牵引力的较量

文：[ 美 ] 吉姆·艾伦（Jim Allen） 编译：张 磊

内容选自《四驱车越野宝典》

牵引力的较量

文：[ 美 ] 吉姆·艾伦（Jim Allen） 编译：张 磊

内容选自《四驱车越野宝典》

牵引力是发动机扭矩与轮胎抓地力之间通过动力传动系统进行的较量。从微观角度看，这种较量是一个变化无常的、非常复杂的方程式；而从宏观上看， 则多是可以预测的。很多因素有助于提高或降低牵引力。

地面条件 牵引力控制的首要因素是地面。有两个基本属性决定了地面可以提供的牵引力：表面强度和抗剪强度。表面强度表示地面是否可以支撑车身重量。如果不能支撑车身重量，轮胎将陷入软地中。雪地、沙地和泥地，是最常见的表面强度较低的地面条件。影响牵引力的第二个因素是地面的抗剪强度。抗剪强度可以控制轮胎能够拥有多大的抓地力。如果抗剪强度较低，则地面将裂开，从而导致车轮打滑。柏油、混凝土、硬石块以及其他类似路面拥有较高的抗剪强度，而沙地、松土、砾石、烂泥等路面的抗剪强度则比较低。

任何路面的可用牵引力都可以用结合了轮胎抓地力和地面条件的一个系数来表示。完美的牵引力表示为1.0。大多数四驱车上使用的“普通”轮胎类型在铺装路面上行驶时，该系数为0.60～0.80 ；而高性能城市轮胎则可以达到0.90 以上。根据轮胎的不同，冰面上的该系数约为0.15～0.20。烂泥路面约为0.20～0.40， 而松土路面则可能达到0.50 的高值。牵引力系数会根据轮胎和地面条件的组合而变化无常。尽管它可能表示为一个绝对值，但实际上这些数字都是结合“平均” 轮胎和“平均”泥泞程度的一个平均值。

轮胎 在牵引力方程所涉及的所有车辆元素中， 轮胎是最大的控制因素。轮胎抓地力会因为地面条件和轮胎的设计而不同。胎面花纹和橡胶的成分是轮胎设计中的主要变量。在硬质路面上，橡胶的配方会起到更大的作用。在硬质、干燥路面上，橡胶配方将决定抓地力的75% 到80%。橡胶越软，抓地力越强。

根据不同的设计，各种橡胶配方在柔软度方面会存在差异。偏软的配方在硬地条件下抓地力更加卓越，但磨损也更快。找到最佳的组合是轮胎制造商永恒的奋斗目标。高性能轮胎，无论是用于城市车辆或四驱越野车，都偏向于更软、更大抓地力的配方，但良好的胎面设计也可以让更硬、更持久耐用的轮胎配方与软橡胶一较高下。

硬地面的抓地力归根结底取决于轮胎上承受的重量和地面的抗剪强度。在一定的范围内，重量越大，即意味着牵引力越大，但更大的重量同时又要求更大的牵引力，因而两者的平衡在这种情况下会呈现螺旋式上升。泥地胎在岩石上的表现也很出色，因为它们有很多空隙，可以在胎面的每一个小块上增大对地压强。很多车辆可以通过粘紧在岩石上的一个胎面凸块，借助重量的集中作用，爬上原本不可能登上的陡坡。

摩擦系数

摩擦系数表示由轮胎抓地力和地面条件决定的可用牵引力，1.0 为最高牵引力。在实际的情况下，该数值是一个平均值，并且始终小于1，而且在四驱越野环境下会更小。

在软地上，胎面设计对于建立轮胎的整体牵引能力将会起到主要作用（高达75%），胎面的楔形边缘可以像水中的桨一样提供牵引力。在软地环境下，轮胎的浮度性能也会发挥作用。轮胎保持在地面以上的能力至关重要。首先，轮胎沉陷越深，阻力就越大，从而也就需要更大的牵引力来克服。

浮度性能是由轮胎尺寸，或者准确地说是由车重对应的地面轮胎压痕决定的。压痕较大时，车重会在较大面积的地面上分散开来。对地压强的测量单位是磅每平方英寸（psi，或同等的公制单位），且数字越小， 意味着浮度性能越好。

在一台车重为4 500 磅的车上使用一组235/75R- 15 轮胎。在35 psi 的压力状态下，这些轮胎的压痕约为6.5×6 英寸，或者每个轮胎约39 平方英寸，再乘以4 个轮胎。假定重量分布为50/50（在任何前置发动机车辆上不太可能），对地压强为每平方英寸28.8 磅（4 500÷(39×4) ＝28.846）。如果减小这些235 轮胎的胎压，每个轮胎的压痕将增大至61.2 平方英寸， 对地压强则会减小至18.4 psi。如果升级为33×12.50- 15 轮胎，充气至35 psi 时的压痕产生的对地压强为20.4 psi，和减小胎压后的235/75R-15 轮胎产生的对地压强几乎相同。当胎压减小至15 psi 时，升级轮胎的对地压强为13.7 psi，小于完全充气的小尺寸轮胎对地压强的一半。因为轮胎压力或尺寸引起的对地压强的这些变化，可能意味着是否会沉陷。

最后请记住，上述计算没有考虑到轮胎的空隙。例如，泥地轮胎的压痕只有70% 直接接触地面。其余部分是胎面上的开放空隙。全地形轮胎的胎面则可能有85% 直接接触地面。但是泥地轮胎如果略微陷入地面一点点，间隙将会填满，浮度性能也会相应增加。

整车重量 车辆越重，保持牵引力所需的轮胎抓地力越大。同时也需要更大的发动机扭矩和合适的换挡。为轻型或中型车辆找到并安装大尺寸轮胎，以提供充足的抓地力，使其表现更出色，这样做虽然相对比较容易，但随着车重的增加，这种做法也会越来越难。我们的确可以使用大尺寸轮胎，但是安装它们所需的改装可能会比较复杂。

重量转移 牵引力也会根据重量转移而改变。当你爬坡时，重量将从前部向后部转移。下坡时，则会从后向前转移。同样，如果在边坡上，重量将从坡顶一侧向坡底一侧转移。连接上悬挂装置后，当某一个轮胎在悬挂行程的顶端，而另一个轮胎在悬挂行程的底端时，上方轮胎将承受最多的重量。

轮胎浮度性能（轮胎行驶在松软地面上防止沉陷的能力）：

如果轮胎让车辆沉陷至车桥和底盘接触地面的位置，则车辆的牵引力通常无法再克服由此产生的阻力。

实际的重量转移量取决于很多因素，包括坡度以及车辆的重心。通常而言，长轴距车辆比短轴距车辆的重量转移略小。在约25 度的坡度时（缓坡），朝上一侧向朝下一侧的重量转移为5%～10%。

轮胎抓地力在硬地上部分取决于重量，或者更准确地说，取决于对地压强。更大的重量或者对地压强，可以产生更大的抓地力，但抓地力与重量变化并不成正比。增加25% 的重量并不一定意味着抓地力增大25%。在很多情况下，总抓地力可能会减小，因为额外的重量可能超过轮胎的极限抓地力。同样，减小轮胎所受重量将会减小牵引力，但与重量减轻也不成正比。在给定的压力条件下，每一个轮胎都有一个载重范围，此时的抓地力相对稳定。超过或低于该范围， 抓地力将减小。不幸的是，这个范围很难明确标出， 因为在轮胎设计和制造过程中存在诸多差异。于是该范围成了“凭感觉”决定的结果，而每一位驾驶者也只能通过感受来学习。但你可以预知以下事项：

1）轮胎压痕较小时将比压痕较大时更快地失去抓地力。

2）后轮胎在上坡时可能因为过载而打滑；前轮胎则可能因为负载不足而打滑。

3）下坡时情况相反。

4）铰接轴通常首先在低位置的最低负载轮胎上打滑。

5）如果采用十字轴（彼此相对铰接的车轴），两个或任意一个低位置轮胎将首先打滑。

扭矩倍增与抓地力 任何轮胎或任何地面条件产生的抓地力都可以借助扭矩来克服。即使最好的轮胎或者牵引面都可以由充足的扭矩来克服。来自发动机的扭矩在传送到轮胎之前，通过动力传动系统实现倍增。如果发动机在给定的转速条件下可以产生100 磅英尺磅英尺的扭矩，1 挡的传动比为4∶1，分动箱低速挡传动比为2∶1，驱动桥减速比为4∶1，则传送至车轮上的扭矩将是3 200 磅英尺（100×4×2×4 ＝ 3 200）。扭矩将和4 个车轮的抓地能力以及地面的抗剪阻力相互对抗。这就意味着，在有些情况下，你必须减小传送至轮胎的扭矩以保持牵引力。而要做到这一点，既可以减小油门，也可以使用更高的挡位来降低扭矩的倍增比率，或者替换车辆的动力，从而允许使用更高挡位，减少对抓地力的需求。