牽引力的較量

文：[ 美 ] 吉姆·艾倫（Jim Allen） 編譯：張 磊

內容選自《四驅車越野寶典》

牽引力的較量

文：[ 美 ] 吉姆·艾倫（Jim Allen） 編譯：張 磊

內容選自《四驅車越野寶典》

牽引力是發動機扭矩與輪胎抓地力之間通過動力傳動系統進行的較量。從微觀角度看，這種較量是一個變化無常的、非常復雜的方程式；而從宏觀上看， 則多是可以預測的。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。有兩個基本屬性決定了地面可以提供的牽引力：表面強度和抗剪強度。表面強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，是最常見的表面強度較低的地面條件。影響牽引力的第二個因素是地面的抗剪強度。抗剪強度可以控制輪胎能夠擁有多大的抓地力。如果抗剪強度較低，則地面將裂開，從而導致車輪打滑。柏油、混凝土、硬石塊以及其他類似路面擁有較高的抗剪強度，而沙地、松土、礫石、爛泥等路面的抗剪強度則比較低。

任何路面的可用牽引力都可以用結合了輪胎抓地力和地面條件的一個系數來表示。完美的牽引力表示為1.0。大多數四驅車上使用的“普通”輪胎類型在鋪裝路面上行駛時，該系數為0.60～0.80 ；而高性能城市輪胎則可以達到0.90 以上。根據輪胎的不同，冰面上的該系數約為0.15～0.20。爛泥路面約為0.20～0.40， 而松土路面則可能達到0.50 的高值。牽引力系數會根據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絕對值，但實際上這些數字都是結合“平均” 輪胎和“平均”泥濘程度的一個平均值。

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。輪胎抓地力會因為地面條件和輪胎的設計而不同。胎面花紋和橡膠的成分是輪胎設計中的主要變量。在硬質路面上，橡膠的配方會起到更大的作用。在硬質、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。

根據不同的設計，各種橡膠配方在柔軟度方面會存在差異。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。高性能輪胎，無論是用于城市車輛或四驅越野車，都偏向于更軟、更大抓地力的配方，但良好的胎面設計也可以讓更硬、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底取決于輪胎上承受的重量和地面的抗剪強度。在一定的范圍內，重量越大，即意味著牽引力越大，但更大的重量同時又要求更大的牽引力，因而兩者的平衡在這種情況下會呈現螺旋式上升。泥地胎在巖石上的表現也很出色，因為它們有很多空隙，可以在胎面的每一個小塊上增大對地壓強。很多車輛可以通過粘緊在巖石上的一個胎面凸塊，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

摩擦系數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。在實際的情況下，該數值是一個平均值，并且始終小于1，而且在四驅越野環境下會更小。

在軟地上，胎面設計對于建立輪胎的整體牽引能力將會起到主要作用（高達75%），胎面的楔形邊緣可以像水中的槳一樣提供牽引力。在軟地環境下，輪胎的浮度性能也會發揮作用。輪胎保持在地面以上的能力至關重要。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，或者準確地說是由車重對應的地面輪胎壓痕決定的。壓痕較大時，車重會在較大面積的地面上分散開來。對地壓強的測量單位是磅每平方英寸（psi，或同等的公制單位），且數字越小， 意味著浮度性能越好。

在一臺車重為4 500 磅的車上使用一組235/75R- 15 輪胎。在35 psi 的壓力狀態下，這些輪胎的壓痕約為6.5×6 英寸，或者每個輪胎約39 平方英寸，再乘以4 個輪胎。假定重量分布為50/50（在任何前置發動機車輛上不太可能），對地壓強為每平方英寸28.8 磅（4 500÷(39×4) ＝28.846）。如果減小這些235 輪胎的胎壓，每個輪胎的壓痕將增大至61.2 平方英寸， 對地壓強則會減小至18.4 psi。如果升級為33×12.50- 15 輪胎，充氣至35 psi 時的壓痕產生的對地壓強為20.4 psi，和減小胎壓后的235/75R-15 輪胎產生的對地壓強幾乎相同。當胎壓減小至15 psi 時，升級輪胎的對地壓強為13.7 psi，小于完全充氣的小尺寸輪胎對地壓強的一半。因為輪胎壓力或尺寸引起的對地壓強的這些變化，可能意味著是否會沉陷。

最后請記住，上述計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點，間隙將會填滿，浮度性能也會相應增加。

整車重量 車輛越重，保持牽引力所需的輪胎抓地力越大。同時也需要更大的發動機扭矩和合適的換擋。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，使其表現更出色，這樣做雖然相對比較容易，但隨著車重的增加，這種做法也會越來越難。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比較復雜。

重量轉移 牽引力也會根據重量轉移而改變。當你爬坡時，重量將從前部向后部轉移。下坡時，則會從后向前轉移。同樣，如果在邊坡上，重量將從坡頂一側向坡底一側轉移。連接上懸掛裝置后，當某一個輪胎在懸掛行程的頂端，而另一個輪胎在懸掛行程的底端時，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生的阻力。

實際的重量轉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移略小。在約25 度的坡度時（緩坡），朝上一側向朝下一側的重量轉移為5%～10%。

輪胎抓地力在硬地上部分取決于重量，或者更準確地說，取決于對地壓強。更大的重量或者對地壓強，可以產生更大的抓地力，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，總抓地力可能會減小，因為額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，每一個輪胎都有一個載重范圍，此時的抓地力相對穩定。超過或低于該范圍， 抓地力將減小。不幸的是，這個范圍很難明確標出， 因為在輪胎設計和制造過程中存在諸多差異。于是該范圍成了“憑感覺”決定的結果，而每一位駕駛者也只能通過感受來學習。但你可以預知以下事項：

1）輪胎壓痕較小時將比壓痕較大時更快地失去抓地力。

2）后輪胎在上坡時可能因為過載而打滑；前輪胎則可能因為負載不足而打滑。

3）下坡時情況相反。

4）鉸接軸通常首先在低位置的最低負載輪胎上打滑。

5）如果采用十字軸（彼此相對鉸接的車軸），兩個或任意一個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。來自發動機的扭矩在傳送到輪胎之前，通過動力傳動系統實現倍增。如果發動機在給定的轉速條件下可以產生100 磅英尺磅英尺的扭矩，1 擋的傳動比為4∶1，分動箱低速擋傳動比為2∶1，驅動橋減速比為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 個車輪的抓地能力以及地面的抗剪阻力相互對抗。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，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，或者替換車輛的動力，從而允許使用更高擋位，減少對抓地力的需求。