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發表者： 冷日 發表時間： 2007/3/9 4:55:48
淺談防禦駕駛─輪胎篇
AUTONET記者：江明翰
在談輪胎之前，我們先談談抓地力這個部分，當物體離地那一面與地面上相互作用
時，稱為磨擦力，而磨擦力若用在輪胎與地面的交互作用力部分，我們稱之為「輪胎抓地力(亦簡稱抓地力)」。因為車輛與地面接觸的部分只有輪胎而已，所以車輛之所以能加速、轉彎、煞車，全都可以視為是輪胎與地面間作用力的結果。就好似人能走路、跑步或停止，也都跟腳與地面間的作用力有關。試想如果鞋底磨平了，我們可能走樓梯或地面濕滑會滑倒會滑倒。而將人換回車來談，想當然爾輪胎與地面間的作用力，是影響車輛動態特性的關鍵。前面說過輪胎與地面間的作用力稱抓地力，而顧名思義，抓地力就是輪胎能夠抓住地面的力量，也就是輪胎與地面的摩擦力（F）。其大小由當時輪胎之垂直荷重（N）與當時輪胎-地面間的摩擦係數（μ）決定，亦即F=μN。輪胎抓地力的組成與功用抓地力可依輪胎滾動方向區分為縱向力（煞車或驅動力）與橫向力（轉向力），這些作用力在車輛上扮演的角色，基本上可以從縱向、橫向及垂直三方向來區分，不管是起步、加速、煞車、轉彎、操控甚至舒適性能等均與車輛展現的特性息息相關，甚至也會影響到車輛過彎時轉向適中、不足、過度等問題。因此時常檢查、關心一下自己車輛的輪胎，是必要且很重要的一件事！
輪胎的主要功能
輪胎裝在車子上能幹嘛？是裝好看的嗎？非也！輪胎對於車子行進而言是很重要的存在呢！輪胎的主要功能有︰
（1） 提供前進、煞車的作用力：車輛的前進和煞車必須靠輪胎與地面間的縱向抓地力，若一輛車在冰上起步或煞車，一定比在一般柏油路面上難上很多。在許多高緯度的國家，冬天路面積雪結冰時，就必須預留很長的緩衝空間，起步時也必須用特殊的檔位（如2檔）或配置TCS系統，以減緩輪胎空轉的現象。
（2） 提供改變與維持方向的作用力：除了縱向抓地力，輪胎橫向的抓地力是提供車輛轉彎以及維持直行穩定之用。而由於輪胎橫向的摩擦力會隨輪胎與路面間的滑動比增加而顯著下降，故當車輪鎖死時，可能會造成車輛無法轉彎或無法維持穩定等失控狀況。
（3） 吸收垂直震動的力：輪胎可視為懸吊系統的一部份，可以吸收部分從地面傳來的震動。所以車輛乘坐的舒適性好壞，有一部份是決定在輪胎。
輪胎抓地力的消長特性
輪胎抓地力的消長特性在F=μN公式中，只要μ，N不變的情況下（換言之，車重相同，路面也相同），任何時候此兩個方向力的合力（F）大致維持一定，此可以一個所謂的摩擦圓來代表彼此消長(如附圖所示)。當縱向力大時，橫向力就變小，反之亦然。
影響輪胎抓地力的各種因素
上面談了那麼多理論，或許有人會問什麼因素會影響到輪胎的抓地力？會影響輪胎抓地力，不外乎以下因素：
（1） 輪胎材質（與μ相關）：輪胎主要是由橡膠製成，各種輪胎材料的配方會影響輪胎與地面的摩擦係數。就一般而言，只要選擇適合該車種的輪胎（如出廠時所配備之輪胎）即可獲得不錯的抓地力。
（2） 地面狀況（與μ相關）：地面狀況影響輪胎抓地力甚鉅，就如同人行經濕滑的地板上會滑倒的道理一樣，不同路面狀況會有不同的摩擦係數。例如一般乾柏油路面與輪胎間的摩擦係數約在0.8 ~ 0.9，未鋪裝的砂礫路約在0.3 ~ 0.4，結冰的路面約在0.1，而濕的柏油路面約在0.6 ~ 0.75之間，因此平常行駛，必須時時注意不同路面狀況，設想可能發生的危險。
（3） 輪胎胎紋深度（與μ相關）：胎紋的深淺對於輪胎抓地力，主要是在雨天潮濕的路面上有較大的影響。由於潮濕的路面上有一層水膜，若輪胎沒有胎紋或胎紋太淺，水膜無法順著紋路排開，輪胎與地面間便會有一層水膜，減少輪胎與地面的接觸面積，產生類似在水面上漂浮的現象，一般稱水漂現象(亦稱為浮水效應)。發生水漂之嚴重程度與輪胎排水性、水膜/積水厚度及車速等因素息息相關，一般而言潮濕路面時，車速60km/h以上即可能產生部份水漂現象；而雨天行駛100km/h以上時，可能發生嚴重水漂現象而致輪胎完全喪失前述之縱向與橫向等所有抓地力。
（4） 輪胎胎壓（與μ相關）：胎壓過低，輪胎的變形量變大，表示輪胎的滾動阻力變大，會較耗油，持續高速行駛易爆胎。胎壓過高，胎面中央凸出，接觸面積小，排水性變差，在溼地上煞車距離會變長。唯有保持適當的胎壓，方可使輪胎的抓地力維持在最佳狀態。
（5） 輪胎新舊（與μ相關）：新胎表面會殘存一層脫膜劑，必須磨合一小段時間才能獲得穩定的摩擦力（一般約行駛200公里後可達正常狀況）；舊胎則可能因為橡膠老化變質，使抓地力降低或易脫落爆胎。
（6） 車輛重量（N）：理論上，輪胎與地面的磨擦力應隨著車重增加而增加，但實際上摩擦力增加的幅度不若車重來的大，因此當車輛載滿乘客或貨物時，其輪胎與地面的摩擦力與車重的比值較空車時小，亦會使煞停距離增加。
（7） 輪胎滑動比(λ)：滑動比代表的是輪胎與地面間相對滑動的狀況，可以表示，0%為輪胎完全的滾動（輪胎自由滾動、與地面間沒有相對滑動），而100%則是輪胎鎖死不轉，在地面上滑動。如緊急煞車時，因煞車踏板踩得重又急，若車輛無配置防鎖死ABS，則輪胎會鎖死不轉動而與地面產生滑動，並在地面留下黑色胎痕。一般而言，輪胎摩擦係數會隨滑動比增加而下降，尤其是橫向（用來轉彎的力）的輪胎抓地力下降的幅度很大，當滑動比100%時幾乎橫向抓地力接近零，因此煞車時若前輪鎖死而滑動，因橫向抓地力接近0，所以雖駕駛人轉動方向盤迴避前方障礙物，但車輛仍無法轉彎而成直線滑動而無法迴避前方障礙物。
相信談了一大堆關於車輛輪胎與地面間的種種關係，會使各位看倌們對於輪胎的基本概念會有一定程度的了解，在下一次的文章中，我們會談談輪胎抓地力與車輛反應的特性，讓各位讀者們更能了解運作原理、更能處理任何會發生的狀況，這才是防禦駕駛的所宣達的概念所在。
(以上文章與圖片來源，均感謝財團法人車輛研究測試中心ARTC大力支援提供，讀者可至ARTC官網http://www.artc.org.tw下載防禦駕駛教戰手冊PDF檔閱讀)
AUTONET記者：江明翰
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在談輪胎之前，我們先談談抓地力這個部分，當物體離地那一面與地面上相互作用
時，稱為磨擦力，而磨擦力若用在輪胎與地面的交互作用力部分，我們稱之為「輪胎抓地力(亦簡稱抓地力)」。因為車輛與地面接觸的部分只有輪胎而已，所以車輛之所以能加速、轉彎、煞車，全都可以視為是輪胎與地面間作用力的結果。就好似人能走路、跑步或停止，也都跟腳與地面間的作用力有關。試想如果鞋底磨平了，我們可能走樓梯或地面濕滑會滑倒會滑倒。而將人換回車來談，想當然爾輪胎與地面間的作用力，是影響車輛動態特性的關鍵。前面說過輪胎與地面間的作用力稱抓地力，而顧名思義，抓地力就是輪胎能夠抓住地面的力量，也就是輪胎與地面的摩擦力（F）。其大小由當時輪胎之垂直荷重（N）與當時輪胎-地面間的摩擦係數（μ）決定，亦即F=μN。輪胎抓地力的組成與功用抓地力可依輪胎滾動方向區分為縱向力（煞車或驅動力）與橫向力（轉向力），這些作用力在車輛上扮演的角色，基本上可以從縱向、橫向及垂直三方向來區分，不管是起步、加速、煞車、轉彎、操控甚至舒適性能等均與車輛展現的特性息息相關，甚至也會影響到車輛過彎時轉向適中、不足、過度等問題。因此時常檢查、關心一下自己車輛的輪胎，是必要且很重要的一件事！
輪胎的主要功能
輪胎裝在車子上能幹嘛？是裝好看的嗎？非也！輪胎對於車子行進而言是很重要的存在呢！輪胎的主要功能有︰
（1） 提供前進、煞車的作用力：車輛的前進和煞車必須靠輪胎與地面間的縱向抓地力，若一輛車在冰上起步或煞車，一定比在一般柏油路面上難上很多。在許多高緯度的國家，冬天路面積雪結冰時，就必須預留很長的緩衝空間，起步時也必須用特殊的檔位（如2檔）或配置TCS系統，以減緩輪胎空轉的現象。
（2） 提供改變與維持方向的作用力：除了縱向抓地力，輪胎橫向的抓地力是提供車輛轉彎以及維持直行穩定之用。而由於輪胎橫向的摩擦力會隨輪胎與路面間的滑動比增加而顯著下降，故當車輪鎖死時，可能會造成車輛無法轉彎或無法維持穩定等失控狀況。
（3） 吸收垂直震動的力：輪胎可視為懸吊系統的一部份，可以吸收部分從地面傳來的震動。所以車輛乘坐的舒適性好壞，有一部份是決定在輪胎。
輪胎抓地力的消長特性
輪胎抓地力的消長特性在F=μN公式中，只要μ，N不變的情況下（換言之，車重相同，路面也相同），任何時候此兩個方向力的合力（F）大致維持一定，此可以一個所謂的摩擦圓來代表彼此消長(如附圖所示)。當縱向力大時，橫向力就變小，反之亦然。
影響輪胎抓地力的各種因素
上面談了那麼多理論，或許有人會問什麼因素會影響到輪胎的抓地力？會影響輪胎抓地力，不外乎以下因素：
（1） 輪胎材質（與μ相關）：輪胎主要是由橡膠製成，各種輪胎材料的配方會影響輪胎與地面的摩擦係數。就一般而言，只要選擇適合該車種的輪胎（如出廠時所配備之輪胎）即可獲得不錯的抓地力。
（2） 地面狀況（與μ相關）：地面狀況影響輪胎抓地力甚鉅，就如同人行經濕滑的地板上會滑倒的道理一樣，不同路面狀況會有不同的摩擦係數。例如一般乾柏油路面與輪胎間的摩擦係數約在0.8 ~ 0.9，未鋪裝的砂礫路約在0.3 ~ 0.4，結冰的路面約在0.1，而濕的柏油路面約在0.6 ~ 0.75之間，因此平常行駛，必須時時注意不同路面狀況，設想可能發生的危險。
（3） 輪胎胎紋深度（與μ相關）：胎紋的深淺對於輪胎抓地力，主要是在雨天潮濕的路面上有較大的影響。由於潮濕的路面上有一層水膜，若輪胎沒有胎紋或胎紋太淺，水膜無法順著紋路排開，輪胎與地面間便會有一層水膜，減少輪胎與地面的接觸面積，產生類似在水面上漂浮的現象，一般稱水漂現象(亦稱為浮水效應)。發生水漂之嚴重程度與輪胎排水性、水膜/積水厚度及車速等因素息息相關，一般而言潮濕路面時，車速60km/h以上即可能產生部份水漂現象；而雨天行駛100km/h以上時，可能發生嚴重水漂現象而致輪胎完全喪失前述之縱向與橫向等所有抓地力。
（4） 輪胎胎壓（與μ相關）：胎壓過低，輪胎的變形量變大，表示輪胎的滾動阻力變大，會較耗油，持續高速行駛易爆胎。胎壓過高，胎面中央凸出，接觸面積小，排水性變差，在溼地上煞車距離會變長。唯有保持適當的胎壓，方可使輪胎的抓地力維持在最佳狀態。
（5） 輪胎新舊（與μ相關）：新胎表面會殘存一層脫膜劑，必須磨合一小段時間才能獲得穩定的摩擦力（一般約行駛200公里後可達正常狀況）；舊胎則可能因為橡膠老化變質，使抓地力降低或易脫落爆胎。
（6） 車輛重量（N）：理論上，輪胎與地面的磨擦力應隨著車重增加而增加，但實際上摩擦力增加的幅度不若車重來的大，因此當車輛載滿乘客或貨物時，其輪胎與地面的摩擦力與車重的比值較空車時小，亦會使煞停距離增加。
（7） 輪胎滑動比(λ)：滑動比代表的是輪胎與地面間相對滑動的狀況，可以表示，0%為輪胎完全的滾動（輪胎自由滾動、與地面間沒有相對滑動），而100%則是輪胎鎖死不轉，在地面上滑動。如緊急煞車時，因煞車踏板踩得重又急，若車輛無配置防鎖死ABS，則輪胎會鎖死不轉動而與地面產生滑動，並在地面留下黑色胎痕。一般而言，輪胎摩擦係數會隨滑動比增加而下降，尤其是橫向（用來轉彎的力）的輪胎抓地力下降的幅度很大，當滑動比100%時幾乎橫向抓地力接近零，因此煞車時若前輪鎖死而滑動，因橫向抓地力接近0，所以雖駕駛人轉動方向盤迴避前方障礙物，但車輛仍無法轉彎而成直線滑動而無法迴避前方障礙物。
相信談了一大堆關於車輛輪胎與地面間的種種關係，會使各位看倌們對於輪胎的基本概念會有一定程度的了解，在下一次的文章中，我們會談談輪胎抓地力與車輛反應的特性，讓各位讀者們更能了解運作原理、更能處理任何會發生的狀況，這才是防禦駕駛的所宣達的概念所在。
(以上文章與圖片來源，均感謝財團法人車輛研究測試中心ARTC大力支援提供，讀者可至ARTC官網http://www.artc.org.tw下載防禦駕駛教戰手冊PDF檔閱讀)
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