新能源车的轮胎规格越来越大的原因是什么?
我觉得我之前一篇文案很适合作为其他优秀问题的辅助参考,大家可以沉下心来看一下:
写在前面
根据一位参与过极速挑战的车手回忆,在400公里每小时的座舱里,空气会像混凝土一样坚硬,似乎像在强风中走着钢丝,又似乎有人在背后开枪,弹头却追不上他,但他必须继续跑,同时他也并不知道死神是不是在前方某个地方在拿着镰刀埋伏着他。【本篇有视频,可移步观看】
https://www.zhihu.com/video/2043287678414803408在冲顶极速的那几秒钟——悬架传入驾驶室的颗粒感和轮胎破风声里,他感觉自己的时间被无限拉长,在拿捏极限数值的过程中,能不能更快的肾上腺兴奋导致的尿感与是不是到此为止的濒死恐惧交织在一起,这几秒,仿佛经历了半辈子的历练,甚至让他的前半生经历像幻灯片一样开始播放。
这是一段靠行业内朋友间接采访这位国外友人的真实经历,在我收到这封邮件时,单单是文字,就让我感受到这种挑战的危险性。 近期咱国产品牌仰望U9X不是也有一个极速挑战么,刷新了自己的记录达到了496.22公里每小时。

无论是车内还是外拍视角,整体看都算稳定,车手因为专业素养,表现是相对从容的,但我相信他的内心也一定是经历过这样类似的复杂心境。一辆车想要突破400公里每小时的极限,必备的四个关键条件:动总、悬架、空优,以及轮胎。这四个领域在这辆车上的贡献我们今后都会讲到。
我们本期要重点说这最后一项,因为在极速世界里,动力只是入场券,而轮胎中的橡胶、钢丝与空气的物理博弈,是不能被忽视的重点项目。本期《懂车老王》,探讨一下极速考量下布加迪、柯尼塞格,包括比亚迪U9所使用轮胎的一些特殊设计,以及民用和赛用轮胎设计的取舍。本期我们重点会提到马牌、米其林、佳通、固特异和倍耐力这五个品牌。
一、概念的普及
什么是胎体Carcass
在聊极速轮胎之前,有几个关键结构和概念必须先讲清楚。首先是胎体,英文叫 carcass。这个词直译是“躯壳,也有动物尸体和骨架的意思。20世纪初,橡胶工业标准化的过程中,轮胎厂商,比如米其林、邓禄普,在技术文件把胎体层称作“carcass”,后来变成了行业统一的叫法。你可以理解carcass就是轮胎用来承载车重,以及应对来自地面的撞击、高速离心力、还有各个方向的复合应力的“筋骨”。
那么,撑起整个筋骨纤维层的排布方式又引出了一个关键概念——叫做子午线,也就是我们常说的‘Radial’结构,这是现代高速轮胎性能的基础,与其对等的还有一个斜交轮胎的概念,这两者核心区别就是帘布层的编织方式,因为子午线轮胎拥有低滚阻和高速稳定性的优势,所以如今的乘用车、商用车和高速卡车几乎全部采用子午线胎,只有少数特殊用途的车辆极端抗切割需求的依然用斜交。

Carcass 在轮胎上通常看不见,能看到的只有胎面、胎侧橡胶和标识,胎体内部的帘布被橡胶完全包覆。但如果你拆开一个报废胎,或者去实验室切开样品,你会清楚看到一层层的帘布纤维。极速胎的胎体通常会用更少的帘布层数,但材料强度更高,比如用芳纶、凯夫拉、尼龙66,甚至用到碳纤维来增强。目的很简单:减少滞回和变形。
变形容易理解,这个“滞回”是啥意思?滞回的定义叫做“延迟反应”。轮胎里具体表现就是说——你让胎体和橡胶发生变形,有外力对吧?但橡胶这玩意儿本质上它甚至不是固体,它受力之后会以慢半拍的方式进行回弹,这个过程中把一部分能量就转化成了热,如何解决滞回造成动能转化为内能导致的胎体发热,是轮胎工程的核心之一。你可以简单理解,滞回主要发生在胎体、胎面和侧壁橡胶分子链的内摩擦之中,是一种不好且不可避免的能量转移路径。滞回越大,胎体越容易形变发热,稳定性下降;反之,能量传递就越直接,来自地面的复杂应力会更多地被悬架吸收,胎体温升就越小,稳定性就提高了。
目前高性能的极速胎一般是在材料和结构两个方面来优化,比如材料上多数轮胎是用高分散二氧化硅 + 特殊硅烷偶联剂 取代部分炭黑,之前我在看马牌轮胎有一种来自自行车高速胎的技术,叫做Black Chili “黑辣椒”配方,当时自行车胎的薄胎面与地面的接触面积更小,这项技术的灵感来源于辣椒嵌入舌头毛孔的那种痛感原理,这种配方是炭黑的改性基础上在胎面再嵌入一层聚合物来组成受控的交联体系,保证抓地力的同时不增加滚阻,因为这种材料能在极速下快速恢复分子链从而减少轮胎滞回。

结构上优化的也有,像布加迪 Chiron曾经用到过的米其林 Pilot Sport Cup 2 的特殊版,普通家用轮胎通常是 1–2 层聚酯帘布 做胎体,上面叠着 2 层钢带层,最外侧还有 一层尼龙或聚氨酯缠绕层 来稳定高速形变;胎侧也会有局部补强。但米其林这个只有 2 层,因为它的单层材料能顶普通胎2-3层的等效强度。这是一个大家没有注意过的点。所以我们在聊轮胎的时候,还得关注轮胎内部到底是啥,对很多人来说,轮胎就是一个黑黢黢的东西,但实际里面门道可太多了。

像平常我们看最普通的内容,大家都会去了解,轮胎上的一些基础参数,像胎宽225、60的扁平比、轮圈直径,包括有的轮胎后面还有一串4位数字,前两位是周数,后两位是年份,比如我车的这个就是24年第16周生产的。但车辆定义和选型的时候,工程师一般先看这个承重系数和速度级别。

比如92V,92代表每条轮胎可以承重最大630公斤,V代表最高安全时速是240,如果这里面是W就是270,Y是300,有的轮胎会标记ZR或者Y+,这就代表着更高时速。比如仰望U9的这个图,特制的佳通半热熔, 325/35 ZR20这个是特制的,ZR并不是这条胎只能开到240,因为根据法规,当速度级别超过300且用于公路时,侧壁必须包含 ZR 标识,以提示这是高速胎。


胎圈Bead
我们接着说第二个概念,就是胎圈,英文叫做Bead,这个词很多人以为是“珠子”,其实在英语里它真正的意思是“边缘的压紧环”,这个词最早是工业革命时期在焊接和玻璃器皿工艺领域最先用到的,像焊接领域会用“bead”来指焊道或者边缘的突起。

轮胎里的胎圈这个概念的主体,就是把轮胎紧紧压在轮圈上的一圈钢丝束。摸轮胎边缘能感受到一圈硬硬的部分,钢丝埋在里面。
这里面最外层的这个chafer,是轮胎护唇或者防刮边的意思,这是种口语化的表述方式,内部还有Filler填充胶和负责气密性的聚氨酯rim strip,上方是sidewall也就是轮胎的侧壁。
一般我们越野说脱圈,脱的是这边上的这一圈硬的胎圈bead,离开轮圈的槽口,就叫脱圈了。极速胎里,这些钢丝更粗、更紧,甚至要做黄铜镀层,利用铜锌合金和橡胶中的硫元素形成的硫化铜,与橡胶网格形成的化学键结合力来增强钢丝和橡胶的粘结力,像“分子胶水”一样,把钢丝和橡胶结合成一个整体,防止胎圈移位。比如柯尼赛格的Jesko 米其林 Pilot Sport Cup 2的特别版,采用的就是强化胎圈钢束,带束层也要加上cap ply尼龙缠绕进一步打包,

说到防脱,其实F1也有这个机制,但是和越野防脱圈的原理不一样,越野车的防脱是真的有个圈,有的在内部设置有防脱齿,还分内防脱和外防脱。为什么?其实越野车想要去越野是需要放掉一些胎压的,所以只要抓住这一圈槽口的胎圈不让他漏气,其他地方胎压放低点都无所谓,整体的抓地会更好,而F1并没有那种肉眼看到的一圈螺栓,因为F1 赛规对轮圈和胎圈的接口有详细标准,不允许加装会影响换胎速度和额外重量的结构。F1是通过精密加工的台阶胎座和专门的止推凸缘去让胎圈压紧,其实要我说,在F1中,由于这一套精密设计和赛道的环境相对稳定,常规的脱圈是不常见的,更多的是因为碾压或者爆胎导致的整体脱离。
当然,红黄白不同的轮胎,虽然胎圈基本类似,但因为不同的胶料,导致对轮圈温度传递和刚性要求略有不同,比如硬胎的话升温比较稳定, 软胎升温快,胎圈受热速度比较高,胎圈的镀层和侧壁就都需要综合考虑。
- Belt Layer 带束层
接下来我们讲第三个概念,叫做带束层,Belt Layer ,和前面讲到的胎体帘布层里面的子午线,本质上还不是一个东西,很多人分不清,看这张图就明白了。
刚才讲的胎体帘布层是胎面橡胶下方最底层的骨架,而带束层它是位于胎面橡胶的正下方,帘布层上方的一个加强的钢丝带束,用于限制胎面在高速下离心膨胀的,它就像盔甲一样包裹在胎体的上方,主要增强的是轮胎的周向刚性。

这张图能看,带束层是这个黄色的部分,而子午线的body ply是属于胎体carcass的其中一层,它是径向排布的,而斜交的带束层是周向的,它们之间几乎垂直。刚才我们在胎体部分讲到的子午线最早由米其林最先进行的商业化落地,为什么叫子午?子午是经纬线里面这个经线的意思,就像地球从北到南连的经线,那么胎体帘布层从轮辋向外辐射的话,子午线就是这条线,这是一个核心特征,那么Belt layer这个带束层他等于说是覆盖在子午线上面的一层钢丝,是沿周向加固用的,和子午线帆布形成高低交错的复合应力体系。

一般来说,普通胎的带束层这里会稍稍偏转一些角度,大约和周向这条线差着 20-25度,然后好几层这么叠着铺,和子午线相差70到90度,极速胎会把这个角度拉得更小,和周向的角度几乎相同,与子午线接近垂直,这样在高速下周向刚性最强,胎面变形小,离心稳定性高。有的还会在外面加一层尼龙缠绕的cap ply,像胶带一样把胎体进一步捆紧。这样高速旋转时,胎面不会鼓包,从而保持接地稳定。
目前我们讲到的三个概念,Carcass也就是胎体, 它在极速胎里面主要就是通过提升强度来优化滞回,避免软脚病带来的发热、Bead也就是胎圈,这个就是防脱的作用,车速越高,胎圈离心力越大;极速胎和高速度等级的轮胎会用到更粗的钢丝加黄铜镀层。还有什么是带束层Belt layer,就是周向这么一圈用来加固轮胎的,这三个概念,不仅是极速轮胎的核心,也是民用高性能轮胎在安全与耐久方面同样非常重视的要素。
二、极速胎的特殊工艺
那么基础概念说完了,我们说一下布加迪 Chiron、柯尼塞格 Jesko、包括最近的 BYD U9 的极速轮胎与民用轮胎的最大不同。
家用车一般就是普通气压固定就行了,但是跑极速的轮胎,除了前面讲到的增强方式,轮胎和轮毂都有两种结合方式,一种叫做Knurling,也就是滚花的工艺,这个滚花主要是刻在轮圈内侧接触胎圈的位置,利用的是增加表面粗糙度的原理来提升静摩擦,难点就是这个纹路要够深来防滑,但又不能太深,至少不能像越野车防脱齿那么深,否则一个是装胎时容易损伤胎圈附近chafer旁边的这个保护层,影响膨胀系数削弱整体强度,再一个是他们的取向也不同,越野防脱齿主要用于低速大变形环境,而高速、极速的情况下,滚花式的浅齿摩擦更小,目前市面上一些厂家的滚花测试中,这个滚花深度在0.1-0.25毫米就可以带来不错的防滑效果,不过有的轮圈的滚花更深,会达到接近0.5毫米,这个尺寸的话,我请教过一些轮胎专家他们说这么做摩擦力是更好的,但同时风险也比较高,业内非常罕见。 总之,就是这个滚花的加工深度在厂家和轮胎厂的测试中,要拿捏在一定的范围,还要注意加工的平滑性。 当然滚花的理念不止在轮圈,轮胎上就是这个shafer区的内侧,也会相匹配地定制一些耐磨和定位的纹路,当然,这就不能称之为滚花了,只是在胎圈光滑的基础上增加一些摩擦匹配机制。
第二种方式,叫做高粘度胎圈固定胶,这种胶水在凝固之前还有一个润滑的作用,这听起来很矛盾,有人问说加润滑剂不是更滑吗?但实际上这类材料是用来润滑上胎,润滑剂帮助胎圈顺利滑入轮圈,避免撕伤。固化后可以增加胎圈与轮圈的摩擦和黏附力,在布加迪包括柯尼赛格的极速实验里,是官方确认过的“关键工序”。布加迪极速我们做过节目,除了动力总成是W16这个是个亮点以外,当年米其林专门为 布加迪开发的轮胎,就用了滚花+特种胶,保证在 490 km/h 下胎圈锁死。每次极速挑战后,厂方都要求直接更换全新轮胎。注意是每一次挑战。
那么佳通和比亚迪 U9的这次合作的这个极限高速轮胎,更偏向服务电动车的高整备质量和高扭矩承载能力和温控的情况,胎圈纹理和胶料配方调整的是更适合U9这辆车的,用到的胶料也是可以在凝固后去承受更高剪切力和热负荷的,理论上可以承受500公里每小时的离心膨胀, 这回测试了0~496的加速稳定性也属于给自己品牌打了个非常好的广告。
有人说,佳通的品牌负责人横竖得给仰望磕一个,不过老王觉得,这就是典型的互相成就,轮胎对于极速来说在逻辑上属于典型的必要不充分关系,后续仰望可以透露一下是如何进行轮胎的定义,以及以何种方式参与研发的,这里面肯定有很多故事。
三、极速和极限加速轮胎有何区别?固特异
其实说到这,还有人问,说极速轮胎和北美的极限加速赛用的那种轮胎有什么区别,这个问题也挺有趣,其实这两种轮胎区别很大,压根是两种工程视角。 极速胎面对的是一种相对长时间,相对缓慢地加速到极限的挑战,工程师的目标是尽可能消除随机事件,所以在高速高温的情况下选择用秩序去压制混乱;
而直线加速胎的逻辑恰恰相反,它只需跑几百米,而且加速瞬间要承受巨大的扭矩,这里如果也追求胎体的型变量更少,对侧壁突出支撑特性的话,反而立刻打滑,加速肯定就落后了。所以极限加速轮胎的工程设计是尽可能让胎体去形变和扭曲,以最大限度把扭矩冲击转化为拉伸,让材料的变形和应力优先释放,把接地面积撑大。而且把轮胎壁设计得非常软,赛后往往胎面会有多处破损,这相当于是一种让渡控制,提前去拥抱混乱。
在北美直线加速赛里面,固特异是顶级组别top fuel或者funny car的长期官方指定轮胎商,这其实是这家俄亥俄州的轮胎企业长期的宣发方式。 你看到的那些带地胶起跑、胎壁有大量褶皱的那种极限加速胎,有一部分就是固特异提供的 Drag Slick 系列。而且这个比赛连地胶都有专门的供应商,像Rocket Track Glue 和 Rocket Prep ,学名叫做地面牵引剂,有的会用那种很高级的树脂配方。
其实话说回来,北美的极限加速赛表面上离普通家用车很远,但它在轮胎材料和控制技术上的探索,确实能“反哺”到日常用车,主要就是两点,轮胎厂家会不定期地给一些高粘度橡胶和新型的轮胎试验件去当赞助,厂家不敢随便在量产车上做测试,但给这些参赛的疯子准备一些,毕竟他们什么都敢上,并且每一次都是最苛刻的测试,赞助这种加速赛对轮胎厂来说,就是实际活人愿意承担你所有风险的测试同时还可以给自己打广告,一箭双雕了属于是。

四、倍耐力与F1
其实说到极限轮胎,不光是超跑,F1也代表了轮胎设计的最顶尖实践,我们可以从中看到一些理念上的共性,之前我们聊到极速轮胎,像米其林、马牌包括佳通,其实就已经代表一部分体系了,但这里面其实还少了倍耐力,聊轮胎不聊倍耐力,就像聊车不提F1,也可以,但少了最塔尖的那一部分的内容。

倍耐力在赛车文化里的地位,几乎是“赛道认证”的代名词,比如,F1目前的选择是让倍耐力作为独家轮胎供应商,关键在于它的“可预测性”。比赛中,每一圈的抓地力、磨损速度、温度变化都会影响赛队决策,而倍耐力的材料在高温高速下表现是相对稳定的,衰减也更规律,这种特性可以更好地控制变量,让车队有条件精准计算换胎时机和轮胎方案,F1在乎的不是谁跑得多快,而是比赛的策略性和可看性,如果缺少这个,F1也会失去众多的广告商,等于断了自己后路,这可不是开玩笑的。

历史上,普利司通1990年代至2000年,米其林在2001–2006年 都曾独家供应过F1,但自2011年起,倍耐力凭借技术稳定性和策略可控性,成为唯一供应商,确保每支车队都能在相同轮胎条件下比拼真正的驾驶与调校水平。
其实倍耐力关于轮胎的设计是很直白的,就是宁可在排水性、耐磨性上牺牲一些,也要在高温高压下维持胎体的刚性和抓地力,它当然也有红白黄不同的F1轮胎,民用车也有P Zero Corsa和普通P Zero的高低之分,但这是整体的一个取向,是一种价值观,也正是这种价值观导致它在超跑和赛道能和法拉利、兰博基尼深度绑定的一个底层逻辑。这和米其林追求均衡、邓禄普强调安全裕度、普利司通注重工艺稳定性的理念,形成了一种鲜明对照。倍耐力这个话题我们今后还会深入去剖析,大家感兴趣咱们再展开聊。
写在最后
节目的最后,老王想说,其实轮胎话题很广,如果你换个角度,拿同样一条极速胎去测试排水性能,它可能不一定也是第一;拿来做舒适性对比,它甚至会让普通消费者觉得“硬或者噪音受不了”。也就是说,任何关于“哪家更强”的结论我们以后还得再扩展体系去给大家讲清楚,因为一旦横向比较,就必然受到不同场景的挑战。本质上,不同厂商不同轮胎的理念,是在不同场景下去找最优解,其实我认为轮胎也好,整车也罢,这个世界上并不存在六边形战士,这个词汇我建议是从汽车舆论中拿掉,误导性太强。
所以今天我们只聊一个局部,给大家一些关于极速性能这个维度的一个启发,轮胎作为一个复杂系统,真正的工程权衡要复杂得多,这就导致了任何的选择任何的定义取向,都是有代价的。极速只是极限性能的一环,不是轮胎的全部,但能达到极速的轮胎品牌,都是综合实力强的一种表征。
你说对吗 我是老王,下期见