說起輪胎，總是那幾個問題，今天挑幾個深入的講一下。行文枯燥，能看下去的大佬都是真愛！
為什麼要暖胎熱胎？
胎溫不夠時為什麼會出現輪胎異常磨損？例如Schallamach磨損
賽車輪胎為什麼又叫熱熔胎？
你是否知道，橡膠的粘彈性既是產生抓地力的原因，也是產生滾動阻力的罪魁禍首！
在各大賽場的時候，每時每刻都能聽到這些字眼，各位同學在向小白們吹噓暖胎圈、熱熔胎、抓地力的時候，會不會有一絲絲的心虛：說的這些都是從別人那裡聽到的，到底有沒有科學依據。甚至有時候自己說出來的話前後矛盾，無法自圓其說，那一刻是否渴望真正瞭解那一圈黑乎乎的東西，在接觸地面的剎那，到底發生著什麼。
帶著這些問題，我們進入今天的小課堂。要想把這些東西講清楚，涉及到的領域相當之廣泛，但會盡量以容易理解的方式呈獻給大家，公式推理什麼的一概省略，人生苦短，及時看答案。其實有時候也無需知道那麼多，只需知道在知乎某篇答案裡，有個人把這些東西都講出來了，以後打算吹牛時忘記了可以再來看看。
一、當輪胎與路面接觸的瞬間發生了什麼？
如下圖，輪胎與地面接觸的瞬間會擠壓胎體變形 ，前部由“圓弧”變成“線段”，後部由“線段”變成圓弧，這部分變形就是滾動阻力的主要來源，我們後面會講。
我們把鏡頭向前推，看一下區域性細節，接觸區域內發生著什麼。請仔細看一下這張圖，後面發生的一切都會圍繞著這張圖進行。（經評論提醒，在這補充一下，這個是制動時候的圖，所以看上去剪下方向與旋轉方向一致，因為我找不到其他的圖了）
剪下階段：
剎車時路面將接觸面橡膠塊傾斜，導致橡膠塊底部和路面之間以及和帶束層之間都發生了相對運動，這就是剪下作用（偽滑移），這都發生在接觸區的前端。
滑移階段：
由於橡膠塊更加接近接地區的尾端，應力增加，橡膠塊在保持剪下狀態的同時與路面之間發生真實的滑移。
在乾燥的路面上，乘用車純剪下與純滑移的比例大概為1：4。抓地能力越強，純滑移所佔比例越低。這個很明顯，抓地力那麼強到無極限的時候，根本輪不到滑移。
二、抓地力的產生
抓地力的產生並非單一作用，而是由以下兩種機理共同產生的。
第一個機理稱為壓坑效應
。因為橡膠具有彈性，使它可以很好地適應路面凸起，與路面之間緊密接觸。因為橡膠又具有粘性，當輪胎滾過路面時胎面橡膠壓向路面的作用可以比喻成流動作用，橡膠塊擊打路面粗糙點並變形，但由於滯後特性，橡膠塊在凸起另一側又不能馬上恢復到原來的高度。橡膠塊在凸起上的不對稱運動產生了抵抗滑移的力。這種效果就像齒輪之間的齧合。
一般這種作用發生在10^{-3}m 到10^{-6}m 的尺寸上，這與粗糙跑道上的微粒尺寸相同，作用頻率為10^{3}Hz 到10^{6}Hz ，這兩組資料很關鍵。
第二個機理稱為分子粘附
，它發更細小的規模上，當發生路面與輪胎之間的滑移時，兩者的分子粘附會因為遲滯效應加強百倍以上，學術上也稱為活化動態過程。分子粘附作用遠遠大於前一個產生摩擦力的因素。分子粘附作用發生在10^{-6}m 到10^{-9}m 尺寸上，尺寸大概是分子間距，作用頻率為10^{6}Hz 到10^{9}Hz
下圖為同一溫度下，兩種摩擦機理作用在不同作用頻率上的分佈。
以上就是輪胎摩擦力的兩個產生來源，可以看出產生抓地力的兩個機理中，都是因為遲滯效應，這種效應越明顯，產生的抓地力越高！
三、粘彈性的那些事
不知大家玩過醫用注射器沒，快速抽壓注射器的時候感覺注射器的反應總是慢半拍，有點類似於粘彈性的感覺。有兩把刷子的老鐵知道滾動阻力就是因為粘彈性材料遲滯作用產生的，然而抓地力也是因為橡膠的這個特性而出現。
橡膠的兩種狀態：玻璃態和橡膠態。當溫度過低時，橡膠脆且硬，表現的像玻璃一樣。在溫度較低時，橡膠軟且彈，這時處於橡膠態。而他們之間有一個轉換的過程，稱為粘彈態。如下圖。其中Tg被稱為玻璃化轉變溫度，是橡膠的特定屬性。
不僅是溫度，應力頻率也會對其有類似的影響，應力頻率越高，則橡膠越硬，偏向玻璃態。反之，則偏向橡膠態。
之前我們說，產生抓地力的兩個機理中，都是工作頻率和溫度下的遲滯效應越顯著，則抓地力越大。顯然我們要讓我們的胎面膠在工作狀態下擁有最大的遲滯效應，每一種胎面膠都是在這樣的知道思路下進行設計的。
四、胎面膠的工作狀態
以賽車輪胎為例子，它的工作條件是什麼？胎面膠溫度在100℃-120℃，與微顆粒的作用（壓坑效應，次要地位）頻率為
10^{3} -10^{4} Hz，與路面的分子連線作用（分子粘附，主要地位）頻率為10^{8}Hz ——10^{9}Hz 。
下面以賽車輪胎常用的胎面膠配方（這個專利網上都有，聚融丁苯橡膠SSBR+超耐磨炭黑+適當比例的油）的最佳工作條件為例進行解讀：
在沒有任何應力頻率的時候，對應的溫度就是Tg（橡膠的玻璃化轉變溫度），大概為-40攝氏度；
夏季賽場地面溫度一般為40℃，對應的頻率為10^{6}Hz 次，可是兩種抓地力來源的主要頻率都不在這邊；
胎面膠工作溫度110℃對應的頻率為10^{8}Hz ，恰好為分子粘附作用的主要頻率，這時壓坑作用並不明顯，但分子粘附作用才是產生抓地力的最大因素。賽車的熱熔胎就是工作在這樣的條件下面，以分子粘附作用將輪胎僅僅粘在路面上產生強大的抓地能力。
下面回答之前提出的問題
為什麼需要暖胎？
如果沒有足夠的胎溫，高頻應力會使得輪胎胎面變硬，遲滯效應減弱。這時不僅抓地力不夠，還會產生輪胎的超量磨損。輪胎磨損在最大遲滯線對應的條件的時候磨損最小。我之前提到Schallamach磨損產生的原因中，重要的一條就是輪胎沒有達到足夠的溫度就激烈操控，導致磨損嚴重。
賽車胎之所以被稱為熱熔胎，並非因為高溫下其胎面膠融化了
，只是賽車胎胎面膠被設計為在這樣的溫度和頻率下，使分子粘附效應占主導。當分子與地面繫結、斷開的時候，會將部分材料留在地面上，看上去好像輪胎融化了一樣。但其實如果進一步增加輪胎表面溫度，超過一定限度，這時的胎面膠更軟，但並沒有帶來更大的抓地力，這也說明了並非“融化”帶來的高抓地力。
那是否輪胎溫度越高越好
，當然也不是。正如我們所說，超過最佳工作區域之後，溫度過高使得輪胎太軟，遲滯效應也會下降，過高的胎溫還會造成胎面橡膠剝落等現象。
如何解決高遲滯帶來的高滾動阻力？
表面上看高遲滯使抓地力變大的同時，也催生了更大的滾動阻力，但遲滯效應需要在一定溫度和頻率的作用下才有意義。前面提到輪胎滾動阻力最大的來源是接地前後輪胎橡膠的變形，也就是每一圈發生一次，以乘用車的120km高速行駛的速度為例，這個頻率也不過20Hz。而產生抓地力的頻率範圍是103-109，所以兩者的頻率範圍根本不同。
在橡膠中加入白炭黑，可以使低頻的遲滯效應減小而不影響高頻效能。如下圖所示
