牽引力的較量

文：[ 美 ] 吉姆·艾倫（Jim Allen） 編譯：張 磊

內(nèi)容選自《四驅(qū)車越野寶典》

牽引力的較量

文：[ 美 ] 吉姆·艾倫（Jim Allen） 編譯：張 磊

內(nèi)容選自《四驅(qū)車越野寶典》

牽引力是發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩與輪胎抓地力之間通過動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行的較量。從微觀角度看，這種較量是一個(gè)變化無常的、非常復(fù)雜的方程式；而從宏觀上看， 則多是可以預(yù)測的。很多因素有助于提高或降低牽引力。

地面條件 牽引力控制的首要因素是地面。有兩個(gè)基本屬性決定了地面可以提供的牽引力：表面強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度。表面強(qiáng)度表示地面是否可以支撐車身重量。如果不能支撐車身重量，輪胎將陷入軟地中。雪地、沙地和泥地，是最常見的表面強(qiáng)度較低的地面條件。影響牽引力的第二個(gè)因素是地面的抗剪強(qiáng)度?？辜魪?qiáng)度可以控制輪胎能夠擁有多大的抓地力。如果抗剪強(qiáng)度較低，則地面將裂開，從而導(dǎo)致車輪打滑。柏油、混凝土、硬石塊以及其他類似路面擁有較高的抗剪強(qiáng)度，而沙地、松土、礫石、爛泥等路面的抗剪強(qiáng)度則比較低。

任何路面的可用牽引力都可以用結(jié)合了輪胎抓地力和地面條件的一個(gè)系數(shù)來表示。完美的牽引力表示為1.0。大多數(shù)四驅(qū)車上使用的“普通”輪胎類型在鋪裝路面上行駛時(shí)，該系數(shù)為0.60～0.80 ；而高性能城市輪胎則可以達(dá)到0.90 以上。根據(jù)輪胎的不同，冰面上的該系數(shù)約為0.15～0.20。爛泥路面約為0.20～0.40， 而松土路面則可能達(dá)到0.50 的高值。牽引力系數(shù)會(huì)根據(jù)輪胎和地面條件的組合而變化無常。盡管它可能表示為一個(gè)絕對(duì)值，但實(shí)際上這些數(shù)字都是結(jié)合“平均” 輪胎和“平均”泥濘程度的一個(gè)平均值。

輪胎 在牽引力方程所涉及的所有車輛元素中， 輪胎是最大的控制因素。輪胎抓地力會(huì)因?yàn)榈孛鏃l件和輪胎的設(shè)計(jì)而不同。胎面花紋和橡膠的成分是輪胎設(shè)計(jì)中的主要變量。在硬質(zhì)路面上，橡膠的配方會(huì)起到更大的作用。在硬質(zhì)、干燥路面上，橡膠配方將決定抓地力的75% 到80%。橡膠越軟，抓地力越強(qiáng)。

根據(jù)不同的設(shè)計(jì)，各種橡膠配方在柔軟度方面會(huì)存在差異。偏軟的配方在硬地條件下抓地力更加卓越，但磨損也更快。找到最佳的組合是輪胎制造商永恒的奮斗目標(biāo)。高性能輪胎，無論是用于城市車輛或四驅(qū)越野車，都偏向于更軟、更大抓地力的配方，但良好的胎面設(shè)計(jì)也可以讓更硬、更持久耐用的輪胎配方與軟橡膠一較高下。

硬地面的抓地力歸根結(jié)底取決于輪胎上承受的重量和地面的抗剪強(qiáng)度。在一定的范圍內(nèi)，重量越大，即意味著牽引力越大，但更大的重量同時(shí)又要求更大的牽引力，因而兩者的平衡在這種情況下會(huì)呈現(xiàn)螺旋式上升。泥地胎在巖石上的表現(xiàn)也很出色，因?yàn)樗鼈冇泻芏嗫障?，可以在胎面的每一個(gè)小塊上增大對(duì)地壓強(qiáng)。很多車輛可以通過粘緊在巖石上的一個(gè)胎面凸塊，借助重量的集中作用，爬上原本不可能登上的陡坡。

摩擦系數(shù)

摩擦系數(shù)表示由輪胎抓地力和地面條件決定的可用牽引力，1.0 為最高牽引力。在實(shí)際的情況下，該數(shù)值是一個(gè)平均值，并且始終小于1，而且在四驅(qū)越野環(huán)境下會(huì)更小。

在軟地上，胎面設(shè)計(jì)對(duì)于建立輪胎的整體牽引能力將會(huì)起到主要作用（高達(dá)75%），胎面的楔形邊緣可以像水中的槳一樣提供牽引力。在軟地環(huán)境下，輪胎的浮度性能也會(huì)發(fā)揮作用。輪胎保持在地面以上的能力至關(guān)重要。首先，輪胎沉陷越深，阻力就越大，從而也就需要更大的牽引力來克服。

浮度性能是由輪胎尺寸，或者準(zhǔn)確地說是由車重對(duì)應(yīng)的地面輪胎壓痕決定的。壓痕較大時(shí)，車重會(huì)在較大面積的地面上分散開來。對(duì)地壓強(qiáng)的測量單位是磅每平方英寸（psi，或同等的公制單位），且數(shù)字越小， 意味著浮度性能越好。

在一臺(tái)車重為4 500 磅的車上使用一組235/75R- 15 輪胎。在35 psi 的壓力狀態(tài)下，這些輪胎的壓痕約為6.5×6 英寸，或者每個(gè)輪胎約39 平方英寸，再乘以4 個(gè)輪胎。假定重量分布為50/50（在任何前置發(fā)動(dòng)機(jī)車輛上不太可能），對(duì)地壓強(qiáng)為每平方英寸28.8 磅（4 500÷(39×4) ＝28.846）。如果減小這些235 輪胎的胎壓，每個(gè)輪胎的壓痕將增大至61.2 平方英寸， 對(duì)地壓強(qiáng)則會(huì)減小至18.4 psi。如果升級(jí)為33×12.50- 15 輪胎，充氣至35 psi 時(shí)的壓痕產(chǎn)生的對(duì)地壓強(qiáng)為20.4 psi，和減小胎壓后的235/75R-15 輪胎產(chǎn)生的對(duì)地壓強(qiáng)幾乎相同。當(dāng)胎壓減小至15 psi 時(shí)，升級(jí)輪胎的對(duì)地壓強(qiáng)為13.7 psi，小于完全充氣的小尺寸輪胎對(duì)地壓強(qiáng)的一半。因?yàn)檩喬毫虺叽缫鸬膶?duì)地壓強(qiáng)的這些變化，可能意味著是否會(huì)沉陷。

最后請(qǐng)記住，上述計(jì)算沒有考慮到輪胎的空隙。例如，泥地輪胎的壓痕只有70% 直接接觸地面。其余部分是胎面上的開放空隙。全地形輪胎的胎面則可能有85% 直接接觸地面。但是泥地輪胎如果略微陷入地面一點(diǎn)點(diǎn)，間隙將會(huì)填滿，浮度性能也會(huì)相應(yīng)增加。

整車重量 車輛越重，保持牽引力所需的輪胎抓地力越大。同時(shí)也需要更大的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和合適的換擋。為輕型或中型車輛找到并安裝大尺寸輪胎，以提供充足的抓地力，使其表現(xiàn)更出色，這樣做雖然相對(duì)比較容易，但隨著車重的增加，這種做法也會(huì)越來越難。我們的確可以使用大尺寸輪胎，但是安裝它們所需的改裝可能會(huì)比較復(fù)雜。

重量轉(zhuǎn)移 牽引力也會(huì)根據(jù)重量轉(zhuǎn)移而改變。當(dāng)你爬坡時(shí)，重量將從前部向后部轉(zhuǎn)移。下坡時(shí)，則會(huì)從后向前轉(zhuǎn)移。同樣，如果在邊坡上，重量將從坡頂一側(cè)向坡底一側(cè)轉(zhuǎn)移。連接上懸掛裝置后，當(dāng)某一個(gè)輪胎在懸掛行程的頂端，而另一個(gè)輪胎在懸掛行程的底端時(shí)，上方輪胎將承受最多的重量。

輪胎浮度性能（輪胎行駛在松軟地面上防止沉陷的能力）：

如果輪胎讓車輛沉陷至車橋和底盤接觸地面的位置，則車輛的牽引力通常無法再克服由此產(chǎn)生的阻力。

實(shí)際的重量轉(zhuǎn)移量取決于很多因素，包括坡度以及車輛的重心。通常而言，長軸距車輛比短軸距車輛的重量轉(zhuǎn)移略小。在約25 度的坡度時(shí)（緩坡），朝上一側(cè)向朝下一側(cè)的重量轉(zhuǎn)移為5%～10%。

輪胎抓地力在硬地上部分取決于重量，或者更準(zhǔn)確地說，取決于對(duì)地壓強(qiáng)。更大的重量或者對(duì)地壓強(qiáng)，可以產(chǎn)生更大的抓地力，但抓地力與重量變化并不成正比。增加25% 的重量并不一定意味著抓地力增大25%。在很多情況下，總抓地力可能會(huì)減小，因?yàn)轭~外的重量可能超過輪胎的極限抓地力。同樣，減小輪胎所受重量將會(huì)減小牽引力，但與重量減輕也不成正比。在給定的壓力條件下，每一個(gè)輪胎都有一個(gè)載重范圍，此時(shí)的抓地力相對(duì)穩(wěn)定。超過或低于該范圍， 抓地力將減小。不幸的是，這個(gè)范圍很難明確標(biāo)出， 因?yàn)樵谳喬ピO(shè)計(jì)和制造過程中存在諸多差異。于是該范圍成了“憑感覺”決定的結(jié)果，而每一位駕駛者也只能通過感受來學(xué)習(xí)。但你可以預(yù)知以下事項(xiàng)：

1）輪胎壓痕較小時(shí)將比壓痕較大時(shí)更快地失去抓地力。

2）后輪胎在上坡時(shí)可能因?yàn)檫^載而打滑；前輪胎則可能因?yàn)樨?fù)載不足而打滑。

3）下坡時(shí)情況相反。

4）鉸接軸通常首先在低位置的最低負(fù)載輪胎上打滑。

5）如果采用十字軸（彼此相對(duì)鉸接的車軸），兩個(gè)或任意一個(gè)低位置輪胎將首先打滑。

扭矩倍增與抓地力 任何輪胎或任何地面條件產(chǎn)生的抓地力都可以借助扭矩來克服。即使最好的輪胎或者牽引面都可以由充足的扭矩來克服。來自發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩在傳送到輪胎之前，通過動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)倍增。如果發(fā)動(dòng)機(jī)在給定的轉(zhuǎn)速條件下可以產(chǎn)生100 磅英尺磅英尺的扭矩，1 擋的傳動(dòng)比為4∶1，分動(dòng)箱低速擋傳動(dòng)比為2∶1，驅(qū)動(dòng)橋減速比為4∶1，則傳送至車輪上的扭矩將是3 200 磅英尺（100×4×2×4 ＝ 3 200）。扭矩將和4 個(gè)車輪的抓地能力以及地面的抗剪阻力相互對(duì)抗。這就意味著，在有些情況下，你必須減小傳送至輪胎的扭矩以保持牽引力。而要做到這一點(diǎn)，既可以減小油門，也可以使用更高的擋位來降低扭矩的倍增比率，或者替換車輛的動(dòng)力，從而允許使用更高擋位，減少對(duì)抓地力的需求。