1. 什么是扁平比?
扁平比,又称扁平率(flatness ratio),百度百科定义如下:
扁平比是轮胎的一项数据,指轮胎横断面高度占其横断面最大宽度的百分比,简单地说就是轮胎的高宽比,如下图所示。通俗来讲,轮胎越高瘦,扁平率数值越大,轮胎越矮胖,扁平率数值越小。
2.低扁平的轮胎与高扁平的轮胎相比,有哪些优势与不足。 (其实这些在其他的人的回答中已经可以找到一些答案,为了回答的完整性,在这里仍然作答)
低扁平的优势:
a.提高胎侧刚性,提高行驶的操纵稳定
b.提高轮胎高速性能,例如速度级别为V级的轿车轮胎扁平比至少为60系列以下系列。一般速度越高,扁平比系列越低。
c.减轻轮胎重量和降低轮胎滚动阻力系数,节省燃油,减少废气排放。
d..改善磨耗均匀性,从而提高轮胎使用寿命
低扁平的劣势:
a. 缓冲性能下降,轮胎舒适性受到影响
b.轮胎断面和行驶面增宽,导致接地面中心的水不易排出,所以湿滑性能有所下降
c.胎面胶昂贵,低扁平轮胎胎面用量较多,成本上升d.低扁平轮胎制作难度较大,不合格率较高,造成成本上升
所以,低扁平的轮胎有很多优势,操稳性能好,高速性能好,耐磨损,滚阻小。这么多优点,为什么不是所用的轮胎的扁平比都很低呢,原因在于,低扁平轮胎的舒适性下降,湿滑性能下降, 然而普通民用车却不需要如此之高的操稳性能及高速性能,此外对于轮胎制造者,低扁平后的成本上升也需要考虑,权衡之后:并非所有车辆都用到扁平率很低的轮胎,例如30系列。
而对于高性能的跑车,赛车来讲,行驶速度快,对操纵性能更加依赖,舒适性就被放到第二位考虑,或者通过其他补偿性措施来弥补舒适性的缺失,当然这会造成成本上升,售价变高。然而这些对于高性能跑车,赛车车主来讲,并不算是问题。
总之:高性能的车偏爱低扁平轮胎
3.低扁平轮胎可以提高轮胎胎侧刚性,提高行驶的操纵稳定性的原因
忽略次要因素,我们建立一个轮胎模型,如图2,等会儿我们会讲到,讨论操纵稳定性的时候,胎侧都处于剪切状态,或者一种单臂梁受载荷作用弯曲状态。类似于风把小树苗吹弯一样,风就是那个力,小树就是那个短棍。
汽车在行驶过程中,由于路面的侧向倾斜,侧向风或者曲线行驶时的离心力等的作用,车轮中心沿车轴方向产生一个侧向力F。因为车轮是有弹性的,所以,在侧向力F未达到车轮与地面间的最大摩擦力时,侧向力F使轮胎产生变形,使车轮倾斜,导致车轮行驶方向偏离预定的行驶路线。这种现象,就称为汽车轮胎的侧偏现象。 巴拉巴拉一堆,没有对这方面深入了解过的同学们怕是不大明白轮胎怎么就侧偏了,注意到上面轮胎侧偏是因为有侧向力,而且这个时候轮胎没有横向滑移。举个例子:李雷和韩梅梅并排走在路上,李雷挤着韩美美走,韩美美不好意思就得往旁边走,每走一步,除了往前,还稍微偏了一点(远离李雷的方向),越往前走越偏,然后韩美美就被挤到沟里去了。在这个过程中,韩美美并没有被挤的滑出去。如果他们是并排溜冰,李雷还是挤韩美美,韩美美就滑出去了。前面那种没有滑移的叫侧偏现象,后面这种现象被称为横向滑移。
侧偏的原因就是因为轮胎的侧向弹性。如果胎侧刚度大,则相同侧向力下,侧偏程度就小。
评价侧偏程度有一个名词,叫侧偏刚度。侧偏刚度不完全等于胎侧刚度,但也没必要深入追究,他们的变化趋势是一样的,所以可以近似的看成完全相同的。
前面说低扁平轮胎的胎侧刚度更大,那么也就是说,低扁平轮胎的侧倾刚度更大。
下面来讲,低扁平轮胎提高胎侧刚性,提高行驶的操纵稳定性。
操纵稳定性的评价参数有很多,例如转向盘角阶跃输入下的车辆稳态响应,横摆角速度相应特性,转向盘中间位置操纵稳定性,回正性,转向半径,转向轻便性,直线行驶性能,典型行驶工况性能,极限行驶能力。但其中很多性能并非只是跟单一的胎侧刚性有关系,并不是说所有的胎的胎侧刚性变好,就能增加行驶的操纵稳定性。一个具有转向不足特性的车辆,在不改变其他条件的情况下,只提高前胎的扁平率有可能降低车辆的操纵稳定性的。在不提其他条件,只提提高胎侧刚性能提高行驶的操纵稳定性,只能体现在直线行驶性能上面,前轮的扁平率降低,导致胎侧刚性升高,侧偏刚度升高,车辆越不容易发生侧偏现象(就像树苗越粗,刚度越高,越不容易被吹弯)。在发生侧偏时,路面会给轮胎一种抵抗侧偏的力矩,叫做回正力矩(在这里不介绍回正力矩的产生原理,有兴趣的可以自行查资料,或与我探讨)。不予证明的给出结论,轮胎扁平率降低会造成回正力矩升高,抵抗轮胎侧偏。总之,低扁平轮胎在保持直线行驶方面可以提高行驶稳定性。当然,低扁平轮胎配合其他参数,在很多方面可以提高车辆操纵稳定性。
操纵稳定性的终于讲完了,感觉理解这一点是最难的,需要看很多资料,并真正理解侧偏模型才能真正的理解,如果大家想了解车辆的综合操纵稳定性,最好是能弄清楚转向盘角阶跃输入下的车辆稳态响应这个
,并知道轮胎的侧偏特性是怎么样影响到车辆的操纵稳定性的。
有意思的是,跑车采用后轮低扁平轮胎来增加操纵稳定性,而很多普通民用车则不采用这种设计,其实有一些民用车还采用了前轮低扁平的设计。大家可以去思考这些设计的精妙之处,如有需要,我们可以一起探讨。
4.低扁平轮胎可以减轻轮胎重量和降低轮胎滚动阻力系数。( 我又不能给大家详细讲解了,但跟其他答案不同,我不会从因为A,所以Z这么大跨度的给大家一个模糊的答案,我希望给大家一个简洁却不缺少推理的严谨答案。大家在看到答案以后,如果想继续探究那些细节的推导过程,我可以给你提供参考资料,必要的时候,我可以提供一些解答。当然我也是才疏学浅,答案中自然有纰漏,也不一定能回答所有提出的问题,虽不能,心向往之)。
关于减轻轮胎重量,我现在手头上没有足够的实验数据,在这里先不推导,认为其没问题。
滚动阻力产生的根本原因在于橡胶材料的迟滞效应。橡胶属于粘弹性材料,粘弹性材料都会有一种迟滞现象(就是给材料一个力,材料并不会马上反应,而是一会儿才反应出现变形。简化的很厉害,大家姑且这么理解)。这样一来就有能量损失了,体现在力上面就产生了滚动阻力。
在粘弹性材料的滚动阻力计算中,有一个公式(在这里不写出来了),从公式中可以得到减少滚动阻力的办法:
a. 减少轮胎变形
b. 改善轮胎用材料
c. 减少轮胎的体积或重量在材料不变的情况下,低扁平轮胎胎侧刚度大变形小,而且重量减轻,所以可以降低滚动阻力系数。
5.低扁平轮胎可以提升高速性能
这个也比较好理解,低扁平轮胎的滚动阻力小,高速时产生的热量少,所以可以适应更高的速度。考虑到轮胎驻波现象(驻波现象产生时,轮胎看似产生静止的波,这时轮胎变形剧烈,迅速破坏),试验表明,低扁平轮胎的驻波临界速度更高,更适合高速行驶。