冬季轮胎背后的科学

美国汽车协会 (AAA) 表示，冬季风暴和恶劣天气导致道路结冰或积雪，每年造成近 50 万起车祸和 2,000 多人死亡。驾驶速度过快、刹车过猛和急转弯都有可能导致失控。轮胎在这个过程中起着重要作用，在恶劣天气下使用不合适的轮胎或使用磨损严重的轮胎驾驶都可能酿成灾难。

轮胎公司一直在努力改进冬季轮胎，以提高驾驶安全性，胎面、材料、形状和设计都对整体驾驶体验有影响。我们在科罗拉多州普利司通冬季驾驶学校的封闭赛道上，在湿滑、积雪的道路上测试了各种冬季轮胎。在此过程中，我们了解了当橡胶遇到冰雪时，什么方法有效（什么方法无效）。

胎面花纹和刀槽花纹

下雪时，选择合适的鞋子是一项重要的决定。低调的平底便鞋或低胎面乐福鞋并不是明智的选择，因为它们会让太多的皮肤暴露在寒冷和潮湿的环境中。此外，在冰面上滑倒的概率会成倍增加。冬季靴子上带有大花纹胎面的橡胶鞋底更有意义。轮胎的工作原理类似，但采用了特定的技术和材料，旨在防止数千磅的金属（及其乘客）滑出路面。

如果您曾经在湿滑的沥青路面上开车打滑，您就会体会到失去控制的惊恐感觉。在大雨中，汽车轮胎会将水向前推，形成一个液体楔，这会导致轮胎与路面脱节；这被称为滑水。在较深的水中，滑水的风险会增加，因此使用胎面能承受这些条件的轮胎至关重要，确保轮胎不会磨损，从而减少胎面磨损也很重要。

冬季轮胎的胎面花纹与全季轮胎和夏季轮胎不同。夏季轮胎胎面花纹较宽，更适合在干燥路面上行驶。冬季轮胎的胎面更深，刀槽花纹更多，刀槽花纹是轮胎上的细小缝隙，可以扎进雪里，在冰面上起到咬边的作用。当轮胎在行驶路面上滚动时，刀槽花纹会张开，将雪或水推离轮胎的接触区域，从而提高抓地力。与胎面部分（称为块）的边缘一起，冬季轮胎在冬季天气下具有更好的操控性。

除此之外，普利司通还采用了一项专有技术，在轮胎中加入了微小气泡，以分散薄薄的地表水层。通过将其移开，轮胎的刀槽花纹和胎面可以咬住冰雪，保持控制。

可能让一些人感到惊讶的是，雪上的雪会产生牵引力，这就是为什么胎面深度如此重要。

“当你堆雪球时，雪会聚在一起，因为雪会粘在一起，”普利司通拥有 20 年经验的轮胎专家威尔罗宾斯 (Will Robbins) 解释道。“当你刹车或加速时，雪与雪的结合会让你有抓地力。”

想象一下将两片相应的 Velcro 粘在一起，然后分开的动作。雪花的粘性边缘会紧紧地推在一起，然后拉开，而不会滑落。

轮胎结构

罗宾斯说，冬季轮胎和夏季轮胎之间有一些基本相似之处，首先是胎体。胎体（也称为外壳）支撑负载，并且该部分保持不变；胎面才是造成差异的原因。

在轮胎内部，由细钢丝制成的钢圈构成了所谓的胎圈。胎圈将轮胎固定在车轮上。胎体帘布层与胎圈相连，由聚酯和人造丝等坚固的织物制成。坚硬的钢丝绳构成了带束层，构成了轮胎的结构。胎侧和胎面则使用橡胶化合物。

胎面和胎侧还加入了其他几种材料。炭黑是一种细小的黑色粉末，主要由元素碳组成，可增加橡胶的强度。硫磺可增加弹性。油可软化橡胶。二氧化硅是一种白色粉末，可提高燃油效率、耐用性和抓地力。然而，二氧化硅的使用比较棘手，因为它会吸水，而橡胶会排斥水；普利司通使用的技术可帮助橡胶与二氧化硅结合。

胎面最终会磨损，但普利司通和其他轮胎公司正在探索更多的翻新方案，以提高整个过程的可持续性。未来有望增加轮胎回收选项并增加可再生材料的使用。与此同时，罗宾斯说，通过更换胎面，轮胎外壳可以反复使用。这就像更换一双最喜欢的鞋子的鞋底，在换底时保持鞋子的结构不变，让鞋子（或轮胎）焕然一新。确保汽车鞋底保持坚固的胎面不仅仅是为了美观；轮胎可以保护车内人员和路上其他人的生命。