为什么我们必须给轮胎充气？

我们永远不会厌倦这个问题，所以让我们开始吧。

这不仅仅是一堆热空气。

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有时，汽车维修感觉像是一份全职工作。您必须保持发动机上油、清洗液充满、火花塞……闪闪发光？这样的例子还在继续。而支撑这一切的是你遇到过的四个最挑剔的混蛋：你的轮胎。

哦，夏天空气太多了；冬天太少；如果你幸运的话，它们可能会在高速公路上随机爆炸，让你脸朝下撞到硬路肩上——问题是永无休止的。这可能会让您想知道：为什么我们要费心在轮胎中充气呢？

这个问题并不像听起来那么愚蠢。毕竟，有些车辆没有充气轮胎：例如坦克，或叉车等工业车辆在没有充气轮胎的情况下也能正常工作。但当谈到我们的汽车、卡车、公共汽车，甚至飞机时，我们坚持使用经过验证的橡胶和特定量的空气的组合。

好吧，事实证明这是有充分理由的。

第一个充气轮胎

考虑到我们拥有轮子的时间，给它们穿上蓬松外套的想法——旁注：这实际上是“轮胎”一词的由来；它是车轮“服装”的缩写——令人惊讶的是，它是最近才出现的。 

充气轮胎（即充满空气的轮胎）的第一项专利由英国米德尔塞克斯的罗伯特·威廉·汤姆森 (Robert William Thomson) 于 1845 年在英国申请。他的设计于 1847 年在美国获得专利，他写道：“车轮在旋转的每个部分都会向其运行的地面或铁轨或轨道提供气垫。 ”

“我[……]发明或发现了马车轮的一种新的、有用的改进，这也适用于其他滚动体，”他吹嘘道。他写道，通过“在车轮的轮胎周围应用弹性轴承”——在这种情况下，轮胎指的是焊接到车轮外侧的标准实心钢或橡胶轮圈——效果将是“减少拉动车厢所需的动力，使它们的运动更容易，并减少它们在运动时发出的噪音。 ”

当然，这早在合成橡胶发明之前，合成橡胶构成了当今轮胎行业使用的大部分橡胶，因此汤姆森建议在他的设计中使用“硫化生橡胶或古塔胶，并用空气对其进行充气”。但想法基本上是这样的：拿一些橡胶或类似橡胶的物质，将其充满空气，然后让你的屁股稍后感谢你。

就发明而言，它几乎是圣杯：一种简单、廉价的调整，将为人们的日常生活带来重大改善。这就是为什么它如此奇怪，几十年来毫无成果——事实上，需要一个完全不同的发明家才能真正让轮胎游戏开始进行。

追求舒适

我们可能不知道是什么启发了汤姆森，但当谈到充气轮胎历史上的下一个大人物时，约翰·博伊德·邓洛普 (John Boyd Dunlop) – 是的，就是邓洛普 – 他向橡胶管填充空气并拍打的动机它们围绕着一些轮子很明显：这是为了他的孩子。

“约翰·博伊德·邓洛普 (John Boyd Dunlop) 是一位苏格兰兽医，从苏格兰搬到了贝尔法斯特，”自行车记者兼作家 Suze Clemitson 在她 2017 年出版的《A History of Cycling in 100 Objects》一书中写道。 “看着他的儿子骑着三轮车在鹅卵石上劳作，他受到启发，发明了——或者重新发明了——充气轮胎，正如各种报道所暗示的那样，为了让他的儿子免受持续性头痛或背部酸痛的困扰。 ”

与汤姆森一样，他的设计使用了经过硫磺处理的橡胶（查尔斯·固特异于 1844 年开发了这一工艺，现在称为硫化），但与汤姆森不同的是，邓禄普的轮胎立即取得了成功。为什么？主要有两个原因：首先，他实际上生产并销售了它们，如果你想在商业上取得成功，这绝对有帮助。但他也有很大的运气：“当爱尔兰自行车冠军威利休姆第二年为他的自行车购买了一套邓禄普斯时，自行车热潮正处于鼎盛时期，”克莱米森解释道。休姆成为“第一位在比赛中使用充气轮胎的车手，据说，在使用充气轮胎时从未[输掉]过一场比赛。”

因此，撇开苏格兰内部的发明家戏剧不谈，我们已经可以看到使用充气轮胎相对于其实心前辈的两个明显优势：速度和舒适性。但为什么会这样呢？

为什么我们给轮胎充气

我们知道您在想什么：这是一个多么简单的问题，对吧？这与我们给充气城堡充满空气而不是让孩子们在大块旧钢和聚合橡胶上跳来跳去的原因是一样的。

除了显而易见的现象之外，还有一些非常酷的物理现象正在发生。作为一种气体，空气的压缩程度远远超过任何固体材料，这一点很重要，因为您是一辆承载 1,600 公斤左右汽车重量的四个轮子之一。 

即使是较轻的车辆，如自行车，车轮也不可避免地会轻微变形——这是一件好事，因为它会增加道路上任何时候车轮的数量，从而为车辆提供更多的牵引力——而且需要的时间要少得多充气轮胎比实心轮胎需要更多能量。这就是为什么邓禄普自行车轮胎的早期采用者比竞争对手快得多：它们更容易以更高的速度操纵，能源成本更低。

用物理学术语来说，这称为“滚动阻力”：一个轮胎每行驶单位距离所消耗的能量。简而言之，滚动阻力越低越好——在这里，充气轮胎比实心轮胎更具优势。 

这不仅仅是因为它们的可塑性。这也是因为空气比固体橡胶更轻：“对于相同的变形，物体质量越大，温度越高，”米其林解释道，而热量损失会转化为更高的滚动阻力。

当您以 60 英里/小时（97 公里/小时）的速度沿着道路行驶，并且突然出现一个坑洼时，所有这些优势都会显得尤为突出。在这样的速度下，突然出现的尖锐障碍物会对实心轮造成巨大的震动，而实心轮只能局部吸收震动；另一方面，空气会消散整个车轮的冲击力，从而使行驶更加平稳。 

就像我们说的：你的屁股稍后会感谢你的。

为什么我们不用其他东西来填充轮胎呢？

所以，我们已经弄清楚为什么充气轮胎比实心轮胎更适合大多数日常用途 - 但气体一定是空气吗？

好吧，如果你问一些车手——例如一级方程式赛车手——他们会说不。虽然空气有很多优点，但用空气填充轮胎也有一些缺点：一方面，它会逐渐渗透到橡胶中，而且它对热量和湿度的变化相对敏感。这就是为什么我们需要全年进行调整 - 例如，如果室外温度下降 10°C (18°F)，轮胎压力可能会下降最多 0.14 巴 (2 PSI)。

现在，对于我们大多数人来说，这确实没有多大意义。但如果您以每小时 200 英里（每小时 322 公里）的速度参加世界各地的比赛，还有一个更高科技的选择：给轮胎充氮气。

作为一种“干燥”气体，氮气可以消除轮胎中的水分问题，使轮胎的压力和压缩更加一致。以这些赛车手的速度，这些细节可以挽救生命——任何曾经以 60 或 70 英里/小时（97 或 113 公里/小时）的速度发生井喷的人都只能想象。

与许多高辛烷值技术改造一样，充氮轮胎的想法正在慢慢地从专业领域传播到高速公路上。那么，您应该出去把薪水花在一组四个 N2 轮胎上吗？ 

呃，可能不是。

轮胎零售商 Les Schwab 指出：“确实，充氮轮胎的损耗速度较慢。” “但这种改进是轻微的 [...] 不足以对驾驶乘用车的人的油耗或轮胎磨损产生真正的影响。 ”

这是有道理的。毕竟空气主要成分是氮气 - 事实上，大约 78% 的氮气和 21% 的氧气 - 而您最终填充轮胎的氮气最高含量约为 95% N2。 “这永远不会是 100%，”莱斯·施瓦布 (Les Schwab) 说。

他们写道：“底线是：氮气可以将轮胎充气损失减缓到空气充气损失的三分之一左右。”但“你仍然需要大约每隔一个月检查一次并补充空气，以保持在理想的通胀范围内。”

他们补充道：“在汽油和轮胎胎面寿命方面，您花费的费用将远远超过您节省的费用。” “您最好将简单的轮胎维护作为日常工作的一部分。 ”

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