上，而我们手里唯一的武器，就是轮胎。能否用好这个武器，就成为了打赢这场战斗的关键。
轮胎是一辆车唯一与地面接触的部分，它通过橡胶与地面的摩擦力来提供牵引力、制动力，并为车辆转向提供侧向力。无论是从性能还是安全的角度来看，轮胎的重要性都不言而喻。
本节东八物理课，我带大家来深入了解一下我们熟悉又陌生的轮胎。
【轮胎特性一：正压力越大，抓地力不一定越大】
车的重量将轮胎压在路面上，使其发生形变，在施加外力后，就会产生摩擦力。中学物理书中有一个关于摩擦力的公式：F（摩擦力）=μ（摩擦系数）*N（正压力），对于车辆来说，公式左侧的F可以看作是轮胎的牵引力、制动力和侧向力，正压力N就是一个轮胎所承受的垂直方向的压力。
下图是轮胎的牵引力与正压力之间的关系图。细心的同学会发现，随着正压力的上升，牵引力快速增长，到达某个点时，牵引力增长的速度反而变缓了。
这是个神奇的事情。因为从公式来看，牵引力和正压力应该是线性关系，也就是上图中的那条虚线。物理老师告诉过我们，不同物体之间的摩擦系数不同，但没告诉我们的是，在不同的条件下，同一对物体之间的摩擦系数也是不同的。
正压力就是影响摩擦系数的因素之一。随着正压力的上升，摩擦系数反而会下降，所以才出现了前面提到的情况。轮胎的这种特性称为“轮胎载荷敏感性（Tire Load Sensitivity）”
而轮胎的载荷，除了来自于车辆本身重量，还有一部分来自于由惯性导致的载荷转移。所以，要想让轮胎发挥出最大性能，就得把转移到轮胎上的载荷控制在一个合理的范围内，最大限度地避免载荷敏感性带来的影响。
像保时捷911、法拉利488这种后部重量比较大的车，可以给宽大的后轮提供足够的下压力。在加速的时候，惯性带来的载荷转移，又可以进一步增加后轮下压力，在合理范围内提高轮胎的牵引力。
【轮胎特性二：接地面积越大，抓地效果越好】
之所以会出现前文提到的，正压力增大，摩擦系数降低的情况，是因为当接地面积相同时，更大的正压力带来了更大的压强（压强=压力÷受力面积），导致轮胎接地部分的分子链结构发生急剧变化，降低了橡胶的弹性，从而削弱了摩擦系数。
所以，要想减小这个现象，就要加大受力面积，也就是轮胎的接地面积（Contact Patch），从而减小轮胎接地部分的压强，减缓对摩擦系数的影响。在下压力保持不变的条件下，加大接地面积，不仅可以缓解载荷敏感性，还可以增加轮胎的牵引力和侧向力。
更大的接地面积可以通过更换比较宽的轮胎来实现。由于减轻了正压力对摩擦系数的影响，在同等压力水平下，轮胎可以提供更多牵引力。也就是说，大马力发动机能更放心地输出强大的动力，不会让驱动轮过分空转。
所以我们可以看到那些超跑们，还有美国的那些跑0-4的怪兽，都有着一对宽大厚实的“后脚”。
【轮胎特性三：“鱼和熊掌不可兼得”】
轮胎既要在纵向上提供牵引力、制动力，又要在横向上提供侧向力，这两个方向上的力不可兼得。就好比两个人吃一张饼，一张饼就这么大，你多吃一口，别人就不得不少吃点。
上图中的这张“饼”叫做牵引力圆，可以比较直观地描述一个轮胎的受力状况。竖直方向的上下分别表示牵引力和制动力的大小，水平方向上分别是向左和向右的侧向力的大小。
在这个圈圈以内，都是轮胎的安全区。就是说，无论纵向力和横向力如何变化，只要它俩的合力不超过这个圈圈，轮胎就可以尽情撒欢。
举个栗子，如果某时某刻轮胎受到一个向前的牵引力，同时又受到一个向右的侧向力，那么图中斜向上的那个力，就是轮胎所受的合力。但是，一旦有一个方向用力过猛，合力突破了安全区，嗯...漂移时间到。
而那些高性能胎，米胖子Pilot Sport Cup 2，马牌MC6什么的，它们之所以强大，抓地力比你的轮胎好，简单说的话，是因为这个：
【轮胎特性四：轮胎扭一扭，车子就拐过去了】
之前在《50:50，到底图个啥》这篇文章中安利过轮胎滑移角的概念，指的是在车辆转弯时，轮胎接地部分扭转的角度。
这个角度越大，轮胎所能提供的侧向力就越大。但当它达到某个数值之后，侧向力开始下滑。其实这个也跟摩擦系数有关。滑移角变大意味着轮胎的形变也大，形变部位的分子链结构也就发生变化，进而影响摩擦系数。
另外，滑移角的大小跟正压力是成正比的。这个很好理解，找块橡皮，像这样按在桌面上扭，先轻点按，然后再使劲压着它扭，看看有啥区别。
这个现象再次体现了载荷控制的重要性。若是在过弯时，轮胎载荷过大，导致滑移角过大，超过了最佳性能范围，侧向力就会下降，最终降低过弯极限。
【轮胎特性五：越热越兴奋】
随着轮胎温度的升高，轮胎与地面之间的摩擦系数也就越大，轮胎的抓地力也随之提升。但跟轮胎滑移角一样，如果温度提高太多，轮胎的性能还是会降低。这是橡胶这种材料本身的特性，不同种类的橡胶，对温度的敏感度也不一样。
像我们经常听说的热熔胎，在温度升高之后，轮胎表面会融化成凝胶状态，能提供极佳的抓地力。但在这个状态下的轮胎，自身磨损也很快，使用寿命很短，属于杀敌一千自损八百的办法。
【总结】
轮胎打不得骂不得，若是稍微做点出格的事，它就可能让你后悔一辈子。
下压力，接地面积，都会影响轮胎性能的发挥。纵向力和横向力此消彼长的关系，又把轮胎限制在了一个不敢轻易突破的禁区。
另外，由于惯性，车辆在加速、减速、转弯的时候，会导致载荷转移，最终的结果就是影响轮胎受到的下压力，影响滑移角，从而影响轮胎的抓地力。除此之外，幅度过大的车身动态，还会波及到车轮，使轮胎得接地面积和滑移角发生变化，这又会影响到抓地力。
所以要想让轮胎乖乖听话，就得顺着它的这些性子来，摸透它的性格，然后才有可能将其玩弄于鼓掌之间。
