技术如何开启全地形轮胎的新时代

技术的进步不仅使这些轮胎在崎岖地形上更具能力,而且在日常驾驶中也更安静、更易于操控。
an suv with its tires turned out on a dirt road
粗犷的全地形轮胎不再适合日常使用。图片:Bradley Iger/Popular Science

正如他们所说,生活变化很快。几个月前,我的妻子开着我们可靠的 2007 款福特 Explorer 回家,一辆迎面而来的司机睡着了,冲过了对向车道,直接冲到她前面。虽然她很幸运地没有受到永久性伤害,但我们坚固的 SUV 却没那么幸运了。

突然,在二手车市场一个特别动荡的时期,我们发现自己需要一辆替代品。为了坚持已知的选择,我们设法找到了符合要求的 2008 款 Explorer。但在让我们的最新购入的车辆投入使用之前,我们把它带到了我们的机械师那里,他指出,尽管其八岁的全季轮胎还有很多胎面,但早已过了使用期限。

考虑到这款 Explorer 配备了真正的四轮驱动系统,我们决定查看工厂尺寸的全地形轮胎有哪些选择,这次搜索引导我们找到了 Cooper Discoverer Road+Trail AT。作为广受欢迎的 Discoverer AT3 4S 的后续产品,Road+Trail AT 旨在应对崎岖路况,同时又不牺牲其在公路上的表现。虽然我脑海中浮现的是冬季去山区旅行和在越野公园里游玩,但现实是,像大多数全地形车一样,这辆 SUV 大部分时间都将行驶在铺装路面上。

不久前,选择一个粗犷的全地形轮胎将是日常使用中产生过多的路噪、转向不稳和操控性下降的根源。但正如我通过测试Ram 1500 TRXRingbrothers 1970 Chevy K5 Blazer 等车辆所了解的那样,轮胎制造商近年来在这些方面取得了长足的进步,我很高兴地发现 Cooper Discoverer Road+Trail AT 并没有偏离这一趋势。事实上,在换上这套新轮胎后,Explorer 在公路上的表现实际上有所改善,而且与它们取代的那些温和的全季轮胎相比,路噪没有增加。

a tire on an suv
图片:Bradley Iger/Popular Science

这让我很好奇是什么推动了轮胎设计的进步,所以我联系了 Cooper Tire,他们把我介绍给了 Jenny Paige。Paige 现在是 Goodyear(Cooper 的母公司)的北美产品营销总监。在她之前的职位上,Paige 曾负责 Discoverer Road+Trail AT 的开发,她欣然同意就该项目进行交流。她说,虽然近年来促使 Cooper 等制造商在轮胎设计上取得重大改进的因素有很多,但有几项进步已证明是杰出的。

“我们在轮胎开发过程中使用的计算机建模取得了重大进展,这使我们在实际制造任何原型之前能够进行更细微的轮胎设计调整。例如,如果你看 Discoverer Road+Trail 的胎面花纹,它在轮胎周向延伸时似乎是重复的,但实际上构成花纹的胎面凸起在尺寸和形状上都有细微的差异。我们这样做的一个重要原因是,气流对轮胎产生的路噪有巨大影响,尤其是在全地形轮胎方面。通过计算机建模优化这些胎面凸起的形状和尺寸,我们可以控制空气在通过这些凸起时的流动方式,从而打破湍流,防止声波累积。”

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图片:Cooper Tire

她还解释说,开发像 Discoverer Road+Trail 这样的全地形轮胎的挑战之一是,它需要在广泛的标准下表现良好,其中一些标准彼此之间是截然相反的。


“轮胎的胎面配方中蕴含着令人难以置信的化学知识——这不仅仅是选择要混合的原材料来制造构成胎面的橡胶,还包括我们混合它们的方式。这是消费者看不到的东西,可以说是轮胎设计的‘秘方’。例如,这款轮胎带有三峰雪花标志,这意味着它符合美国轮胎制造商协会的严苛冬季条件要求。为了在这些条件下获得牵引力,胎面配方需要柔软,这样,随着温度下降,配方就能保持柔软。典型的全季配方在变冷时会变硬,并因此在路面上变得非常滑。但由于这是一款全地形轮胎,配方还必须坚固,能够承受不平坦的地形、岩石和其他障碍物。所以我们工程师的诀窍是找到一个能够在这两种情况下都表现良好的配方‘甜蜜点’。”

虽然胎面配方也影响着轮胎在正常天气条件下的性能,但 Paige 告诉我,胎侧的设计在车辆直线行驶能力方面起着更大的作用。但是,虽然坚固的胎侧可以减少转向不稳,但它也会对乘坐质量产生负面影响,因此工程师们也必须在此寻找平衡。

“请记住,轮胎内部有许多不同类型的橡胶——尤其是在胎侧的较低部分,靠近与轮辋连接的地方。该区域有一些非常坚硬的配方,有助于提供稳定性和响应性。但我们在寻找‘甜蜜点’时也必须考虑乘坐质量。没有一款轮胎可以毫无妥协地做到一切,所以对我们来说,充分了解潜在客户在我们正在开发的轮胎上的优先需求非常重要。”

尽管计算机建模已成为轮胎开发的重要组成部分,但现实世界的测试仍然是该过程的重要组成部分。随着 Cooper 公司对设计进行完善,会在公司位于德克萨斯州圣安吉洛的测试赛道以及可以重现极端条件的其他设施生产和评估原型轮胎。

收集到的数据可以指导原型轮胎设计返回建模实验室进行更多调整,或者进行额外的实验室测试,使用专有设备测量耐磨性和拉伸强度等属性。尽管改进通常是微妙的,但这个过程的最终结果是性能更好、更耐用、最终更安全的轮胎。

 

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