汽车工程应用力学:F1赛车轮胎性能要求

各F1车队参赛的目的就是为了夺标。为了夺标就必须“快”字当头，一切为“快”服务。在“快”字当头中，轮胎是首当其冲。可以想象，轮胎在比赛的工况中是何等的恶劣。因此，它必须具备以下良好性能。

1.良好的高速附着性能

以中国上海F1赛道为例，在直线路段上速度可高达326km/h。在如此高速行驶工况下，要求轮胎仍然具有良好的附着性能，以保证动力的传递效率，确保赛车始终得到强劲的驱动力。要做到这一点并非易事，通常采用以下方法。

（1）加宽胎面，以增大与地接触面积 目前F1轮胎宽度大约是普通轮胎的2倍。但轮胎宽度是受国际汽联所限制（前轮宽度为305～355mm，后轮宽度为365～380mm），以控制赛车速度的不断攀升。

（2）采用特殊的胎面材料配方 配方中的苯乙烯丁酸可以提高抓地能力，聚丁烯可以提高耐磨性。

（3）增加轮胎种类，根据现时路况，使用不同用途的三类轮胎 轮胎设计为干胎、中性胎、全雨胎三类，并且每一类还分有偏硬胎和偏软胎两种。干燥路面选用偏硬的干胎，稍微潮湿的路面选用偏软的干胎；在有一定深度积水的路面上，使用具有良好排水性能的全雨胎。

（4）适当的工作温度 当胎面温度处于90～110°C时具有最佳的附着性能。以往国际汽联允许过这样的做法，即可人为地给轮胎预先加温至最佳的工作温度，给轮胎加温只允许使用电阻式加热覆盖物——加温毯。到了2008年国际汽联又有新规定：从2009年起恢复使用光头胎，同时禁用加温毯。轮胎供应商普利司通公司为此作出承诺：本公司产品在不使用加温毯的情况下，照样保持符合规定的抓地力和操控性。此承诺起着防止“禁毯”以后可能有的车队拿降低“最低充气压力”来进行冒险的作用。

全雨胎工作时由于与水接触时间长，所以胎温偏低，胎温通常为30～50℃。因此它的配方要与干胎有所不同才能保持良好的高速附着性能。

（5）适当的轮胎气压F1轮胎内填充的是含氮的混合气体，这样可以在同样温度下尽可能地减小胎压，同时保压效果比普通空气的要好。F1轮胎充气压力相对较低，以便轮胎与地有较大的接触面积。充气压力通常为120～130kPa。(www.xing528.com)

2.良好的弯道性能

弯道性能主要指弯道抗侧滑性能。抗侧滑性能良好的轮胎可以提供良好的操控性。赛道是人为设计的，它以独特的各种弯道考验着赛车的弯道性能和车手的驾控技能与胆识。

从力学上分析，赛车以如此快的速度驶过弯道都会产生巨大的惯性离心力，其极限侧向加速度有3～4个G之大，存在着严重侧滑、甩尾的可能。侧滑一发生，转向盘就不大听使唤，操纵稳定性变差了。怎么办？这时，轮胎的良好性能就派上用场了，但轮胎仅靠赛车自身重量来获取与地有限的附着力是远远不足以抵挡侧滑的，它还必须依靠空气动力学套件（如前翼、后翼、尾部扩散器等）来产生足够的下压力，以增大轮胎与地附着力，才能制止或削弱侧滑，使赛车安然驶过弯道。

3.良好的耐磨性能

赛车轮胎的磨损主要来自频繁的加速与制动所产生的滑移摩擦损耗，尤其弯道前的制动以及紧急避让变线的制动。虽说特殊配方能使胎面具有良好的耐磨性，但是比赛平均速度为200km/h左右，最高时速时轮胎转速可达到每秒50圈，在此工况下滑移现象在所难免，并且还相当严重，如果耐磨性再不好，就更加难以对付赛事了，频繁地更换轮胎必然落后于他人。由于胎面采用特殊配方，其中的聚丁烯成分可以提高耐磨性。供应商的每一条轮胎必须能确保300km的使用里程。

4.刚柔兼有的胎体强度

轮胎要能承受强制动时和高速转弯时包括空气动力学在内的强大的下压力或侧向力；尤其是强大的侧向力使胎侧产生较大的侧偏变形。在这种情况下没有高强度的胎体是承受不住的。但强度的提高应能使刚度与弹性都得到兼顾。因此，对F1轮胎胎体的制作要有很高的技术要求。胎体帘布层应是选用具有高模量低收缩的帘线材料，如聚酯等；并增加帘布层的层数，使胎体层强度得到加强。