nightyahses
   
|
分享:
▼
x0
|
極度的駕駛樂趣來自絕佳的操控表現，而車輛循跡性的改善是提高操控性的基本方向。增加循跡性目的無非是為了提高過彎的速度（Conering Speed）、減少刹車距離、減少加速時的打滑現象。車子和路面接觸的地方唯有輪胎，所有的性能都是經由輪胎來發揮和達成，為了提高操控性能和駕駛樂趣，我們針對底盤懸吊系統所作的種種改良和設定，無非是要增加輪胎的接地面積（Tire Contact Patch），提高車子的循跡表現。
如何增加輪胎的循跡性（抓地力）
增加輪胎的循跡性有幾種方法：
一、增加輪胎和地面的摩擦力
要增加輪胎和地面的摩擦力有兩種方法可達成這個目的。第一是增加路面的摩擦系的，所謂『摩擦係數』是路面所能提供對輪胎的抓附能力，摩擦係數越大抓附力越大。柏油路面、水泥路面、砂石路面各有不同的摩擦係數。所能提供對輪胎抓附力也各有不同。 其次是增加輪胎本身的摩擦係數，這可由選擇較軟的輪胎來達成。較軟的輪胎可提供較強的抓地力，但是相對的磨耗也較快。這裏所謂『軟的輪胎』指的是輪胎胎面的橡膠材質較軟，如果和高扁平比輪胎和胎壓不足所造成行路性較軟、較舒適聯想在一起那就大錯特錯！
二、增加輪胎接地面積
要增加輪胎和路面接觸的面積，最簡單的方法就是換上較寬的輪胎，再來就是選用胎紋較少的輪胎，如此可增加輪胎與地面實際的接觸面積，但是卻也會影響在濕滑路面抓地表現。最後也是最重要的就是在既定的接地面積下，經由正確的輪胎胎壓及懸吊的精確調校把輪胎的潛力完全發揮。輪胎的接地面積即使是行駛在平坦的直路都會小於靜止時，行經不平路面或是過彎時更會因為上下的跳動或是側向的受力，而造成接地面積的大幅減少，甚至懸空。懸吊的改良最終的目的就是隨時把輪胎盡可能的保持與地面接觸，尤其是在過彎或是行經不平路面時。
三、增加輪胎的垂直荷重
輪胎的垂直荷重是車輛本身施予輪胎的重量加上空氣動力學效應所產生的下壓力的總和。輪胎的橡皮會因為垂直荷重的增加而與地面更緊密的接觸，輪胎的抓地性能也得以更充分的發揮。 有別於大家所認知的，增加輪胎的垂直荷重並不會增加輪胎的接地面積，至少在現代的高性能胎和賽車用輪胎幾乎都是如此，增加垂直荷重所提高的是輪胎接地面積內，每一單位面積內橡膠分子和地面的附著力。在接地面積不變的情況下，輪胎循跡性的增加是由於對橡膠分子所施的壓力增加。我們可以做個小實驗：在一個光滑平面上移動橡皮擦，在橡皮擦上方沒有施加壓力的情況下我們可以很輕易的自由移動橡皮擦，當我們壓著橡皮擦時，要移動它就變得比較不容易，壓的力量越大橡皮所產生的附著力就越強，也就是循跡性越好。 輪胎的垂直荷重似乎可由增加車重來達成，雖然這可增加輪胎的循跡性，但是由於輪胎承受來自車重的負荷也增加，所以過彎速度、刹車距離、加速表現都不會有所改善。事實上整體的性能表現反而會因為車重的增加而變壞。要在不破壞整體性能表現的情況下提高輪胎的垂直荷重，唯一的途徑就是經由車身空氣動學的設計來達成。
空氣動力學所的下壓力（Aerodynamic Downforce）
空氣動力學對車身所產生的下壓力（Downforce）也會增加輪胎接地面積的垂直負荷。對一般的道路用車來說並不需要很在意空氣動力學所產生的下壓力，但是對於任何比賽車種而言這卻是必須去仔細考慮的問題。空力下壓力的好處是只會增加輪胎接地面積的垂直負荷卻不會增加車重。由於車重不變輪胎不用負擔額外的慣性和離心力，加上輪胎循跡性的提高，所以過彎速度得以提高。同時刹車和加速時的循跡性也會獲得提升。這也是為什麽這二十幾年來賽車工程師對於尾翼、車身空力元件和地面效應持續不斷的進行研究、發展與改進。空力效應包含了車身下壓力、車身揚升力和行進阻力，這三個力量是伴隨發生的，而且所產生的力量是和車速成平方正比，也就是速度提高為2倍時空力效應會增為4倍。這也說明了為什麽空力效應只有在高速時才會變得明顯。 對一部針對比賽而生產的廠車來說，改善操控性的重要關鍵除了底盤懸吊的改良調校以外，其次就是就是空力特性的改良。要改良車身的空力特性，最重要的就是要減少高速流動的空氣對車身產生的揚升力，因為揚力會減少輪胎的垂直荷重，破壞循跡性。目前的ITC、BTCC、JTCC等房車賽三賽車種車尾都有擾流尾翼的設計，最主要的的作用就是在減少車身的揚力並產生些許的下壓力。此外前擾流和車側裙角也可減少進入車底的氣流，減少車底氣流對車尾產生的揚力。由於產生下壓力和改變氣流的同時都會伴隨產生行車阻力，所以改善車身空力特性的另一個重要課題就是要在伴隨發生的壓力、揚力、阻力三種力量間取的協調、均衡與折沖。
胎壓對循跡性的影響-
胎壓對循跡性的影響可能遠超乎你的想像，胎壓並不會直接影響橡膠分子和地面的附著力，但卻會影響輪胎接地面內有多少橡膠分子實際與地面接觸。對一部有既定輪胎、車重的車來說正確的胎壓只有一種。事實上這個正確的胎壓是被局限在一個很小的範圍，大概只有+-1.5psi。假如胎壓超出這個範圍，輪胎的接地面會變形，以致無法完全緊貼路面。也就是說輪胎接地面內的實際接地的橡膠分子數目會比較少。如果胎壓太高，會造成輪胎邊緣兩側無法完全貼地，接地面積自然跟著變小，接地面較小的情況下卻有同樣的負荷，當然性能表現要打折扣。假如胎壓不足，表面上看來輪胎接地面積似乎並沒有減少，甚至有人認為是增加了，實際上雖然輪胎兩側依然緊密的貼地，但由於胎壓的不足使得胎面中間的橡膠分子無法緊貼路面，造成的結果就和胎壓過高一樣。這也可說明有人的輪胎使用了一段時間以後，出現中間或兩側磨耗比較嚴重的情況，就是長期胎壓過高或不足所造成的。
扁平比對循跡性的影響 -
輪胎的扁平比就是胎壁高度與輪胎寬度的比例。扁平比對循跡性的直接影響並不大，但是對輪胎的滑移角（Slip Angle）有影響《滑移角我們留待下期再談》，扁平比較低的輪胎在相同的負荷情況下會有較小的滑移角，在輪胎寬度不改變的情況下，只改變前兩輪或後兩輪的扁平比，會因為前後輪滑移角的不同使操控的平衡產生變化。
輪圈尺寸和輪胎的循跡性-
輪圈的直徑大小和輪胎的循跡性並無直接的關係，但是如果配合輪胎扁平比的降低而加大輪圈的直徑卻可增加輪胎的接地面積，同時也影響了行路舒適性和輪胎的轉向反應。對一條輪胎來說，太寬的輪圈會讓胎唇無法與輪圈緊密的結合，同理用了太窄的輪圈也會有同樣的結果。輪胎製造商都會為每一條胎設定一個所適用輪圈寬度的範圍，超出了這個範圍將會對行車安全造成莫大的威脅。 輪圈的寬度會對輪胎接地面的輪廓會有直接的影響，如果輪圈太窄，輪胎就會變得『鼓鼓的』，會減少輪胎邊緣的貼地性。反之如果輪圈太寬，則輪胎中間部份的貼地性就會減低。從實際的測試結果告訴我們，採用輪胎公司所建議寬度上限的輪圈，可讓輪胎的性能充分的發揮。 假如你是因為預算、比賽規則或是其他原因的限制限制了輪圈的寬度，那麽我們建議你使用這個輪圈寬度所能使用的最小尺寸的輪胎，如此所獲得的實際輪胎接地面積會是最大。不但可增加過彎速度、減少輪胎的磨耗，更可容許採用對整體性能表現更佳的懸吊設定。雖然有很多市售胎由於採用較硬的胎壁設計，所以喪失了對於不適用輪圈的敏感度，但是對於高性能的輪胎來說，對輪圈寬度的敏感性依然存在。
輪胎的材質和循跡性-
輪胎所使用的橡膠材質對輪胎的循跡性有著決定性的影響。膠質軟的摩擦係數就高，橡膠分子也對地面有更佳的附著力，整體的循跡性將會提升。但這只有在輪胎還沒有過熱時才成立，因為不同的輪胎都有不同的工作溫度範圍，和最佳的工作溫度。軟質的輪胎雖有較佳的循跡性但是磨耗也比較快，因此在賽車場上輪胎材質的選用真可說是一門藝術，不但要考慮抓地力還要考慮輪胎的過熱臨界點，更要考慮磨耗。對越野賽來說，在泥沙路面使用越軟的材質通常可得到最快的速度，但是在柏油、水泥這種硬質路面來說，磨耗又是個令人頭痛的問題。材質的選擇必須考慮輪胎的荷重、工作溫度以及磨耗。對一般道路用胎來說，通常會選用較硬的材質是必須的，一方面是為了高速公路上的需要一方面是為了輪胎壽命的考量。
輪胎與行路性的關係-
輪胎對行路性有著重要的影響。他和彈簧的任務有許多相同之處，輪胎扮演著吸收小振動的角色。太高的胎壓或是較硬的胎壁設計都會使行路舒適性變得粗糙。要改善低扁平比輪胎舒適性不佳的唯一方法就是降低胎壓，在一般街道和路面較差的道路將胎壓降到適當胎壓的下限，要上高速公路時再把胎壓提高，雖然效果有限但也是沒有辦法中的辦法。
輪胎的保養
高性能輪胎對操控性和安全性來說都是一項很值得投資的專案，如果能夠好好照顧你的輪胎將會使輪胎的性能得以持續維持在最佳狀態，並且增加輪胎的壽命。因此特別提出幾點有關輪胎保養的注意事項：
一、在胎壓不足的情況下不要開車上路或長時間泊車，必須立刻處置，因為這會造成胎壁和胎面的損傷、變形，尤其這些損傷與變形有時肉眼並不易察覺，但會造成安全上嚴重的潛在危機，如果只發生在某一輪或某一邊還會破壞操控的平衡。即使是輕微的胎壓不足都至少會造成輪胎磨耗的增加，因此筆者和車狂都一再重申一支準確的胎壓計是開車的基本配備。
二、胎壓過高會使輪胎的接地面積減少，造成行路性粗糙、胎面變形和循跡性的降低，並且會造成胎面中間的磨損大於兩邊的不正常狀態。所以即使在一般的道路行車都要時常檢查你的胎壓，更別說在賽車場上。
三、過大的外傾角（Camber）和束角（Toe-in或Toe-out）設定，在一般道路上跑會增加胎面的磨耗並會造成行駛上的不安定性，所以定位角度務必要『因地制宜』，更不要只為了美觀而把其他一切置之不理。
四、輪胎的平衡也是另一個重要的問題，平衡不良的輪胎會造成行駛時的抖動，這抖動會經由方向盤傳至駕駛人的手上，不但降低行車穩定性，並會把胎面變得凹凸不平。所以當你突然感覺到來自輪胎的新的抖動，應該馬上檢查輪胎的平衡，很可能是輪胎的平衡配重鉛塊脫落了，務必在傷害造成之前即時補救。
五、定期的檢查輪胎的磨耗情況。除了胎紋的厚度更要留意輪胎的中央和兩側是否有不正常的磨損出現。如果中間胎紋的磨耗大於兩側，那麽是胎壓過高所造成的；若是兩側磨損大於中間那肯定是胎壓不足。如果圓周出現凹凸不平的情況那麽是輪胎本身的平衡度不佳。如果胎壁出現凸起的現象，那可能是胎壓嚴重不足又持續行駛或長時間泊車所導致胎壁鋼絲變形、受損所造成的。如果出現外側或內側單邊的不正常磨損，那麽你的四輪定位角度肯定有問題。細心的觀察才能防微杜漸。
六、輪胎的性能會因為胎質的變硬而退化，而胎質的變硬最主要的因素是時間。紫外線和新鮮空氣都會加速橡膠的老化，所以如果你要收藏堪用或備用的輪胎（尤其是高性能的賽車胎），那麽建議你先用不透明的塑膠袋把它包起來，如此一來可隔絕紫外線和新鮮空氣，有效的延長輪胎的壽命。
七、高性能胎在劇烈操駕後會產生熱，胎質越軟的胎越容易蓄熱，造成胎面的高溫，所以如果輪胎的材質軟到行駛後會產生胎面的熱溶現象我們就稱為熱溶胎。熱溶的胎面會黏起路面的小砂石，在劇烈操駕或是比賽結束後必須將胎面的異物清除乾淨，否則日後會有戳破胎面的危險。
八、抓地力和耐磨性就如同操控性和舒適性間的相互衝突，輪胎的磨耗係數（Tread Wear）越低表示胎質越軟，輪胎的胎抓地力也越強，但也表示磨損越快。這是選購高性能輪胎之前應有的認識。有人用『廠胎』在一萬公里磨合後把輪胎對調，但如果你用熱溶胎而且常在無人的路上探索駕駛的樂趣，那麽一萬公里後可能已經變成光頭胎了。
懸吊系統存在的意義有二：
1.隔離路面的不平使行駛更舒適；行經不平路面時保持輪胎與路面接觸。
2.而改良懸吊對『車狂人』來說只有一個目的就是改善操控性。
滑移角（Tire Slip Angle）
充氣輪胎實在是一項不可思議的發明。它扮演著傳遞汽車動力性能的角色。 任何有關操控的討論都要先從輪胎開始談起，輪胎胎印上的橡膠分子是車子和地面唯一的接觸點，他們的表現決定了車子的操控。一個底盤的專家必須去瞭解輪胎發生了什麽事並且要在必要時改變設定。 輪胎是個彈性體，任何方向的受力都會使它產生變形，它的特性之一就是轉彎時會造成輪胎本身的扭曲，當轉動方向盤時，轉向拉杆先轉動輪圈，輪圈再扭曲輪胎，被扭曲的輪胎由於橡皮的彈性會有恢復原來形狀的趨勢，這個趨勢會驅駛胎面轉向，但是胎面和輪圈所轉的角度並不會完全相同，而是會有一個小角度的差異。所謂滑移角是機械學名詞，用來表示車子行進方向和輪圈所指的方向兩者間所成的這個角度。也就是這個角度可使駕駛人感覺到車子過彎時的反應。一部車若沒有滑移角而要高速過彎幾乎是不可能的，因為駕駛人將感受不到滑胎的任何警告。 雞和雞蛋的問題也出現在滑移角和轉向力的問題上，轉向力會導致滑移角，滑移角導致轉向力。基本上滑移角是輪胎的抓地力用來抵抗輪圈對輪胎所施的側向力，由於輪胎具有彈性所以當它抓附在地面時若施給它一個側向的力它會產生一個力量來使輪胎恢復原來的形狀，轉向力由於輪胎的扭曲而存在於路面和胎面之間，這個力量和轉向力是大小相等方向相反的。 轉向力是用來衡量輪胎的抗側滑能力，但是在沒有輪胎扭曲和滑移角的情況下，轉向力是不存在的。滑移角和轉向力會隨著彎道半徑的縮小而增加，但是當增加到一個限度時輪胎會產生打滑，這就時就叫最大滑移角。由於滑移角只被定義在輪胎未打滑之前的情況，所以當車子行駛在滑溜的路面時滑移角是沒有意義的。輪胎打滑後車輪的方向和車身行進的方向並不會有直接的關係，除非減速或是回方向盤加大行進的半徑，讓輪胎重新獲得抓地力，試著想像在冰上開車時就算你任意轉動方向盤也不易對行進方向產生影響。
滑移角和轉向力（Cornering Force）
當駕駛人轉動方向盤時，首先轉動的是輪圈。接著轉向力會傳送到前輪的胎壁，轉向例會使胎壁產生扭曲，接著改變胎印的方向使車輛轉向。當轉向力傳到輪圈時胎壁立刻跟著扭曲。轉向力小滑移角就小，轉向力增加時滑移角就會跟著增加。最大的轉向力（輪胎的極限），會產生一個最大的滑移角。超過這個值轉向力會減小，輪胎會產生打滑。
轉向不足和轉向過度
假如有某一個輪胎比其他三個輪胎提早出現了滑胎的情況那就表示這部車的操控平衡上出現了分配不良的問題。一般來說前輪和後輪的滑移角並不一樣，它們會各自循著不同的路徑軌跡在路面上行進，當前輪的滑移角大於後輪時會呈現轉向不足，當後輪的滑移角大於前輪時就變成了轉向過度，如果前後輪的滑移角相同時，那麽轉向就成了中性，也就是達到了操控平衡的最佳境界。換句話說，當一不車轉向不足時那麽前輪橡膠分子所畫出的軌跡半徑會大於後輪，轉向過度則情況相反。一部轉向過度的車，在達到輪胎附著力的極限後，後輪會先滑出；而一部轉向不足的車則會有抵抗轉向的趨勢。
滑移率
最大的循跡性表示所能承受最大的刹車力和加速力，而滑移比例是指輪胎直進時刹車或加速時輪胎胎印和路面間所產生的滑移。0滑移就表示車子行進的距離和輪胎胎面所轉過的距離相等。100%滑移就表示任何輪胎的轉動並部會造成車身的移動，當然也可說是車身的行進不須靠輪胎的轉動（這種情形出現在行進中的車輛四倫鎖死時）。要達到零滑移幾乎是不可能，即使在循跡性最佳的狀況都會有5~10%的滑移率，也就是輪胎轉了100m時車子只移動了90~95m，如果滑移率超過了10%，那就表示循跡性不佳且加速和刹車表現都會惡化。
操控馬力（Handling Horsepower）
操控馬力指的是輪胎所能負荷。大家都知道越多的馬力表示車子的性能越好，當引擎的馬力越大時，加速也就越快。輪胎的操控馬力也是如此，對操控性來說，增大輪胎的胎印就像增加引擎的馬力，使用膠質較軟的輪胎就像換了高角度凸輪軸，空氣力學所產生的下壓力就像加了渦輪增壓器或機械增壓器。 對輪胎上的橡膠分子來說一定的垂直負荷下所能承受的負荷是一定的，當一部車以它所能最快的速度過彎時，輪胎胎印的橡膠分子也達到了負荷的極限，這個極限我們就稱為操控馬力。如果還想增加過彎速度，可以減輕車身的重量以減少車身的慣性力和輪胎的側向負荷，或是加大輪胎的尺寸，選用胎質較軟的胎，並改善空力特性。
前後胎印比
假如一部車有完美的50-50的前後配重，那麽在穩定的過彎（過彎速度不變）時，前後輪所承受的離心力負荷應該是一樣的。在減速或刹車的情況下，因為部份車身重量會由後往前移所以前輪的負荷是比較重的。反之在直線加速時前輪的部份重量也會轉移到後輪。如果驅動輪在後輪那麽加速時的抓地表現會比較好，滑移率會比較低。所以對一部馬力不大且配重比為50-50的後驅車來說，前後輪的整體負荷（過彎、加速、減速）是幾乎相等的。假如你因此推測這不車所需的前後輪胎印是相同的，那麽你就答對了。前後車輪所需的胎印比例和前後輪所受的負荷比例是相同的，也就是說對一部前後輪負荷比例為60-40的車來說，它所需的前後輪胎印比例亦為60-40。 你或許會問：目前的車幾乎都是配置四輪尺寸相等的輪胎（胎印相同），但為何車身配重大多不是50-50？事實上大部分的車都是前輪配重較重。此外前驅的的前輪荷重較重為何不見採用較大的前輪設計。這有兩個原因，第一是便利性，一方面是為了製造廠一方面是為了使用者的緣故。畢竟準備兩種尺寸的備胎任誰都會覺得不方便。第二個原因是使用了比所需要的更大的後輪會有轉向不足的傾向，對大多數駕駛人來說可改善行車的穩定性和安全性。再從技術的角度來看，前輪荷重較重過彎時的負荷也會比較大，再相同的過彎速度下會有比較大的滑移角，也就是前輪的滑移角會大過後輪的，轉向不足的情況就會發生。
外傾角和循跡性
懸吊的設定中最重要的大概就是外傾角，外傾角決定了車子靜態時的輪胎貼地性。0度時輪胎胎印的橡膠分子的貼地性最平均也最佳，當刹車時我們希望四個輪子的胎印是平貼地面，加速時我們希望驅動輪是平貼路面，而過彎時我們也希望輪胎能平貼於地面，尤其是兩個彎外輪。 在刹車和加速時最佳的外傾角是0度，在過彎時負0.125~0.25度的外傾角可增加轉向力。在直線和彎道上所需的外傾角設定是完全不同的，事實上還需要配合懸調整體的設定並考慮車身滾動的問題，才能得到正確的設定角度。
輪胎和輪圈的選擇
什麽是選擇最適用輪胎和輪圈最重要的因素？尤其在眾多品牌和型式中選擇尤其困難，在這裏提供一些方法供你三考。 首先，考慮你的車的用途，嚴格來說就是考慮你輪胎的用途，假如這不車式你每天的代步車，那麽輪胎的耐磨性可能式你最重要的考量，高性能輪胎有很好的抓地力，但磨耗也是一流。同時由於胎紋也會儘量的減少所以濕地上的表現也不理想，更別提泥地或是雪地上的表現了。（在一般道路上用D98J的朋友一定有這樣的感覺）如果住在多雨潮濕的地區，那麽一套以濕地抓地表現見長的雨胎可能是不錯的選擇。在濕地上以正常的方式行車，胎溫提升不易，也就不容易達到高性能胎的最佳工作溫度，會有英雄無用武之地之歎。 其次要考慮寬度和扁平比，隨著引擎技術的進步，單位容積輸出的馬力不斷的提升，配合整體性能的提升，輪胎也不可避免的加大尺寸，扁平比也有持續降低的趨勢，以1600c.c.的車來說10年前的馬力基準是90匹，而現在的標準訂在125匹應該是比較合理，以前配175/70-13的胎，一般車主通常升級到185/60-14，發燒級的則是用195/50-15，這已是上限。目前的趨勢則是搭配185/65-14，而195/55-15，205/45-16則是升級的目標。輪胎寬度的升級要配合馬力做適當的搭配，除了美觀之外其他機件的負荷也是要一併考慮的。若馬力和懸吊沒有做大幅度的提升，那麽比原廠設定高一級的輪胎尺寸就已足夠。
|
