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什么是滚动阻力?开口胎、真空胎和管胎的滚阻比较
滚动阻力是骑自行车时需要克服的一系列力中非常重要的一种。
上坡时你需要克服重力,不过也因此获得了重力势能,你会在下坡时充分发挥这些能量。在2020年Malizia和Blocken发表在《风工程与工业空气动力学杂志》上发表的一篇关于自行车空气动力学的文章中指出,在平路上以超过40公里/小时的速度骑自行车时,你克服的阻力中约90%是空气阻力,也因此公路车手对所有与空气有关的东西都很着迷。除此之外,轮胎与道路之间的摩擦力(或称滚动阻力)是你需要克服的主要力量,只有克服他们才能开始骑行,也才能骑得更快。
下面将告诉你什么是滚阻、如何测量滚阻以及影响滚阻的因素。虽然滚阻通常被认为是公路车考虑的问题,但外媒也将解释为什么它对山地车和砾石车手也很重要。外媒还会介绍了在自己的测试中发现的三种最佳公路车轮胎,它们具有较低的滚阻。
什么是滚动阻力?
根据轮胎制造商Schwalbe的说法,滚阻就是轮胎滚动时损失的能量。这种能量损失有多个来源,其中最主要的是轮胎变形而损失的能量。轮胎和路面之间也存在摩擦,这就是为什么在更平滑的柏油路面上骑行比在砾石路或越野路上骑行容易得多。
轮胎的变形或相对位移会导致热量和声音的产生,以及系统能量的损失。在自行车领域,轮胎的宽度、直径和胎压都会影响轮胎的变形。其他例如轮胎柔韧性和胎面中使用的橡胶配比也起着一定的作用。
用二氧化硅代替轮胎配料中的部分炭黑可以减少相对位移产生的能量损失,从而减少滚阻,这就是高性能轮胎通常包含二氧化硅的原因。据称石墨烯具有类似的效果,Vittoria在其高性能轮胎中添加了石墨烯材质。
如果你参加计时赛或比赛,你可能愿意牺牲轮胎寿命和防刺穿保护来提高速度。竞赛用轮胎的胎面和胎壁通常较薄,甚至可能不包含防刺穿保护层。另一方面,如果你在崎岖的道路骑行,或者只是讨厌在半路修补爆胎,你可能愿意接受通过增加滚阻来获得额外的防刺穿层,以获得更好的防爆保护、抓地力和增加轮胎使用寿命。
为什么滚动阻力很重要?
滚阻是减慢你骑行速度最明显的力量之一,也是最容易解决的力量之一。除了空气阻力之外,滚阻在你骑行时遇到的阻力中占很大一部分,甚至在较低骑行速度下超过空气阻力。
几乎每个骑行者都希望骑得更快、更远或更省力,降低滚阻是实现这一目标的最简单、成本最低的方法之一。如Schwalbe指出的那样:“骑行者只有非常有限的体力,他们希望尽可能高效地运用这些体力。”
选择更换低滚阻的轮胎相对便宜,但也可以优化你现有的骑行条件和路线,这些对你来说是免费的。
如何测试滚阻?
待测轮胎安装在测试轮上,充气至预定压力。轮胎与测试滚筒接触,从上对车轮施加压力,以模拟车手的体重使轮胎产生形变。
系统通过测量保持指定速度旋转所需的过剩功率或扭矩,并以此确定轮胎的滚阻。通常进行多次重复测量保证准确性和可重复性,并且在测量前通常会有一个预热期,来保证系统和轮胎平衡。自行车轮胎滚阻通常以瓦W表示,这是车手和爱好者们所熟知的单位,当然也有其他的单位来表示测量值。如滚阻系数或Crr,即克服滚阻所需的力除以车轮负载,通常以N/kg作为表述。
开口胎、真空胎和管胎的滚阻比较
影响自行车轮胎滚阻的一个因素是内胎和外胎之间的摩擦,在负载下变形时就会发生这种摩擦。一项评测专门测试轮胎滚阻及其他因素带来的影响。他们测试了10款不同TPU、乳胶和丁基内胎在与25mm Continental GP5000 STR外胎一起搭配使用滚阻有何不同,以及额外对比真空胎有何不同。
结论是发现使用内胎比使用真空胎时滚阻增加0.2-3.8W。乳胶内胎对滚阻的影响最小,大多数TPU内胎的性能优于丁基内胎。最终结论为真空胎的骑行效率最高,如果想要要使用内胎,就使用非真空版的GP5000开口胎,这种版本速度更快,且更轻更便宜。
管胎其实和开口胎一样,但管胎价格较高,它们的滚阻可能与使用乳胶内胎的开口胎相当。
棉线胎也有助于降低滚阻,所用胶水的类型和数量以及胶水干燥的时间长短都会影响结果,因此无法从对比较测试中得出任何明确的结论。
一般来说,真空胎与乳胶或TPU内胎之间的滚阻差异很小,你可以根据自己的喜好进行选择。另外真空胎提供了额外的防刺穿保护,自补液的存在可以让你在大多数情况下即使被扎胎也能骑回家里
滚阻如何随轮胎宽度变化而变化?
外媒对两种不同宽度的倍耐力P Zero Race TLR(26mm和30mm)版本进行对比测试,来评估更宽的轮胎是否更快。结果是:视情况而定。
在室内滚轮上,当两个轮胎以相同的压力运行时,30mm轮胎需要更少的功率来保持相同的速度。这是因为在相同的压力下,较宽的轮胎由于接触面更宽、更短而相对形变较少。当实际胎压根据要求调到同一水平时,较窄的效率更高,理论上如果你可以完美地调整每个宽度的胎压以保持相同的接触面积,滚阻应该是相同。
但在实际骑行中,在较好的路况上,宽胎并不比窄胎慢,并且在需要顺应性和抓地力的崎岖道路宽胎则更快,在这种路况上它们能提供更多的缓冲顺应性和上更大的转弯表面积。这就是为什么许多精英砾石车手选择超宽轮胎参加Unbound等高难度越野比赛。
所以你应该根据骑行的地形和骑行目标来选择轮胎尺寸。
滚阻对山地车和砾石车重要吗?
简短的回答是:重要,但不如公路车那么重要。对于许多山地和砾石车手来说,滚阻可能不是需要考虑的第一要务。滚阻更小即更轻或更薄的轮胎可能更容易爆胎,这对于耐力赛或有难度的赛道来说并不值得妥协。
山地车手可能愿意牺牲一些抓地力来换取更低滚阻的领域是XC赛,在这种比赛下快速通过才是优势,当然路线不能太难,砾石来说也是如此。
所以对于大多数山地和砾石骑行来说,抓地力、防穿刺比低滚阻更重要。
2024年最快的公路轮胎
外媒在之前综合评测过一些轮胎,如今选择了8条性能最佳的700x28c轮胎并带到了著名的英国银石运动工程实验室(Silverstone Sports Engineering)来专门测试其滚阻。
测试设备由一个驱动电机和用于测量滚阻的扭矩计组成。另外还在实际骑行中进行了测试,以综合测试他们的性能水平和安装难易程度。
下面是外媒发现的三款滚阻最低的轮胎。当然,拥有最低的滚阻并不是一切。比如Challenge的Criterium RS轮胎在实验室中测试速度很快,并且在现实世界中提供了极佳的骑行质感,但它们的真空胎安装却异常麻烦,这些缺点可能会让许多车手望而却步。
倍耐力P Zero Race TLR
这款倍耐力轮胎在外媒的测试中滚阻最低,为11.86W。最新款于2023年初进行了更新,胎壁更薄,材料中加入了芳纶纤维,防刺穿性能得到改善,且据称降低了滚阻。
虽然轮胎设计相当窄,轮廓圆润,确实对操控性有轻微影响,但不会影响舒适度,仍然具有出色的骑行质感和抓地力。28mm尺寸的轮胎重量为310g,比一些竞争对手真空胎稍重一些。
倍耐力最近还推出了P Zero TLR RS,承诺有更低的重量和更低的滚阻,并提高与无钩车圈的兼容性。
Schwalbe Pro One TLE
在测试的八款真空胎中,Schwalbe Pro One TLE以微弱优势位居第二,滚阻为12.08W。最新款Schwalbe发布时据称有两项优势,即更低的滚阻和增加了转弯抓地力。
这在一定程度上要归功于新的胎体,但也归功于新的Addix Race橡胶化合物。外媒测量的28mm版本每条重264g,是同类轮胎中最轻的轮胎之一。它在路上感觉很快,外媒甚至在砾石路上行驶了几百公里,压力低至40psi/2.7 BAR,也毫发无损。
Challenge Criterium RS
在外媒的滚阻测试中,Challenge Criterium RS获得了最后的领奖台位置,功率为12.18W。它有一个柔软的高支数棉质胎体,而不是和前两名一样的尼龙材质,因此每条轮胎的重量很轻,仅为263g。
外媒喜欢这款轮胎低滚阻带来的自由感、骑行舒适度和抓地力,虽然安装和维护有些棘手。这款轮胎只有25mm和27mm宽度选项,这可能会让它对你失去吸引力。
滚阻测试结果的可重复性如何?
值得注意的是,外媒测试的大多数轮胎之间的滚阻差异很小。还有许多其他因素可能会影响轮胎在自行车上的效率,包括你使用的轮压、车圈的内宽以及你和自行车整体的重量。
外媒在80psi下使用乳胶内胎来控制变量,但这一数值对于某些轮组/轮胎组合来说,胎压太高了。比如Zipp 454 NSW无钩车圈的胎压限制为72.5psi/5 BAR,且这款轮组的内宽为23mm,比外媒测试的Hunt 54 Aerodynamicist Carbon Disc前轮20mm内宽要宽得多。两种因素都可能改变轮胎的滚阻。
在机动车领域,有IOS标准制定了统一的方法来测量滚阻,自行车滚阻测试的标准则是由测试人员决定的,当然,经验丰富的测试人员也提供了最全面、最一致的测试方法。
最终结论是,滚阻与空气阻力、耐用性和抓地力等其他因素之间存在取舍,在决定使用哪种轮胎以及在何种情况、胎压下使用时,你需要做出权衡。
责任编辑:Ting
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