轮胎

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轮胎是一种环绕于轮圈外围的圆环形部件，其主要功能在于承载车辆负重、将轴向扭力传递至路面以产生牵引力，并引导车辆转向。现今的汽车和单车轮胎多采用充气结构，作为车辆与地面之间唯一的接触媒介，透过其内部填充的压缩空气，形成一个具有缓冲功能的接触面，有效吸收路面不平整所带来的震动与冲击。

轮胎源于实心橡胶演变而来。在橡胶工业发展成熟前，早期的轮胎多为固定在木质轮圈上的金属带，其作用仅在于紧固轮辐并延缓磨损。随着硫化技术的发明，实心橡胶轮胎率先问世，随后发展出舒适性更佳的充气轮胎并首先应用于单车。随着汽车工业在20世纪初蓬勃发展，横截面较大且填充气压较低的气球式球胎应运而生。进入1950年代，随着轮胎钢圈设计的改良，无内胎轮胎开始普及。带束斜交胎在1960年代末期一度盛行，但最终由起源于欧洲的辐射层轮胎取得主导地位，至今仍垄断全球乘用车轮胎市场。

现代的充气轮胎并非单纯由橡胶制成，而是结合了天然橡胶、合成橡胶、聚酯纤维帘布层以及高强度钢丝的复合结构。为了提升耐磨度与抓地性能，轮胎配方中会加入碳黑或二氧化硅等化学物质。结构上，轮胎主要由具备排水花纹的胎面与支撑整体的胎体组成；胎面决定了在不同路面条件下的行驶稳定性，而胎体则决定了车辆的载重上限与结构完整性。

轮胎制造与处理也带来环境挑战。由于轮胎对化学稳定性有极高要求，这导致废弃轮胎难以自然降解。不当处理废胎不仅会占用大量土地空间，更可能引发释放剧毒物质的火灾。当前的可持续发展策略主要集中于机械化的轮胎回收处理，例如将其研磨成橡胶碎或轮胎衍生骨料（TDA）用于土木工程，或透过热裂解等化学程序制成轮胎衍生燃料（TDF）。此外，轮胎在行驶过程中因摩擦产生的微塑胶颗粒，已成为现代微塑胶污染物的主要来源之一。

## 演进史

### 起源及早期技术演变

轮胎的起源可追溯至古代对陆上运输工具的保护措施。最早期的轮胎并非独立的弹性部件，而是环绕在木制轮圈外的皮革带或金属环（早期为铁，后期为钢）。当时的木轮匠会利用金属热胀冷缩的物理特性，将加热后的金属环套入车轮，随后喷水冷却使其剧烈收缩，从而紧箍轮毂以增加结构强度并减少磨损。这种传统工艺一直延续至工业革命时期。

现代轮胎的技术转型始于19世纪中叶。美国发明家查理斯·固特异于1839年发现橡胶与硫磺加热后能形成稳定而具弹性的材料，并在1844年取得硫化橡胶的专利。1846年，当时正在英格兰从事类似研究的橡胶制造商托马斯·汉考克 (发明家)，亦取得了与固特异同样的成功。这项技术使橡胶能抵抗高温与低温，成为日后包括轮胎在内的多种工业产品的基础。充气轮胎的概念最早可追溯至1845年，当时苏格兰发明家罗伯特·威廉·汤姆森（Robert William Thomson）取得第10,990号英国专利，被视为首位为充气轮胎申请专利的人。他提出在车轮外围加装由中空的橡胶圈，使车轮在行驶时能以空气作为缓冲，从而减少震动及噪音。汤姆森的设计采用多层帆布浸胶后黏合（如印度橡胶及古塔胶），再经硫化处理，外层以皮革包覆，并以手动泵充气，已具备现代轮胎的雏形。汤姆森其后亦在法国（1846年）及美国（1847年）取得相关专利。

然而，尽管汤姆森的发明在当时引起关注，但由于其外观与结构过于前卫，被当时社会视为一种昂贵的奇趣物品而非实用零件，并未对当时的交通工具产生重大影响。随着时间流逝，这项领先时代的技术逐渐被公众遗忘，直到数十年后充气轮胎开始风行，后世发明家才惊觉汤姆森早已奠定了技术基础。19世纪后期，随着脚踏车普及，橡胶轮胎开始受到重视。当时橡胶制造商为各种自行车及小型车辆开发各式实心轮胎，并在材料、耐磨性及固定方式上作出多种改良。至1884年，英国的查尔斯·麦金托什公司（Charles Macintosh and Co.）申请了一项具有中空或多孔中心结构的轮胎专利，旨在提升弹性，这项设计标志着轮胎开始从传统实心向更具缓冲能力的结构过渡。

### 轮胎工业的商业化

充气轮胎从实验发明走向全球产业，关键在于英国兽医约翰·邓禄普（John Boyd Dunlop）的推动。1888年，邓禄普为了减轻儿子在凹凸不平的路面上骑乘三轮车时的震动，研发出由橡胶管与充气阀组成的简易充气轮胎，并以胶带固定于木制轮圈。邓禄普于1888年在英国取得的单车用充气轮胎专利（第10607号专利），其后在专利诉讼中因汤姆森于1845年已取得类似的充气轮胎专利而被裁定无效。汤姆森的专利虽未能商业化，但在法律上构成先前技术，直接影响了邓禄普专利的有效性，但邓禄普成功证明了橡胶在承受磨损的同时能保持卓越弹性。

邓禄普在商业上的成功，很大程度上归功于其对其他关键技术的敏锐收购。由于邓禄普本人的发明在技术细节上与汤姆森的设计高度重叠，公司遂收购了查理斯·金斯顿·韦尔奇（Charles Kingston Welch）于1890年取得的可拆卸钢丝轮胎专利（Detachable wire bead tire）。这项技术彻底解决了轮胎与轮圈的固定难题：它在橡胶内胎与帆布外壳之外，于胎缘加入两条钢丝圈，使其能紧嵌于特殊凹槽的钢圈中，这项设计成为后来扣边轮胎的基础。

巧合的是，两位来自纽约州水牛城的美国发明家，亚历山大·布朗（Alexander T. Brown）与乔治·斯蒂尔曼（George F. Stillman），亦于1892年12月获得了极为相似的专利授权（第488494号专利）。邓禄普公司承认这项美国发明具备完全的独立性与原创性，遂支付了10万美元购买该专利，并以此作为邓禄普品牌进军美国市场的法律依据。这项技术随后由美国邓禄普公司（American Dunlop Co.）持有，并授权钻石橡胶公司（Diamond Rubber Co.）生产，而哈特福橡胶公司（Hartford Rubber Works Co.）则将这项原本用于单车的技术演化成现代汽车轮胎的雏形。

在邓禄普公司完成重组及上市后，随即从赫特雨靴（North British Rubber Co., Limited）手上收购了由威廉·厄斯金·巴特利特（William Erskine Bartlett）于1890年取得的扣边轮胎（Clincher tire）专利（第16783号专利）。这项发明彻底改变了轮胎与轮圈的连接方式：它舍弃了钢丝固定，转而将轮胎外壳的边缘设计成加厚的凸缘（胎唇），使其能精准地嵌入轮圈内弯的勾缘之中。当轮胎充气时，内部压力会将这些凸缘牢牢推向轮圈边缘，实现稳固的物理锁定。扣边轮胎配合分开硫化再黏合的胎面（Tread）制作技术，大幅地提升了行车安全性，两者直到20世纪中叶辐射层轮胎出现之前都未被根本改变。

### 邓禄普的专利纷争

随着充气轮胎技术的普及，邓禄普公司于1895年正式更名为邓禄普充气轮胎公司（Dunlop Pneumatic Tyre Co., Limited），当其在1896年公开发行时其市值已高达500万英镑。虽然该公司最初凭借专利垄断英国市场并获取巨额利润，但其管理层预见到专利终有过期的一天，遂于1899年成立子公司邓禄普橡胶公司（Dunlop Rubber Co., Limited），并在伯明翰设立生产工厂，正式转向制造业与垂直整合模式。这一战略转型使邓禄普演变成一个横跨橡胶树种植园、棉纺厂及全球多国（如法国、德国、加拿大、日本）工厂的跨国企业。

然而，随着轮胎市场的利润日益丰厚，各大橡胶制造商纷纷试图分一杯羹，专利侵权与法律诉讼接踵而至。邓禄普公司为了捍卫其技术垄断地位，陷入了持续多年的诉讼战，其轮胎的每一项构造细节几乎都曾在各级法院接受审讯。虽然英国上议院最终作出了有利于邓禄普的裁决，但侵权行为并未终止，该公司曾在一年内同时处理高达162宗待决诉讼。频繁的法律斗争最终未能完全封锁竞争对手，其垄断范围随着多次判决而逐渐缩小。

这段长达十多年的专利垄断期最终在20世纪初画下句号。1904年9月16日晚上，即韦尔奇专利在英国期限届满之日，邓禄普公司在一场晚宴上象征性地将专利副本投入火中焚毁。当时的公司主席表示，这项专利的过期与其说是一种损失，不如说是一种解脱，标志着企业终于能从无休止的法律诉讼中抽身，全面转向自由竞争的市场。相比之下，由于美国专利法规定的保护期长达17年，相关技术在美国市场的保护一直持续到1909年才正式结束。

### 汽车充气轮胎的改良

最初的充气轮胎主要应用于单车，其特点是横截面较小且需维持极高气压。虽然早期汽车曾使用实心橡胶轮胎或金属轮圈，但这些设计在舒适度、速度及耐用性方面均未如理想。充气轮胎能提供更佳的缓冲效果，使汽车能以更高速度、更长距离及更平稳的方式行驶，因而成为推动汽车普及的重要技术之一。1891年，爱德华·米芝莲（Edouard Michelin）与安德烈·米其林（André Michelin）推出了可拆卸充气轮胎。1895年，米芝莲兄弟在巴黎—波尔多—巴黎汽车赛事中，在名为“闪电号汽车”（Éclair）的参赛车辆上使用他们赞助的可拆卸式充气轮胎，这是充气轮胎首次应用于汽车比赛，虽然最终因轮胎问题与机械故障未能获胜，但这次比赛证明了充气轮胎在汽车上的可行性。

1901年，固特异（Goodyear）研发出首款直壁式轮胎（Straight-side tire），其核心创新在于胎唇位置内嵌了编织钢丝。这种设计透过复杂的锁定装置将轮胎固定于轮圈上，由于胎壁不再需要像早期扣边胎般向内弯曲以契合轮框，使其容气量增加了一成，显著提升了行车的舒适度与抓地力。随后出现的可收缩劈裂式轮圈（Split demountable rim），使轮胎的装卸不再完全依赖费力的撬棍。1906年，固特异推出了全球首款“快拆式轮胎”（Quick-detachable tire），这款轮胎延续了直壁式设计，利用较高的胎压提供更平稳的驾驶体验，并采用具韧性的铆接织物材料（Rivet fabric），有效吸收路面震动并解决了轮胎边缘撕裂的隐患。由于这种新型轮胎需要匹配全新的专用轮圈，固特异采取了直接向汽车制造商供货的策略，将重点转向原厂配套市场。

为了应对频繁的使用与路边维修需求，工程界开始将研发重心转向轮圈及其固定装置的改良。早期的扣边轮胎依靠胎边卡入轮圈凹槽固定，拆卸极为费力。1900年代初，汽车普及后经常发生爆胎的情况，美国厂商研发出整体可拆卸式轮圈（Demountable rim），让驾驶者能携带已充气的后备胎随时更换；随后又出现了能更快拆卸的快拆式轮圈（Quick-detachable rim），在1910年代至1920年代成为美国汽车的标准配置。与此同时，轮胎内部的结构也在不断地改良，由传统的帆布编织（Fabric tire）转向耐用的帘布层（Cord tire）设计。这种结构上的改良，配合更合理的橡胶硫化配方，使轮胎的行驶里程与保用寿命得到大幅延长。

1910年，百路驰（BFGoodrich）首次在轮胎橡胶中加入碳烟，大幅提升轮胎的耐磨性、抗紫外线能力及使用寿命。这项技术使原本呈白色的轮胎逐渐变为黑色，并成为往后所有橡胶轮胎的标准配方。1920年代，德国拜耳实验室成功研发合成橡胶。1937年，固特异（Goodyear）成功研发并测试了美国首款以合成橡胶制成的轮胎，并采用了该公司自主研发的合成橡胶物质“Chemigum”（丁二烯丙烯腈共聚物，丁腈橡胶的一种变体），标志着美国轮胎工业在摆脱对天然橡胶进口依赖方面迈出了关键一步，为二战期间大规模生产合成橡胶轮胎奠定基础。

### 美国轮胎工业的崛起

20世纪初，随着美国汽车工业实现大规模生产，轮胎需求急剧增长，引发了激烈的市场竞争。美国轮胎业曾发展成为规模最大的汽车零件产业，其龙头企业在美国制造业中占有举足轻重的地位。1917至1922年间，平均每年有42间新公司加入，总数达249间。早期市场由古德里奇（Goodrich）及优耐陆（U.S. Rubber）等多元化经营的企业主导，特别是在售后替换市场拥有显著优势。然而，随着1910年代固特异（Goodyear）与凡世通（Firestone）等后起之秀通过大规模设备投资与专业化生产策略崛起，市场版图开始重组。

最初，轮胎制造商高度依赖小型零售商，双方维持紧密的合作与资金支援关系；但随后各大厂商积极推行垂直整合，建立公司直营店，导致制造商与零售商之间出现利益冲突。同时，邮购龙头（如西尔斯百货）、石油公司及汽车零件零售商纷纷进场，并委托主要轮胎厂代工生产自有品牌的轮胎。这种多元供应策略加剧了价格战，使轮胎价格在1930年代持续下滑，导致大量中小企业因利润萎缩而倒闭，市场最终向“四大巨头”（Big 4）高度集中。以1948年的资产价值计算，固特异、美国橡胶、凡世通及古德里奇均位列全美前百大企业。若以员工人数排行，固特异与凡世通在1950至1970年代期间，多次跻身全美工业企业前二十强。

美国轮胎业的竞争力自1920年代起便超越了英国与德国等欧洲对手，成为全球轮胎产业之冠。当时美国企业在劳动生产率上展现出绝对优势，例如在1920年代中期，英、德两国轮胎业的生产率仅为美国公司的四成。当时的美国俄亥俄州阿克隆是多家轮胎企业的所在地，素有“世界橡胶之都”的称号。1930年代，全美近三分之二的轮胎产自阿克隆，当地轮胎工厂的人均年产量高达799条轮胎，而同期英国工厂的人均产量仅为259条。这种显著的技术与管理优势，奠定了美国轮胎工业在20世纪前大半叶的全球霸主地位。

1930年代末，美国对天然橡胶的消耗量占全球供应的一半，且高度依赖东南亚进口。随着第二次世界大战爆发，东南亚的供应线被切断，橡胶作为关键战略物资的极度短缺。为了保障军用需求，美国政府自1941年底起停止轮胎销售，并于翌年初实施轮胎配给制度，成为战争期间首个及持续时间最长的配给物资。民用车辆在配给制下受到严格限制，每辆私家车仅获准保留四条轮胎及一条后备胎，其余必须上缴。由于优质轮胎极为稀缺，政府甚至建议车主记录轮胎序列号以防盗窃。当时实行的联邦汽油配给制度，其主要目的除了节省燃油外，很大程度上是为了强制减少车辆行驶里程，从而降低轮胎的损耗速度。与此同时，美国政府牵头开展一项史无前例的技术合作，由多家橡胶企业和及大学实验室共同研发出名为“政府橡胶—苯乙烯”（GR-S）的通用合成橡胶，并成功实现大规模商业化生产，使美国的合成橡胶产业实现了飞跃式发展，首批500万条GR-S轮胎于1943年迅速交付使用。

1946年，百路驰工程师弗兰克·赫泽格（Frank Herzegh）申请无内胎轮胎专利（Tubeless tire），并于1947年正式公布这项技术。无内胎轮胎以轮胎本体与轮圈形成气密结构，取代传统的环形内胎，能在被刺穿时缓慢泄气，避免内胎爆裂所造成的突然失控风险。无内胎轮胎在1950年代中期成为美国新车的标准配置。

### 辐射层轮胎的普及

20世纪最重大的轮胎技术变革，则是由米芝莲公司研发的辐射层轮胎（Radial Tire）。早于1930年代后期，米芝莲已研发出橡胶与钢丝的有效黏合技术，使钢丝能用作轮胎骨架材料，以改善轮胎的散热性能、承载能力和结构强度。1946年，米芝莲研发出辐射层轮胎并在法国取得专利，并于1949年向市场推出第一款辐射层轮胎“米芝莲X”（Michelin X）。传统斜交层轮胎（Bias ply）将橡胶织物以约35度角交错排列以维持稳定性，而辐射层则将帘布层帘子线以90度垂直于行驶方向排列。相比传统的斜交层轮胎，辐射层轮胎在操控稳定性、降低行驶温度与燃油经济性上均有优势。

1950年代，米芝莲与倍耐力（Pirelli）共同推动辐射层轮胎在欧洲普及，雪铁龙2CV、兰吉雅奥雷利亚B20等均是首批将辐射层轮胎作为标准配置驶下生产线的经典车款，而日本轮胎厂（如普利司通、邓禄普日本分公司）亦在1960年代开始生产辐射层轮胎。相比之下，当时美国市场仍由传统的斜交层轮胎主导，辐射层轮胎的普及进度与欧洲相比明显严重滞后，至1970年代初，辐射层轮胎在美国的市占率仅为6至8%，远低于欧洲市场的65%，这亦成为当时美国轮胎工业衰退的重要因素之一。

在1960年代，美国轮胎制造商曾试图透过减少帘布层数量并增加帘线直径来降低成本，却引发了市场的反感与销售灾难。虽然美国轮胎制造商当时已意识到辐射层技术的优势，但全面转向生产辐射层轮胎仍面临多重障碍。一方面，美国车厂因不愿重新设计悬挂与转向系统以适应辐射层轮胎较硬的特性，导致低速行驶时震动较大；另一方面，生产辐射层胎需要更换极为昂贵的专用设备，无法利用现有的标准化生产线。

为了缓解技术转型带来的压力和适应美国市场，固特异于1967年研发出带束斜交胎（Bias belted tire）作为折衷方案。这种设计结合了斜交胎的结构基础与类似辐射层轮胎的加固束带（Belt），在不需大规模更换汽车悬挂系统的情况下，提供了接近辐射层胎的耐用性与防刺穿能力。这项创新随后获得美国各大车厂采纳，到1970年，美国已有85%新车改用带束斜交胎。然而，过度依赖带束斜交胎使美国制造商再次错失了最佳转型时机，最终被迫在1970年代石油危机及经济衰退的双重打击下，被迫面对极高的设备更新成本。

面对辐射层技术所需的庞大资本投入，除固特异外，多数美国传统巨头选择缩减轮胎业务规模，甚至出售海外业务。当时美国市场结构严格限制了境内企业的并购及重组，联邦贸易委员会（FTC）的监管与汽车制造商对供应商多元化的要求，使本土企业难以透过整合来实现规模经济。相比之下，国际汽车市场正快速迈向全球化，促使普利司通（Bridgestone）等外国品牌随着日系汽车出口而进入美国替换市场。由于高昂的运输成本，这些外国企业随后透过收购美国本土工厂来实现本地化生产，进一步蚕食原有的市场份额。

研究与开发成本的激增，使得只有具备全球销售规模的跨国企业才能生存。在1980年代的收购潮中，由于欧洲与日本企业拥有较为复杂的股权结构或合伙限制（如米芝莲的有限合伙制），美国企业几乎不可能反向并购海外对手；反之，美国市场透明且开放的环境，使本土品牌极易成为外资收购的目标。1982年至1989年间，美国轮胎行业有75%的公司遭遇并购或重组，超过一半的企业最终被外国公司收购。到1980年代末，凡世通（Firestone）、优耐陆（Uniroyal）、古德里奇（Goodrich）、岩士唐（Armstrong）、通用轮胎（General Tire）等传统美国大厂全部落入外资手中。在1976年，北美地区售出的汽车轮胎中仅有44%属于辐射层轮胎，至1989年这一比例已升至94%。

## 功能

轮胎是车辆与路面之间的唯一媒介。对于一般的轿车而言，每条轮胎的接地面积仅约成年男性手掌大小，四条轮胎与地面接触的总面积甚至不足一张A4纸。然而，这细小的区域却肩负着引导车辆在各种天气状况下安全行驶、平稳过弯以及应付路面坑洞冲击的重任。轮胎与路面之间的连接，本质上是橡胶表面与路面的凸起及孔隙进行黏附的物理过程。为了使这种黏附机制发挥最大效能，轮胎必须具备足够的胎纹深度以便排水，同时橡胶材质必须保持高度弹性与柔韧，方能顺应路面微小的起伏。

在承载负荷的功能方面，充气轮胎透过内部气压来抵销车辆重量。当车辆负重增加，轮胎会产生相应的变形，直至接地面积的平均压力与内部气压达到平衡。例如，在35PSI的胎压下，350磅的负荷约需10平方英寸的接触面。因此，较大的载重量往往需要更大的接地面积或更高的胎压，这亦是轮胎规格必须遵循工业标准的原因。

轮胎与路面之间的摩擦力是车辆实现起步、制动及转向的动力来源，而胎面花纹则是应对复杂天气与路况的关键。虽然平滑的赛车胎或磨损的轮胎在干燥路面上具备良好抓地力，但在雨天极易因无法排除积水而引发水漂效应，导致车辆失控。现代的胎面花纹设计旨在排除路面积水，同时在抓地力、耐磨性及降低噪音等互相冲突的需求之间取得平衡。

此外，充气轮胎需要吸收路面不平整所带来的震动与冲击，其物理表现如同车辆的弹簧与悬挂系统。轮胎的性能通常受控于三大要素：车辆的使用环境、轮胎的耐磨度与胎体耐久性等机械性能，以及操控精准度与舒适感。这些属性之间存在复杂的联动关系，任何针对特定因素的设计调整，都会对其他方面的性能产生正向或负向的连锁反应，最终形成作用于行驶车辆上的复杂力系。

## 应用

### 汽车轮胎

汽车轮胎通常根据其服务的车辆类型、承载负荷及具体应用环境进行分类。对于乘用车使用的轻型轮胎，其设计负荷范围通常在250至500公斤之间；而轻型至中型货车及客货车的驱动轮负荷则可达500至1,500公斤。除了基本的道路用途，轮胎还根据行驶速度进行分级，从紧凑型轿车、运动型轿车到高性能跑车，各类车辆均有其对应的轮胎速度安全指标。

在应对极端气候方面，雪地胎是专为冰雪路面设计的特种轮胎，其胎面沟槽较宽，能产生更强的抓地力；若通过特定的冬季性能测试，胎侧会标注“三峰雪花”（3PMSF）标志。这类轮胎在摄氏7度以下的低温环境中性能最佳，部分款式更嵌入金属或陶瓷防滑钉以应对坚硬冰面，但防滑钉在铺装路面上行驶会磨损路面并产生粉尘，因此各国法规对其使用均有严格限制。相比之下，全季胎（All-season tires）虽然标注有泥雪（M+S）标志，但其沟槽设计介乎雪地胎与常规胎之间，虽在在路面上行驶时较安静舒适，但在极端冰雪下的抓地力明显不及专业雪地胎.。

针对野外驾驶需求，越野轮胎可分为全地形胎（A/T）与泥地胎（M/T）。全地形胎旨在平衡越野抓地力与公路行驶的宁静度，在雨雪及沙石路面上表现均衡；泥地胎则具备更深、更开阔的花纹，能够在泥泞、岩石等恶劣地形提供强大抓地力，但在公路路面的行驶噪音、舒适性与油耗表现则较差。对于追求极致速度的高性能轮胎（H/P）及超高性能轮胎（UHP），其设计时速可达200至300公里以上，虽然牺牲了部分乘坐舒适度与耐用性，但能提供卓越的操控精准度和高速稳定性。除此之外，电动车（EV）的普及亦对轮胎提出了新要求，电动车因配备电池而车身较重，并且瞬间扭力较大且需兼顾续航力，故需具备较高载重指数与较低滚动阻力的专用型号轮胎。

在特殊功能领域，失压续跑胎（防爆胎）透过强化的胎侧支撑，确保在爆胎后仍能以低速行驶一段距离，省却了携带后备胎的空间。赛车轮胎则分为街道合法胎（DOT）、全平滑胎（Slicks）及雨胎（Wet）。赛车轮胎以牺牲寿命为代价来换取极限抓地力，其中全平滑胎没有任何花纹以获得最大的接地面积，因此又被俗称为光头胎，而雨胎则具备复杂的排水槽以防止水漂效应。街道合法胎是指符合交通法规要求，获准在公共道路上行驶的高性能轮胎，这些轮胎在外观上接近全平滑胎，但带有最少限度的胎纹以满足法规要求。

用于大型巴士与货车等重型商用车的轮胎，其轮胎负荷可达1,800至2,500公斤甚至更高，且常以双胎并装方式安装于后桥驱动轴上。这类轮胎包括截面高度仅为胎面宽度45%至70%的低扁平比轮胎（Low profile tire），以及旨在取代双胎并装、提供同等接地压力的超级单胎（Super-single tire）。

### 摩托车轮胎

由于摩托车属于单轨迹车辆，其逆操舵转向机制依赖车身倾斜，因此其轮胎设计与汽车轮胎有明显差异。汽车轮胎具备相对平坦的胎面截面，其接地面积在行驶过程中尺寸与形状变化极小；相比之下，摩托车轮胎采用圆弧形的冠状截面，使接地面积随着过弯时的倾角变化而改变形状与大小，以确保车身倾斜时胎面仍能与地面保持足够的接触。由于摩托车轮胎相对狭窄，可以提供的总摩擦力极其有限，这要求驾驶者在操作时必须精确分配和维持可用的轮胎摩擦力。

摩托车在行驶时产生的各种物理力，包括刹车时的制动力、过弯时的横向力及加速时的牵引力，皆须共同分享这份有限的摩擦力。例如，当摩托车过弯时的倾角愈大，消耗于抗衡离心力的横向抓地力就愈多，此时可供刹车使用的剩余抓地力便会相应减少。若加速过猛，则会占用过多的摩擦力，导致转向性能下降。一旦任何一项操作超出了轮胎当时所能提供的总摩擦力，便会导致车辆失控。

### 飞机轮胎

与汽车轮胎不同，飞机轮胎主要用于在铺设平整的跑道上起降，并需要在起飞与降落的瞬间承受剧烈的速度冲击、极大的载重压力以及剧烈的温度波动。虽然飞机轮胎以静止时的峰值载重为设计基准，但降落时产生的侧偏负荷亦是关键安全指标。为了防止在湿滑跑道发生水漂效应，航空轮胎胎纹通常仅设计纵向的直线沟槽，而不设横向沟槽或细接缝，以确保在高速滚动下的结构完整性。至于需要在荒野地带起降的小型荒野飞机，则会配备大直径、低气压的“苔原胎”（Tundra tires），以便在未经铺装的地面着陆。

现代航空轮胎主要采用先进的合成橡胶、尼龙或芳纶纤维强化的胎体结构，并透过多层帘布层以确保强度。技术分类上主要分为斜交胎与辐射层轮胎，前者以高可靠性与维修便利性著称，至今仍广泛应用于旧型客机与部分军用飞机；后者则凭借更轻的重量、更佳的散热效能及更长的耐用度，成为波音787与空中客车A350等新一代民航客机的首选。

在航空史上，早期的飞机并未配备轮胎。1903年的莱特飞行器最初依靠导轨系统启动，并使用雪橇式起落架降落。直至1909年，固特异研发出首款专为飞机设计的充气轮胎，才逐渐取代了早期航空先驱所使用的单车轮胎或滑轨。20世纪中叶之后，随着大型喷射式客机的普及，航空工业也致力研发更优质的材料与技术，推出适应市场需求的飞机轮胎。1981年，米芝莲将辐射层轮胎结构首次应用于飞机轮胎。1983年，固特异生产出首款用于商用飞机的辐射层轮胎，并成功获得美国联邦航空管理局（FAA）认证。

航空轮胎的设计规范极为严谨，原始设备制造商（OEM）会针对每款机型订定精确的轮胎尺寸、层级评等（Ply rating）及胎压要求，这些参数直接影响飞机的地面滑行表现与降落安全性。为了提升经济效益，商用飞机普遍采用胎面翻新设计（Retreadable），让胎体在磨损后能多次更换胎面。

### 单车轮胎

单车轮胎根据行驶路面与轮数需求而设计，目前主流分为三大类：开边胎（Clincher）、管状胎（Tubular）及真空胎（Tubeless）。绝大多数市售单车采用开边胎，其原理是利用胎唇扣紧轮圈边缘，并透过内胎产生的气压将胎唇压向轮框。在业界标准方面，单车轮胎的尺寸规格由ISO 5775国际标准统一管理。针对不同地形，单车胎面会呈现由平滑（公路用）到布满粗大抓地齿（越野用）的变化，以满足牵引力与滚动阻力之间的平衡。

### 工业用轮胎

工业用轮胎主要应用于叉车、拖拉机、挖掘机及压路机等重型机械。这类轮胎的设计取决于作业环境：在平滑室内地面运作的车辆通常使用全平滑胎面以增加接触面，而于松软地面作业的机械，例如建筑车辆、农林机械、全地形车等则配备深且宽的胎纹，以在泥沼、沙地或砾石路面提供稳定的推动力。为了应对极端负重或防止爆胎导致作业中断，许多工业轮胎采用实心橡胶或内部填充EVA泡沫材料的结构，而非传统的充气设计。

## 主要形式

### 斜交胎

斜交胎（Bias tire）的构造特点在于其胎体帘布层（Body plies）的排列方式。这种轮胎的帘子线由一侧胎唇（Bead）斜向延伸至另一侧胎唇，其与胎面中心线的夹角通常介乎30至40度。生产时，各层帘布会以相反的方向交错铺设，形成交叉的网状矩阵，最后再敷设胎面橡胶。由于其胎面与胎侧共享相同的结构帘布层，整个胎体在受力时会形成一个连动的整体。

这种交叉网状设计赋予了胎侧极高的刚性与抗冲击能力，能有效阻止刺穿伤口因局部剪切力而恶化，因此在恶劣环境下展现出极高的耐用度。在低速且地形复杂的环境中，由于斜交胎通常使用较辐射层轮胎更为柔软的橡胶配方，胎体能顺应岩石、坑洼等凹凸不平的路面，并在蠕行时透过整体的揉动与变形，轻易甩掉嵌在胎纹中的泥沙与黏土，从而在松软或碎石地形中提供优异的低速牵引力。

然而，这种高形变特性亦是一把双刃剑，它会显著增加轮胎的滚动阻力，导致车辆油耗上升。当车辆进入高速公路行驶时，斜交胎的结构弱点便会暴露。由于交错的帘布层在滚动过程中会不断产生相对位移，层与层之间的摩擦会引发剧烈的内部剪切应力，进而转化为热能。这种内部发热不仅会加速橡胶老化，还会导致胎面产生局部搓动，造成不均匀磨损并缩短轮胎寿命。此外，在高速行驶时的离心力作用下，这种结构的动态刚性不足，会导致接地面积形变，从而削弱高速时的操控精准度、抓地力与乘坐舒适感。

尽管斜交胎在乘用车市场已非主流，但凭借其结构简单、制造工艺成熟以及生产成本低的优势，时至今日它仍广泛应用于重型工程机械、货车、拖车、农用工具车以及部分发展中市场。斜交胎在抗胎侧刺穿与低速大负载作业中所展现的经济效益，依然令其在特种车辆领域维持着重要的市场地位。

### 带束斜交胎

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带束斜交胎（Belted bias tire）是介乎传统斜交胎与现代辐射层轮胎之间的过渡性设计。其结构基础源于传统的斜交胎，即拥有两层或更多层以交错角度延伸的聚酯、人造丝或尼龙基底帘布层，这些纤维线在生产前均经过严格的热定型处理以稳定结构。该设计的核心改良在于胎面正下方的区域额外敷设了两层或更多层的环向稳定带束层（Stabilizer belts）。这些带束层由玻璃纤维或钢丝组成，并以不同的交错角度覆盖于胎体之上。

这种刚性带束层的加入，有效限制了轮胎在充气与滚动时胎体沿圆周方向的扩张，进而起到加固与稳定胎面区域的作用。得益于胎面刚性的提升，轮胎在行驶时的局部搓动与变形大幅减少，不仅改善了车辆的操控稳定性，更显著降低了滚动阻力，从而改善了轮胎的耐磨表现与燃油经济性。同时，由于其底层仍保留了斜交胎的交叉架构，它依然具备斜交胎低速行驶时胎侧刚度适中、吸震良好的乘坐舒适感。

这项技术最初由岩士唐公司（Armstrong）引入，但随后由固特异（Goodyear）将其发扬光大。固特异凭借于 1967年推出“固特异Polyglas”轮胎成功打开大众市场，该产品以聚酯纤维为胎体网格，并搭配玻璃纤维带束层，成为当时美国市场上最畅销的轮胎款式之一。然而，带束斜交胎并未能完全解决斜交胎的先天缺陷，在轮胎滚动变形时，基底的交错帘布层之间依然会产生相对位移与内部剪切力，这无可避免地会引发内部发热并加速橡胶老化。此外，由于多层带束结构令材料投入与制造工序更为复杂，其生产成本亦显著高于传统斜交胎。

### 辐射层轮胎

辐射层轮胎（Radial tire）的构造特点在于胎体帘布层的排列方式，帘子线由一侧胎唇以约90度直角垂直跨越胎面延伸至另一侧胎唇，各层帘线彼此平行，因形同地球的子午线而得名为子午线轮胎。在这种放射状排列的胎体上方、即胎面正下方，另外敷设了两层或更多层以倾斜角度交叉排列的环向稳定带束层。胎体帘布通常由尼龙或聚酯纤维制成，而带束层则多采用高强度的钢丝、玻璃纤维或芳纶纤维，共同构建出兼具高刚性胎面与高弹性胎侧的复合结构。

这种结构设计为轮胎带来了革命性的力学优势。由于胎侧帘线采垂直排列，在承受车辆负荷与滚动变形时，帘布层之间不会像斜交胎般产生剧烈的交错摩擦与剪切力。这使胎侧能更轻易地顺应路面形变，显著减少了内部发热，并大幅降低了滚动阻力，从而提升了车辆的高速行驶表现与燃油经济性。与此同时，刚硬的环向带束层有效稳定了胎面形状，扩大了轮胎的接地面积，使其在过弯与转向时能提供更均匀的磨损、更卓越的抓地力以及更精准的操控感，并在高速行驶下维持平稳舒适与防爆胎性能。

然而，辐射层轮胎独特的刚柔并济设计亦有着特定的力学局限。由于胎面部分的带束层刚性极高，在低速行驶或行经粗糙路面时，轮胎无法有效吸收细碎的垂直冲击，往往会产生较为生硬、颠簸的乘坐感。此外，在极端恶劣的越野地形中，其柔软的胎侧容易受到尖锐物体的横向割损，越野可靠性不及胎侧强韧的斜交胎。在制造层面上，辐射层轮胎因结构复杂且工序繁多，制造成本显著高于斜交胎。尽管过去受限于成型工艺，大尺寸（如直径42英寸以上）的辐射层轮胎在早期制造难度极高且较为罕见，但随着现代工业技术的进步，这种尺寸局限在如今的重型机械与工程轮胎领域已逐步被克服。

### 半充气轮胎

半充气轮胎（Semi-pneumatic tires）是一种介乎传统充气胎与实心胎之间的特殊结构。其设计特征在于胎体内部拥有一个空心构造，但并不依赖气压来承载重量。这种结构赋予了轮胎轻量化、低成本以及完全免受刺穿爆胎困扰的物理优势，同时能利用空心处的橡胶形变提供基本的避震与缓冲效果。在商业生产中，这类轮胎通常与轮圈、一体化滚珠轴承组装成完整组件出厂，广泛应用于家用割草机、轮椅及手推车等设备。针对工业环境，半充气轮胎亦有高刚性的强化版本，其特殊的胎唇锁定设计能确保在高负载作业下不会脱离轮圈。

### 免充气轮胎

免充气轮胎（Airless tires）则完全摒弃了空气支撑的架构，主要应用于爆胎风险极高或维护成本高昂的范畴。这类轮胎由高密度的实心橡胶或工程塑胶化合物透过模具成型，具有极高的刚性与抗磨损能力。在民用与轻工业领域，实心轮胎常见于滑板、高尔夫球车、滑板车以及各类轻型拖车。而在物流与重工业中，实心轮胎主要用于物料搬运设备，特别是频繁承受极端载重的叉车。由于实心橡胶缺乏弹性且结构紧密，这类重型实心胎在安装时无法像常规轮胎般手工装配，而必须借助专用的液压轮胎压床将其强行压入轮毂。

## 规格标准

### 尺寸

为了确保不同制造商所生产的轮胎、轮圈及相关配件（如内胎、气门嘴）可互换使用，各国均设有相应的工业标准组织。在美国，轮胎制造商自愿参与轮胎轮辋协会（The Tire and Rim Association, Inc.，TRA），该机构负责制定并颁布相关的工程技术标准。随着辐射层轮胎于1970年代初期在北美市场普及，TRA引入了“P-metric”标记法。而在欧洲，则普遍采用不带车型前缀的公制标记法“Euro-metric”。

以典型美规规格“P205/70R15”为例，前缀字母代表轮胎的适用车型，“P”代表乘用车（Passenger car），“T”代表临时后备胎（Temporary），“LT”则代表轻型货车（Light truck）。紧随其后的数字“205”表示轮胎在充气且无负载状态下的名义截面宽度，单位为毫米。

接下来的“70”为扁平比（Aspect ratio），代表轮胎截面高度占截面宽度的百分比，即高度为宽度的70%。低扁平比轮胎（如45、50、55系列）以往主要应用于追求操控的高性能跑车，但近年为了提升车辆的外观视觉效果，越来越多车款使用低扁平比轮胎并搭配大直径轮圈。

规格中的字母“R”用以识别轮胎的内部结构，代表现代主流的辐射层（Radial）构造；若是传统的斜交胎则会标注“D”（Diagonal Bias），带束斜交胎则标注“B”（Belted bias）。最后的数字“15”则代表该轮胎所适配的轮圈直径（Rim diameter），单位固定为英寸。

### 载重能力

轮胎的载重极限与气压配置拥有一套严格的国际标准体系。TRA制定了详细的轮胎载重额定值与承载能力表，旨在为汽车制造商与消费者在选择轮胎尺寸、负荷及充气胎压时，提供科学且合理的依据。为了促进全球贸易与工程标准的统一，TRA与欧洲轮胎轮辋技术组织（ETRTO）以及日本汽车轮胎制造厂协会（JATMA）等组织紧密协调。然而需要注意的是，由于各国组织对基准胎压及结构补强的内部测试规范存在差异，欧洲或日本标准下的轮胎，其最大承载能力与同等尺寸的美规（P-metric）轮胎有时并非完全等同。

为了向驾驶者提供便于理解的性能指标，现代轮胎规格的末尾通常会附带一组由数字与字母组合而成的“使用说明”（Service description），例如在规格“P225/60R15 90H”中的代号“90H”。其中的数字“90”代表轮胎的“载重指数”（Load index），这是一个经过标准化换算的对应代码，用以标示该轮胎在最高安全胎压下所能承受的最大重量。在更换或互换不同品牌的轮胎时，载重指数是评估安全适配性的重要法定依据。

### 速度等级

紧随载重指数其后的英文字母“H”，则代表轮胎的“速度等级”（Speed rating）。这套速度分级编码最初起源于欧洲的高速公路行驶需求，随后被美国TRA及全球各大工业标准广泛采纳。速度等级由特定的字母（如 S、T、H、V、W、Y等）代表轮胎在规定承载负荷下，所允许持续行驶的最高安全时速，例如“Q”代表时速160公里（100英里），“S”代表时速180公里（112英里），“T”代表时速190公里（118英里），“H”代表时速210公里（130英里），“V”代表时速240公里（149英里）等。

## 轮胎结构

### 胎面

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胎面（Tread）是轮胎结构中唯一与路面直接接触的部位，而在特定瞬间与地面产生物理接触的局部区域则称为接地面积（Contact patch）。胎面由高厚度的天然橡胶、合成橡胶及多种化学复合材料配方调配而成，旨在提供优异抓地力的同时，兼顾耐磨性以延长使用寿命。因应不同的地形需求，普通道路轮胎的花纹系统由纵向的环向主沟槽（Circumferential grooves）、横向槽沟（Slots）以及微细的细接缝（Sipes）交织而成；而专为松软地形或雪地设计的轮胎，则采用由粗大凸块（Lugs）与开阔空隙（Voids）组成的矩阵架构。

胎面花纹的几何设计直接决定了轮胎的排水效能与噪音控制性能。主沟槽沿轮胎圆周方向延伸，主要负责在高速行驶时将地面的大量积水向后排出。而密布于花纹块上的细接缝，则在接触地面时因形变张开，破坏并吸走残留的微观水膜，与横向槽沟共同压制水漂效应。此外，胎面与路面的高速摩擦是车辆噪音污染的主要来源，且音量随车速线性递增。为了抑制特定频率的共振噪音，现代胎面设计会采用变节距（Pitch randomisation）花纹，即让相邻花纹块的横向槽沟之间保持不同的间距长度，将噪音能量分散至各个频率，以达致声音消减的效果。

不同用途的轮胎在空隙率（即沟槽面积占总面积比例）的取舍上大相径庭。当胎面与沟槽的面积比率愈高，意味着有更多橡胶能与干燥路面接触，摩擦力便愈大。一级方程式赛车所使用的全平滑胎便完全没有沟槽，以追求极限的干地牵引力；高性能跑车胎亦倾向采用极低的空隙率，并搭配抓地力极强但磨损极快的软质橡胶配方。相反，泥雪胎（M&S）则配备更宽深的槽沟以撕咬泥泞；专业雪地胎的沟槽则更为宽大，其力学原理在于行驶时将松散的雪花卷入沟槽并压实，利用嵌在胎纹内的雪块与地面冰雪之间的剪切摩擦力，提升车辆在冰雪环境下的刹车与过弯稳定性。

各大工业标准均要求在轮胎的主沟槽底部设置内置的“磨损指示线”（Wear bars）。这些指示线是略微凸起于沟槽底部的橡胶块。随着轮胎长期使用，外部的花纹块会逐渐磨损，当胎面花纹的高度降低至与这些磨损指示线完全齐平时，即代表轮胎已达致法定安全使用的极限。此时的剩余胎纹深度通常仅为1.6毫米（约 0.063英寸），轮胎的排水与抓地性能将出现大幅下跌，必须立即更换以防发生危险。

现代汽车轮胎虽然多数采用无特定旋转方向的对称花纹，但部分高性能车款则会应用单方向与不对称两类特殊花纹设计。单方向轮胎具备严格的旋转方向性，其胎面呈V字形对称花纹，旨在顺应车轮滚动方向将积水迅速向两侧破开排出，安装时必须确保胎侧的“Rotation”方向箭头朝向车头。不对称轮胎则将胎面左右两侧设计为截然不同的功能区，胎侧会分别标注“Outside”（朝外）或“Inside”（朝内）字样。这种设计的力学原理在于汽车过弯时，重心外移会使外侧胎肩承受极大的横向负载与剪切力，因此外侧胎面被设计为高刚性、高接地面积的大花纹块以巩固操控稳定性；而直线行驶或微幅转向时负担较轻的内侧胎面，则密集布置纵向与横向排水沟槽，以提升雨天时的排水效能。

意大利轮胎制造商倍耐力（Pirelli）研发的“P-Zero”技术，则是将上述两种花纹特点整合于同一部车辆的配置。这套系统专为高马力的后轮驱动跑车设计，其配置逻辑在于将排水效率极高、能精准破水的单方向轮胎安装于负责导向的前轴，借此在湿滑路面上维持卓越的转向精准度并防止前轮发生水漂效应；而负责传递推进扭力的后轴，则装配抓地面积更大、横向刚性极佳的不对称花纹轮胎，以确保车尾在极限加速与高速过弯时的抓地力。

在实际使用与保养维护方面，需严格遵循胎侧的英文标记进行装配。虽然在特殊性能调校下，前轴与后轴容许使用不同花纹甚至不同规格的轮胎，但安置于同一车轴的左右两侧车轮，则最好使用完全相同的花纹与磨损程度。若左右轮胎的抓地系数、排水速度或刚性出现明显不对称，将导致车辆在直线制动或高速行驶时产生严重的动态失衡与偏向，对行车安全构成重大隐患。

### 胎圈

胎圈（Tire bead）是轮胎与轮圈直接接触并实施锁定的区域，其核心构造是由高强度且不可延伸的钢丝束所组成的胎圈钢丝圈，外层则包裹着经特殊调配、具备高抗拉与抗变形能力的硬质橡胶。胎圈与轮圈的胎圈座之间采用精密的过盈配合；当轮胎充气时，内部的强大气压会将胎圈紧紧推向轮圈凸缘，建立起一道气密屏障以防止漏气。同时，这种高张力的锁定机制能产生巨大的摩擦力，确保车辆在极限加速、剧烈刹车或高速过弯时，轮胎不会与轮圈产生相对滑移或偏摆。

为了在极高负载下维持胎体的几何形状，胎圈内部设有胎圈三角胶（Apex），这是一种断面呈三角形的高刚度橡胶填充物，其功能是在刚硬的钢丝圈与柔软的胎侧之间，提供一个缓冲的刚度过渡区，从而提升下胎侧的横向刚性与操控稳定性。紧贴钢丝圈并将其包覆在内的是胎圈包布层（Flipper），这层织物帘布能将钢丝圈与胎体主帘布层牢固地交织在一起。

### 胎侧

胎侧（Sidewall）是轮胎结构中连接外部胎面与底部胎圈的侧面区域。胎侧以高柔韧性的橡胶为基础，内部通常嵌有尼龙、聚酯纤维或细钢丝组成的帘布层以提供抗拉强度。在传统充气轮胎中，胎侧的主要力学功能是形成密闭空间以容纳高压空气，车辆的垂直重量主要由内部气压所产生的张力所支撑，因此传统轮胎在漏气或爆胎时会迅速完全塌陷；然而，某些失压续跑胎透过大幅加固胎侧结构，使其在完全失去气压时仍能短暂支撑车身重量。

除此之外，胎侧亦是轮胎标示技术规格与法规资讯的位置。各大轮胎制造商在生产时，均会在胎侧模刻上各种消费者资讯标记，当中包括品牌商标、产品型号、政府强制规范的安全警告标签，以及关乎适配性的尺寸规格、载重指数与速度等级。部分款式还会在胎侧加入美学与装饰元素，例如复古车款常见的白边胎（Whitewalls）、红线装饰带，或者是赛车与高性能车款上用作凸显运动风格或品牌名称的轮胎字样。

### 帘布层

轮胎的内部骨架与气密结构是由多层具备不同力学特性的复合材料层紧密结合而成。其中，胎体帘布层（Plies）是轮胎结构中最核心的骨架承重材料。它由高抗拉强度、低延伸率的纺织纤维（如聚酯、尼龙、人造丝）或高强度钢丝帘线平行排列并嵌入橡胶中构成，整体由一侧胎圈横跨胎顶延伸至另一侧胎圈。帘布层的主要功能承受由压缩空气产生的内部张力，防止橡胶结构在充气及高负载下发生几何膨胀，以维持轮胎的既定形状。帘布层中帘线的排列走向与交错角度，是划分辐射层轮胎与斜交胎的主要技术依据.。

### 带束层

带束斜交胎和辐射层轮胎在胎体骨架与外部胎面之间，配置了由多层倾斜交叉的纺织纤维或高刚性钢丝网组成的带束层（Belts）。带束层的主要功能在于大幅提升胎面区域的整体刚性，限制行驶时胎面花纹块的局部形变，进而改善车辆的操控性能。同时，带束层还能增强轮胎的抗冲击与抗刺穿能力，保护底层脆弱的胎体帘布层免受路面尖锐物件的直接伤害。在胎肩这个刚度剧烈变化的边缘区域，通常会在带束层嵌入胎肩垫胶（Shoulder belt wedge）。这项组件能有效吸收并缓冲带束层边缘在高转速下所产生的巨大剪切应力，防止因应力集中而导致胎面与胎体分层脱落。

### 气密层

现今绝大多数汽车均采用无内胎轮胎（真空胎）设计，依靠胎内壁一层高气密性、完全不含骨架纤维的气密内衬层（Liner）来直接防止压缩空气泄漏，其材质通常选用气密性极高的丁基橡胶或经卤化改性的高分子聚合物（如氯化或溴化丁基橡胶）。这种高分子材料的分子间隙极小，能有效阻隔气体分子的渗透，将压缩空气牢牢锁定在轮胎内部，维持胎压的长期稳定。

## 材料科学

现代充气轮胎的制造材料主要由两大核心范畴构成：一是作为骨架的复合帘线（Cords），二是将帘线完全包裹并形成胎面的弹性体（Elastomer）。

### 复合帘线

负责构建胎体帘布层与胎圈的帘线，是承受内部充气张力的主要承载材料，其成分包括钢丝，棉花或丝绸等天然纤维，以及尼龙或芳纶（Kevlar）等高强度合成纤维。由于金属与橡胶的界面黏合度直接影响胎体寿命，钢丝帘线表面会预先电镀一层极薄的黄铜（Brass）；同时，橡胶配方中亦会加入间苯二酚与六甲基氧甲基蜜胺（HMMM）等化学添加剂，以化学键结提升橡胶与金属之间的界面黏着力。

### 弹性体

轮胎弹性体的性能与耐久度，依赖其内部由十多种专门配方调配而成的橡胶复合物材料，当中高分子聚合物构成了整套配方的核心骨架，主要由天然橡胶或各类合成橡胶组成。为了使橡胶拥有足以抗衡路面冲击的强度，配方中必须加入补强填料（Fillers），其中最普遍的是能显著提升耐磨与抗拉强度的碳黑，以及可降低胎面滚动阻力的二氧化硅。为了满足工厂加工与极端环境下的耐用需求，复合物中还必须混入多种功能性添加剂。例如以石油基润滑油、松焦油、树脂和蜡类充当软化剂，以降低胶料黏度并提升未硫化生胶在成型工序中的表面自黏性。为了延缓轮胎在使用过程中的老化速度，配方中还会添加抗氧化剂、抗臭氧剂和保护蜡等，阻绝臭氧、氧气及高热对高分子主链的氧化降解。最后在橡胶硫化阶段，必须借助硫黄并协同促进剂与活化剂等硫化体系进行加热催化，进而将生胶转化为具备高强度、高回弹性且结构稳定的硫化橡胶。

在绿色交通的趋势下，减少胎面弹性体的滚动阻力是降低车辆油耗的手段之一。统计显示，乘用车约有5%至15%的燃油消耗用于克服轮胎的滚动阻力，而重型货车的占比则更高.。然而，降低滚动阻力与提升湿地牵引力之间，在传统橡胶力学中存在着基于黏弹性的两难权衡。橡胶材料的耗散因数程度通常以损耗角正切值（tan(δ)）来表示；低损耗角正切值能有效减少滚动时的内摩擦，进而降低滚动阻力，但高损耗角正切值却是提升湿地抓地力的必要物理条件。这项性能权衡并非不可调和，因为两者对应着不同的物理频率。滚动阻力主要受低频（约100赫兹）状态下的损耗角正切值支配，而湿地抓地力则取决于高频状态下的损耗角正切值。在历史上，由于高频动态力学测试难度极高，工程界习惯以低温（0℃）下的低频损耗角正切值测量值来预测湿地抓地力，而以高温（60℃）下的损耗角正切值作为评估低滚动阻力的直接指标。当前最新的材料科学研究发现，采用双相补强填料（Dual-phase fillers）的复合材料，能打破低温损耗角正切值与湿地抓地力之间的传统线性相关性。通过深入研究水膜润滑对橡胶表面微观几何接触的影响，科学家已能开发出兼具高湿地抓地力与低滚动阻力的高性能胎面配方。

## 相关组件

轮胎的正常运作依赖一系列与之密切配合的关联组件，主要包括承载轮胎的轮圈、以及用作充气与维持气密的气门嘴。

### 轮圈

轮胎必须安装于轮圈（Wheel）之上，轮圈的外缘两侧通常设有一体成型的凸缘（Rims），用以卡紧并固定轮胎的胎圈。现代汽车轮圈主要由冲压焊接钢板，或是铝合金、镁合金等轻量化合金复合材料制成。在充气状态下，胎体帘布层内的张力会均匀地向外拉扯整个胎圈；当车辆负荷压向地面时，仅有紧贴接地面积正上方区域的帘线张力会出现局部松弛，其余周围的高张力帘线则共同发挥类似悬吊的力学效应，将轮圈稳固支撑在中央。在安装时，技术人员需施加外力将轮胎胎圈强行压入轮圈内外凸缘所形成的中央槽沟内，以达致紧密锁定。

### 气门嘴

气门嘴（Valve stem）是向轮胎内部注入并密封压缩空气的专用通道，由金属或橡胶管身与内置的单向气阀（气门芯）组合而成。民用汽车与绝大多数单车轮胎普遍采用美式气门嘴（Schrader valve），而追求高气压与极限性能的专业公路单车则多采用法式气门嘴（Presta valve）。在现代主流的无内胎轮胎系统中，气门嘴会直接气密安装于轮圈的专用孔位上；而在传统的有内胎系统中，气门嘴则是一体成型于内胎表面。随着汽车电子技术与法规的演进，现代乘用车已被强制要求配备胎压侦测系统（TPMS），气门嘴底端通常会直接整合一个电子感应模组，用以实时监测并传输胎压与胎温数据.。

## 维护保养

为了延长轮胎的使用寿命并确保行车安全，使用者需要定期对轮胎进行检查和维护程序，包括正确充气、定期调胎、车轮定位校正，以及针对商用车轮胎的胎面翻新技术。

### 充气

轮胎充气胎压是决定充气轮胎力学性能、胎面磨损特征及车辆滚动阻力的重要因素之一。为了确保车辆在设计载重限制内安全行驶，汽车制造商会为每款车型制定精确的推荐冷胎压（cold inflation pressure），乘用车的建议值通常介乎220至240千帕斯卡（约32至35磅力每平方英寸）。这项指导数据是由车厂根据底盘动态调校而定，并非轮胎侧面所说明的最大气压上限（Maximum pressure rating）。车主应优先参照位于驾驶座B柱内侧的车辆标签贴纸或原厂使用说明书。当轮胎因行驶与地面摩擦而发热时，胎内气体分子受热膨胀会使动态胎压自然上升，因此所有标准规格均以车辆停驶至少三小时后的冷胎状况为准；若在热胎状态下进行气压调整，则必须在冷胎基准值的基础上适当调高补偿值，切勿在热胎时盲目泄压。

胎压大幅度的变化会直接改变轮胎与地面的接地面积几何形状。当轮胎严重充气过度时，胎体会向外过度鼓起，使垂直负载过度集中于胎面中心，这不仅会加速中间胎面的异常偏磨，更会因为接地面积缩小而导致刹车制动距离大幅延长。相反，当轮胎充气不足时，胎顶中央会因缺乏内部气压支撑而向内凹陷，车身重量将被迫由两侧胎肩承担。这会导致轮胎的整体接地面积急剧增大，使滚动阻力与油耗暴增。在动态行驶中，欠压还会导致胎侧产生剧烈的频繁屈曲形变，与地面产生的摩擦发热无法及时耗散，在严重情况下会直接导致胎面橡胶脱落而引发爆胎。2008年巴拉克·奥巴马在竞选美国总统时，曾呼吁民众“保持轮胎气压充足”（Keep your tires properly inflated），即督促车主将气压补足至原厂标准值，以纠正美国社会普遍存在的长期欠压行驶引发的燃油浪费。

现代汽车已全面强制引入胎压侦测系统（TPMS）。这套电子系统实时监测各个车轮的内部气压状况，并在胎压跌破安全预警下限时即时向驾驶者发出仪表板警告。在技术架构上，胎压监测主要分为两大主流设计：直接式（Direct TPMS）与间接式（Indirect TPMS）。直接式系统是在气门嘴底端装配实体压力传感器，直接量度并以无线频率发射胎内的绝对气压与温度数据；间接式系统则不配置独立传感器，而是借由防锁死刹车系统（ABS）的轮速传感器，监控各车轮在行驶中的相对旋转速度，当某个轮胎因漏气而导致气压下降时，其有效滚动半径会随之缩小，导致该轮在相同车速下的转速异常加快，并由电子控制单元（ECU）进行演算和比较，实现间接的欠压警示功能。

### 调胎

车辆在日常行驶过程中，由于前后轴的负重不同、驱动方式的差异以及转向时的侧向受力，轮胎在局部磨损后往往会呈现出不均匀的磨损特征。以市场上主流的前轮驱动车款为例，前轴轮胎由于需要同时承担传递引擎动力与引导车辆转向的双重重任，其磨损速度明显高于后轴轮胎。调胎（Tire rotation）是指依照特定的里程周期，将轮胎在车身的不同位置进行对调（例如将前轮移至后轴，或采取交叉对调），旨在平衡四条轮胎的磨损速度，从而提升整套轮胎的总行驶里程和使用寿命.。

### 车轮定位

车轮定位（Wheel alignment）俗称四轮定位，是一项针对车辆悬挂系统几何角度的精准校正工序。当轮胎与轮圈装配至车身后，其安装角度可能会因长期的路面颠簸冲击、橡胶衬套老化或更换零件而偏离基准值。一旦这些几何角度出现偏差，轮胎在直线滚动时便会与地面产生持续的微幅横向刮擦，导致胎面迅速出现不正常磨损或单边偏磨等异常情况。四轮定位透过专业光学仪器，检测并将悬挂系统的外倾角、后倾角以及前束角重新调节至原厂规定的标准规格内，以确保轮胎滚动方向与车辆实际前进轨迹完全平行。

## 主要轮胎制造商

### 日本

- Bridgestone 普利司通
- Sumitomo 住友橡胶
- Yokohama 横滨橡胶
- Toyo / Nitto 东洋轮胎

### 英国

- Dunlop 登禄普轮胎：日本住友橡胶拥有其亚洲（除印度、马来西亚、新加坡、文莱外）、欧洲、北美洲、大洋洲市场的商标所有权，以及营运该商标所需之一切无形资产。

### 法国

- Michelin 米其林轮胎

### 德国

- Continental Tire 大陆集团马牌轮胎

### 美国

- Goodyear 固特异

### 意大利

- Pirelli 倍耐力

### 韩国

- Kumho 锦湖轮胎
- Hankook 韩泰轮胎
- NEXEN 耐克森轮胎

### 台湾

- Cheng Shin / Maxxis 正新轮胎
- DURO 华丰橡胶
- Federal 泰丰轮胎
- Fu-Chian 富强轮胎
- Gumonder 固满德轮胎
- Kenda 建大轮胎
- Nankang 南港轮胎
- Unilli 优耐立轮胎

### 中国大陆

- Hangzhou Zhongce 杭州中策橡胶
- AEOLUS TYRE 风神轮胎
- Double Coin 双钱轮胎
- Fullrun Tyre 福临轮胎
- Guizhou Tyre 贵州轮胎
- Triangle Tyre 三角轮胎
- Sentury Tire 青岛森麒麟轮胎
- Linglong Tire 玲珑轮胎

## 参考文献

- 《轮胎力学与热学》，张士齐著，化学工业出版社，1988年，ISBN 978-7-5025-0129-7。
- 《现代汽车轮胎技术》，庄继德著，北京理工大学出版社，2001年，ISBN 978-7-81045-781-1。
- 《现代轮胎结构设计》，辛振祥著，化学工业出版社，2011年，ISBN 978-7-122-12107-3。