《賽車工程》解析─輪胎：神秘黑魔法，下篇

2017-01-03 14:30:10

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圖片來源：Hankook

在上一篇的《賽車工程》解析當中說明了輪胎的特性以及作用力之間的相互影響。接著就要來進一步的說明輪胎的角度、溫度、以及胎壓會如何影響輪胎的性能，又要從什麼方向著手讓輪胎發揮其該有的性能。

外傾角 (Camber)：

雖然之後會更詳細的介紹車輛各種定位角度，但是這裡必須先提到Camber對輪胎的影響。Camber的角度分為正值 (下圖左)以及負值 (下圖右)，記住，正Camber對提高輪胎性能沒有幫助，而適當的負Camber則能夠提高輪胎的摩擦係數，但是過度的負Camber則會導致輪胎接地面積減少而影響輪胎的抓地力。當Camber為負值時，在過彎的情況下能夠提供輪胎更好的支撐力，提高車輛的過彎極限。

圖片來源：Automotiveglobe

多數的賽車用胎都相當的寬，因此更容易因為負Camber的角度過大而發生輪胎接地面積減少的狀況。不過在賽車工程的發展當中，輪胎工程師已經了解到這個狀況，因此直接從結構當中下手，在輪胎內側使用較軟的胎壁來補償因為Camber角度對接地面積造成的影響。這也是為什麼在有些賽車例如《WTCC世界房車錦標賽》的賽車上我們可以看到-4度甚至-5度的輪胎Camber角度，但是卻不會造成輪胎僅用到內側行駛的狀況。一般的街道用胎並沒有這樣的設計，因此只要稍大的Camber角度就會造成輪胎只用到內側行駛的狀況。

▼F1的輪胎接地面積為錐形，即是因為輪胎Camber角度產生的內側與外側接地面積差異。

圖片來源：Pirelli

▼依照懸吊形式不同，部分房車賽賽車可以達到非常大的Camber角度。

圖片來源：V8 Supercar

輪胎溫度：

所有能夠產生摩擦力的運動都會產生熱能，這個熱能一部分會消散於空氣中，而一部分的熱則儲存在輪胎之上。溫度對於輪胎能夠產生的抓地力有著非常大的影響，如果輪胎的溫度低於其工作溫度，會使得抓地力不足，而胎溫大幅超出工作溫度，則可能會因為高溫破壞輪胎成分而造成輪胎表面起泡、甚至剝落等等的風險。因此，要完全發揮輪胎的性能需要注意維持輪胎的工作溫度並避免超出輪胎能承受的高溫極限。

▼影片中可以看到F1賽車的胎溫變化。

影片來源：Youtube

一般來說，街道用胎工作溫度大概介於攝氏7度至70度之間，而場地賽使用的賽車胎工作溫度大約落在攝氏80度至105度之間。F1的輪胎在乾地環境下的工作溫度則大約落在100度左右。在賽車上為了取得即時訊息，通常會以車載紅外線感測器來觀察胎溫。如果無法取得這樣的裝備，探針式的胎溫測量計也是個好選擇，藉由觀察輪胎表面溫度的分布狀況，就能夠知道輪胎的工作狀況以及角度是否設定良好。

什麼情況下會讓輪胎產生超出能夠承受的高溫呢？

1.太多的Camber角度會導致輪胎的內側過熱。
2.輪胎壓力太低或者輪胎漏氣。
3.輪胎的成分太軟，或者在晴天使用雨胎。

如果輪胎達不到工作溫度，通常代表駕駛開的不夠快。當然，也有其他外在因素，如氣溫以及賽道表面溫度過低 (通常發生在冬季或清晨的賽道)。

這時候能夠採取一些方式來讓輪胎溫度升高。

1.在容許的範圍內，降低胎壓。
2.增加靜態Toe-in。
3.增加Camber角度也會有所幫助。

切記，當環境溫度回升時，要把以上的改變還原。

▼WTCC車隊所使用的輪胎加熱器

圖片來源：Race Truckie

輪胎氣壓：

在賽車工程發展尚未成熟的時期，胎壓對賽車動態的影響並不大，胎壓基本上是跟著車手的喜好來調整。不過，這些情況已經不再能夠成立，現今的賽車胎與街道用胎多半經過精密設計，在胎壓的部分能夠變動的空間並不多，否則會導致輪胎性能降低。

關於胎壓，有幾個要點可以注意。在下賽道前確實地確認輪胎以及輪框的狀況，在安裝輪胎以後詳細確認是否有漏氣。輪胎安裝完成以後，充氣至合理的胎壓並且記錄當下的胎壓及時間，之後每小時檢查一次胎壓。如果胎壓下降的速率大於每小時3 PSI，那這條輪胎就無法上場了。

圖片來源：Sibsport Performance

賽車用胎因為工作溫度比街道用胎高了不少，空氣中的水氣也會對於胎壓也會產生很大的影響，因此大多數的賽車都會使用100%的氮氣來填充輪胎，這是由於一般空氣中大約含有78%的氮氣、21%的氧氣與1%的水蒸氣與其他元素。除了環境濕度所含的水氣，空壓機管路內的凝結水、水氣也會在充氣時注入輪胎。輪胎內含有水氣會導致胎壓不穩定，水在因為輪胎的高溫而蒸發時，體積會大幅度的增加而造成胎壓提高。如果無法避免使用含有水氣的空氣為輪胎充氣，就必須思考如何設定冷胎壓來避免熱胎壓過高的狀況。

圖片來源：F1TECH