虎扑体育网
搜我想看赛车动力学技术解析—轮胎抓地力
连载指挥部请见：
轮胎动态第二节——轮胎抓地力
在我们理解了轮胎橡胶的工作原理*之后，是时候来了解一下轮胎抓地力是如何形成的了！
*关于轮胎橡胶的工作原理，详见：
走起！
抓地力的定义是轮胎表面与赛道表面之间的摩擦系数。这种摩擦取决于大量的因素，包括赛道表面的材质及其粗糙程度，轮胎温度，和轮胎橡胶的性能。这些因素会最终影响轮胎橡胶的可塑性和黏度，还有上一节讲过的迟滞性（hysteresis），此三者皆为产生抓地力的关键因素。
一个轮胎产生抓地力，会通过一下两种应力机理：
凹陷（Indentation）
分子黏附/附着力（Molecular Adhesion）
凹陷
路面的粗糙程度会激发橡胶材料。因为轮胎橡胶有粘弹性，在其滑过路面时会发生形变并自适应路面的材质。当轮胎的花纹块撞上路面的凸起时，它会形变，而因为橡胶的滞后现象，花纹块不会第一时间恢复原状。这种非对称形变会对橡胶产生一个反作用力，趋于阻止其滑动——换句话（人话）说就是摩擦力（aka.抓地力）。
凹陷可以通过“弹簧与减震器”的类比来实现可视化，这个类比我们已经在轮胎橡胶工作原理一文中讲过（链接在顶上）。当橡胶撞击到一个凸块时，弹簧和减震器同时压缩，但是减震器里的油有黏性会阻止位移的发生并且产生热量。在凸块过去以后，负载解除，减震器内的阻力推动活塞反向运动，但无法回到初始位置。减震器的滞后现象和通过热量损失的能量，导致了橡胶的非对称形变，继而产生了上图中的切向力X（黄色箭头）。
凹陷的产生是由于橡胶与路面中凸块的接触，范围从几毫米（宏观织构）到几微米（微观织构），即使在湿滑路面上，抓地力依旧可以通过这种方式被产生。
分子黏附/附着力
轮胎橡胶与赛道表面之间的分子相互作用也可以产生抓地力。本质上，橡胶的分子链会与赛道表面之间产生化学键（Van der Waals bond - 范德瓦尔斯键）（1）。当轮胎持续滑过赛道表面时，这些分子链会被拉伸，橡胶的黏性（即“弹簧与减震器”类比中的活塞）会趋于阻止形变，继而产生与滑动相逆的摩擦力X（aka.抓地力）（2）。然后，化学键断开（3），之后会再次生成。就这样，橡胶的分子链会不停地走这个循环，拉伸再断开，产生粘弹性的效果。这种效果能有效地使键能（bonding energy）按一个倍数因子叠加，这个倍数因子取决于橡胶的温度以及滑动的速度。
分子附着力其实就是轮胎在赛道上留下淤积物的原因。分子键既能与赛道表面断开（就像上面解释的那样），也可以与轮胎断开，这种情况下实际就是橡胶分子从轮胎上被剥离了下来，扔在了赛道表面。
这些橡胶块有些会被仍在赛车线上，这些可以增加赛道的抓地力，因为此时轮胎就能与赛道上的橡胶接触，而不是直接摩擦赛道。而当温度很高，轮胎也在衰竭的时候，橡胶会以大块颗粒的形式被散布到赛车线以外的地方，这些地方的（路面）抓地力就会减小。
划重点！（敲黑板）
抓地力的产生是因为：1）凹陷 2）分子黏附/附着力。两种机理都取决于橡胶的迟滞性、可塑性、以及黏度。凹陷是由于赛道表面对轮胎橡胶的激发。而分子附着力是由于轮胎橡胶与赛道表面之间的分子相互作用。
烷
喜欢的小伙伴们记得点赞、投币、收藏、转发哦~~~
全部回复
评论区开荒，我辈义不容辞
来抢第一个沙发！