自行車輪胎


我騎的通勤車,是一台很普通的十八段變速腳踏車,三千多塊買的。因為家住得離市區有點距離,所以每次通勤,大約要花 30-50 分鐘,才會到達目的地。有時候,我也會拿它來載女朋友,在家堛近代步。騎了一年多,這台車一直給我一個感覺:「怎麼都騎不快?怎麼騎起來這麼累?」當然,它是一台粗輪胎又笨重的通勤車,不能和輕巧的公路車相比,心裡嘀咕,卻也不會苛責它。

為了寫這篇文章,我找了許多有關自行車輪胎的資料,並仔細去比對手邊四五款輪胎的差異。有一天我騎通勤車去車行買東西,靈機一動,就想何不換個光頭胎看看?於是就跟老闆買了一對適合通勤車使用的便宜光頭胎,寬度比原廠配的輪胎稍窄(從 1.9 吋改成 1.5 吋),只有一些簡單的凹紋,一條只要 350 元。乒乒乓乓換好以後騎回家,乖乖不得了,起步輕鬆,加速靈敏,而且高速還很容易維持。怎麼會差這麼多!回家以後載著女朋友去吃飯,也覺得「扭力」似乎變大了,不論是起步還是緩上坡,都可以輕易克服。不只如此,先前騎起車來遇到不良路面的顛簸不順,也都變成平順的路感。

一台三千多塊的車子,當然不可能花七百塊的成本在輪胎上,可以想見原本配的輪胎是多麼不理想了。可是為什麼換個胎就有這麼神奇的效果?是因為從凸紋胎換成光頭胎的關係,還是因為輪胎的寬窄所造成的?看到這邊你可能會覺得很奇怪:「只不過是一條三百五十元的輪胎,有必要這麼認真討論嗎?」不過即使是要評比兩三千塊的輪胎,其原理和便宜的胎其實都是一樣的,只有程度上的差異而已。

輪胎的構造

說到這個輪胎的構造,也許用「再生胎」這個詞會比較好解釋。每次發生大型車輛因爆胎出車禍的社會新聞,「再生胎」的問題總是會被拿出來檢討。所謂的再生胎,就是把磨損的胎皮清除掉,保留原有的胎體,再重新貼上一層胎皮。聽起來好像很不可靠是嗎?但其實輪胎的構造就是這個樣子。自行車的開口式外胎(clincher),就是由織網罩構成輪胎的主體,貼上一層胎皮來給滾動時磨耗,並埋入兩條胎唇用來把輪胎固定在輪框上,這樣就形成了輪胎的主要構造。由於自行車輪胎比較薄,易被穿刺或割傷,大部份都會在胎皮和織網罩之間再加一片防爆層,以增加輪胎的強度。

輪胎的特性

一般在描述輪胎的特性時,大致上是分成幾個方向:滾動阻力、抓地力、路感、耐磨性、防爆、重量、價錢。除此之外,還有兩個特性是經常被忽略但很重要的:力量傳導以及製造品質。如果要用「名詞解釋」來說明這些詞彙的話,各位可能還沒看完就先睡著了,所以我還是用「感覺」的方式去描述這些特性,讀起來比較容易消化。

滾動阻力
當輪子開始滾動的時候,你會希望它一直滾下去不要變慢,當然這是不可能的,因為會面臨風阻和其他阻力。以自行車本身的阻力來說,一小部份原因是花轂培林的阻力,另一個主要的部份就是輪胎的「滾動阻力」了。滾動阻力越小,速度就越容易維持,換句話說你用同樣力氣去踩速度就會加快。不必說,滾動阻力越小越好。

抓地力
在你過彎或煞車的時候,最不希望發生的事情就是打滑,此時輪胎的「抓地力」就是一個關鍵。即使是直線加速,力道強大的時候也會需要抓地力。抓地力是越大越好。

路感
遇到不平整的路面,有些胎會讓你覺得很顛,震得全身不舒服,有些胎是悶悶的沒什麼感覺,另有些胎則是讓你感覺得到有路況的變化但不覺顛簸。這些感覺統稱為「路感」,你會希望有一個舒適的路感,而不是一個顛得你七葷八素的路感。

耐磨性
自行車輪胎普遍來說算是貴的,用單位橡膠所需的金額算起來的話,比汽車輪胎不知貴了多少倍。所以你當然會希望這麼貴的東西能夠撐久一點,這就是輪胎「耐磨性」的責任了。耐磨性越好,可以使用的里程越長。

防爆
破胎可以說是從事自行車休閒運動最常碰到的故障,而且為了輕量化胎皮往往只有薄薄一層,不太容易耐得住石頭、玻璃、樹枝的穿刺。大多數戶外使用的輪胎都有「防爆」的設計,避免異物刺穿織網罩。

重量
也許你是追逐輕量化的一員,自行車上任何一個零配件,都要計較那十幾二十克。無疑地內外胎也是一個輕量化的標的,一車份加起來,可以差到一兩百克之多。姑且不論減輕輪胎的重量有什麼效果,光看到整車帳面上的重量減輕,可能就會讓你乖乖把錢掏出來買輕量化輪胎了。

力量傳導
如果你跟我一樣,騎過登山車的顆粒胎,再換成光頭胎,一定可以感覺到在起步的時候,花一樣力氣加速度得更明顯,在爬坡的時候,也變得更輕巧。這就是輪胎的「力量傳導」變得更好了,或者可說是輪胎的「剛性」更好。力量傳導不佳的輪胎,好像胎面黏在柏油路上似的,用很大的力氣去踩卻好像踩進泥巴裡一樣。

製造品質
你會不會覺得有些輪胎外表看起來毛毛躁躁的,很不舒服?有些胎為了視覺效果或其他理由,加入了不同的顏色,可是你有沒有發現顏色交界處歪歪斜斜的?有些胎裝上輪框以後轉轉看,你有沒有發現它其實不是「正圓」,有上上下下的偏差?即使是生產廠商應該也不樂見產品有這些令人不愉快的地方,但有可能是品管達不到要求或者考量成本下所做的犧牲。

價錢
輪胎價錢的差異性也是很大的,一條競賽用的輕量化外胎,可能要價達兩三千塊,但一條練習胎,卻可能只要五百塊不到。市面上有某些擁有突出特性的外胎,例如特別輕量或者可打超高胎壓,往往要看你願意花多少代價去換來這些特性,而這些花錢換來的特性可能會讓你騎車時感到愉悅,或讓比賽成績更進一步。

除了價錢之外,兼顧所有特性幾乎是有可能做到的,端視製造廠商的設計巧思與工業技術。不過往往加入了成本與售價因素後,妥協也就產生了。要在合理的售價內做出全面性的輪胎變得有點困難,因此廠商會在產品的某些特性上大做文章,以增加產品的吸引力。

宣傳手法與性能的關聯

TPI 織網密度
由於織網罩是輪胎的主體,而滾動阻力的主要來源就是織網罩在接觸路面時壓縮變形所造成的能量損耗,因此織網罩的良窳就是輪胎性能的關鍵。最常被拿來當作指標的就是 TPI ,也就是織網密度了。TPI 越高,代表一英吋內的纖維數量越多。高密度的織網,代表纖維更細,填補縫隙所需的橡膠就更少;相對的低密度的織網,纖維較粗而且所需使用的橡膠也更多。

織網罩影響的層面非常的廣泛。首先,它是形成輪胎路感特色的主要原因。織網密度越高,織網罩的厚度越薄,反應就越靈敏。在壓過不平整路面的時候,仍可保持與地面的最大接觸面積,並且不會讓震動擴散開來。低織網密度加上厚重的胎皮,在經過崎嶇路面的時候,往往胎皮會來不及反應,就把震動直接傳到手掌或屁股上來,而且會讓輪胎跳離地面,使得接觸面積變小,抓地力也變差。

從路感還可以衍生出高 TPI 的其他好處:重量輕、滾動阻力低、在粗糙路面上抓地力更好,連帶的力量傳導也更好。既然高 TPI 有這麼多好處,為什麼不每條胎都盡可能達到最高的織網密度?一部份原因是工業設計與成本考量,一部份原因是廠商產品線的區隔,還有一部份原因是強度的問題。高 TPI 的織網罩一定比低 TPI 的要薄,防爆的特性也較差。短程通勤、加了避震器的車、或者根本就是故意要去騎惡劣路面,實在沒必要採用高 TPI 的輪胎。

另外廠商通常也會在纖維材質上著墨。一般而言低 TPI 的輪胎是用尼龍纖維編織,而高 TPI 輪胎會採用更柔軟纖細的棉質、絲質纖維來編織。有些款式的輪胎織網纖維會採用聚酯棉,來增加織網罩強度,甚至安插超高強度的 Kevlar 纖維,來增加防爆的特性。另有些廠商有其獨門的織網纖維秘方,其效果不外乎是為了更柔軟以及更高強度。柔軟度高的棉質或絲質纖維當然路感最好、滾動阻力最低,但是用在戶外道路上卻不見得是理想材質,你還得考慮到強度的問題。所以你應該視用途挑選合適的織網材質以及密度,以在性能及價錢上取得均衡。

重量
不懂輪胎的人,就跟不懂車架的人一樣,如果不知道要怎麼選擇,就買最輕的吧!輕量化的輪胎很不可思議,一條重量的差距可能達到50-100克。事實上,重量輕的輪胎也帶來許多性能上的優勢,首先在爬坡時就佔了一些便宜,另外由於慣性較低,比較容易加速。重量減輕的原因又多半來自於更薄的胎皮與織網罩,甚至省略防爆層,這樣的結果是帶來更靈敏的路面反應、更舒適的路感,以及更低的滾動阻力。

不過,輕量化的輪胎到底是把什麼省下來?首先胎皮一定要很薄,所以耐磨性不可能太好,也許用個一兩千公里就見底了。其次,省下防爆層至少可以輕 20 克,而且讓路感更佳,但胎皮變薄加上沒有防爆層,代表的是你騎到一半停在路邊換胎的機會大增。在花錢購買輕量化輪胎之前,先弄清楚它提供了什麼樣的防爆措施,是否符合自己的騎乘環境。別讓破胎減損了騎車的樂趣,也造成金錢上的損失。

胎壓
很多開口式的外胎標榜了高胎壓,可以打到 145psi,甚至高達 175psi。打高胎壓可以得到一些好處,例如在滾動時可減少織網罩的變形量讓滾動阻力同步減低,力量傳導也會因為織網罩剛性較高而變好,對體重較重的騎士來說也可以避免「蛇咬」型態爆胎的發生。

但是高胎壓真的就是萬靈丹嗎?不只不是,而且還可能有反效果。由於胎壓打高,會使得路面的反應變差,些微的路面不平整就會造成彈跳,不只容易讓人感到疲勞,也會因為與地面的接觸面積變小,讓抓地力會下降,使得力量傳遞不連續,並增加過彎的危險性。當胎皮無法順利壓過崎嶇的路面時,這種「撞牆」的效應會把前進的力量反彈回來,讓速度快不起來。充氣式輪胎之所以安全、舒適、有效率的原因是在於利用空氣壓力維持輪胎剛性之餘,在與路面接觸處仍保有適度的壓縮扁平度,來反應路面狀況。如果把胎壓打高讓扁平度消失,豈不就失去了採用充氣式輪胎的原意?

也許你會納悶,管胎不是可以打到 200psi 甚至更高的胎壓,為什麼同樣技術做出來的開口胎,只不過打到 145psi,路感就差這麼多?我也用過相同織網罩及胎皮規格的管胎,打到 180psi,絲毫不會覺得它很硬。其中最大的差別是,管胎打飽氣之後切面是圓的,這樣使得管胎在任何角度下都保有很好的路感;而開口胎並不是,內胎的切面形狀像個冬瓜似的,先天上就不容易擁有相同的性能。另外高級管胎內胎的材質是乳膠(Latex,保險套的原料),彈性好滾動阻力小路感佳,而開口胎一般使用的內胎是丁基橡膠(Butyl),是無法和乳膠相提並論的。但即便是使用管胎,胎壓的設定仍應該要讓輪胎在承重時產生一些扁平變形,才是讓它性能正確發揮的做法。

另外在輪組大廠 ZIPP 的手冊中也提到,使用開口式外胎,胎壓不建議打到 125psi 以上,所持的理由同上所述,不過並沒有特別強調是否為輪框無法承受。事實上開口式外胎打高胎壓對輪框來說的確是個危害,輪框有可能被不均勻地撐開,也有可能從結構最弱的地方炸開。打高胎壓之前,應先確認輪組是否能承受得了,千萬別一意孤行。

其實每一款胎搭配不同體重的騎士都有其最適的胎壓,是在路感與滾動阻力之間妥協下的結果。由於負重時適當的扁平度才是決定胎壓的前提,所以體重越重胎壓也要越高。又由於後輪承受的重量比較高,後輪的胎壓也應比前輪高一些,可以試試提高 10%(或降低前輪胎壓 10% 以換取舒適的路感)。不要相信廠商公佈的胎壓上限,順從你的直覺。如果你習慣打到外胎規範的胎壓上限,體重噸位又不是很重的話,洩一點氣試試看,說不定會有令你意想不到的效果發生--而且還不見得會比較慢。

胎紋
顆粒胎的目的是增加軟地面上的抓地力
比較寬的輪胎,例如 1.5 吋以上,若設計有一些凹紋,其目的與其說是增加排水性,不如說是用來檢查胎皮的磨耗。以自行車的速度和輪胎的觸地面積,在濕地上是不足以形成會讓車子打滑的「水膜」。如果是凸出來的顆粒,則是為了增加軟路面或砂石路面上的抓地力,因為這些路面比輪胎還軟,顆粒可以陷進去咬住路面,大幅增加抓地力。可以看看沙灘車在海灘上壓出來的胎印就知道這是什麼意思了。顆粒胎用在硬地上的路感一定不會好,抓地力因接觸面積縮小而不足,而且力量傳導也一定差,因為踩下去的力量有一部份會消耗在顆粒的變形上,讓整台車變得很難拖動似的。

那麼細細的公路車胎,設計胎紋的用意是什麼?並不是為了排水,而是要增加抓地力。胎紋的設計很具爭議,因為就一般人的常識來說會以為有胎紋抓地力才會好,廠商為了迎合市場所以就推出有胎紋的產品,但實際上抓地力和胎紋之間的關連並無定論。一些廠商宣稱他們設計的胎紋可以分散壓力並增加與地面的接觸面積,抓地性能也會跟著提升。也有說法是細細的胎紋可以「滲透」到路面的縫隙中,以增加抓地力。

胎紋的設計會提高滾動阻力,因為讓胎紋壓縮變形也是需要消耗能量的。而胎紋也會讓力量傳導變差一些,因為施加在胎皮上的力量有一部份被內耗在胎紋的變形上了。有胎紋的輪胎往往在胎紋磨平之後特性變好了,滾動阻力下降且力量傳導變佳。雖然廠商會解釋設計胎紋的用意,但不代表同樣路況下光頭胎就會發生抓地力不足的情況,甚至光頭胎滾動阻力還更低。但顯然的有胎紋的輪胎,似乎比較讓人感到「安心」,覺得廠商有在用心設計產品。

許多公路車輪胎的設計會把中央和兩側分開考量,中央的部份要降低滾動阻力,會使用較硬的橡膠、光滑表面處理或適合直線行進的胎紋(例如菱形細顆粒);兩側會採用較軟的橡膠、粗糙表面或變形量稍大的胎紋。較軟的橡膠確實可以提高抓地力,至於胎紋的效用,就看你親身的經驗以及要不要相信廠商的說法了。你還以為顆粒胎或胎紋才是雨天防滑的保證嗎?錯誤的觀念該改正過來了!

寬窄
同樣是 700x23c 的外胎,實際上的寬窄還是有差的,有些胎圓鼓鼓的,有些胎則比較苗條,拿游標尺去量會發現各廠牌之間有一些差異,也因此有些廠商得以在相同規格下偷重量。比較寬的胎,路面的適應性比較好,抓地力比較足,舒適性也較佳。但寬胎的負面影響是風阻和重量,為了降低風阻,應該要選用較窄的外胎。不一定比較寬的胎就好,或比較窄的胎就好,還是要看用途。所以這又是一個權衡的抉擇了。

或許是自行車廠商比較保守,大多數的公路車出廠時都是配 23mm 的外胎,甚至是 25mm 的。畢竟太窄的胎可能會發生抓地力不足、控車不易或卡進水溝蓋等危險。如果很確定自己的騎車路線路況良好的話,何不試試換個較窄的胎來降低風阻;如果是低速爬坡的話,換個較窄的胎除了省點重量,降低風阻的幫助就不那麼大了。

換上較窄的胎,例如 20mm,應該要將胎壓打得高一些。如果在相同胎壓下,寬胎的滾動阻力可是會比窄胎還低的,但這樣的比較並無意義,因為這個條件下寬窄胎的觸地面積是一樣的,窄胎的扁平度顯然會比寬胎大,造成滾動阻力較大。如果要讓窄胎的觸地扁平比例和寬胎一樣,就應該打高一點的胎壓。但要小心的是,打高胎壓以後代表的是觸地面積會變小、抓地力降低、路感會變差。專家建議低風阻輪甚至應該配到 18mm 的細胎,才有最理想的效果。不過以安全為前提的話,應先確認天候及路面狀況,再來決定輪胎寬窄。2003 年環法賽,Ullrich 不就是在雨天的計時賽中,把奪冠的最後一絲希望給摔掉了嗎?

輪胎顏色有多樣化選擇
顏色
胎皮的主要原料是橡膠,原色是褐色。大多數輪胎會呈現黑色的原因是加入「碳黑」以增加抓地力和耐用度。一些有鮮艷顏色的輪胎,是用二氧化矽取代了碳黑,不只更美觀,而且據稱乾溼地的抓地力都會更好。有些輪胎具有「古典味」:胎壁是皮膚色,而胎皮是黑色,這是因為胎壁並未添加碳黑的緣故,橡膠本身比較軟,可以減低一些滾動阻力。目前主流的輪胎胎皮很多都是三間色,比如「紅-黑-紅」這樣子配色,一方面是讓直線的滾動阻力低、過彎的抓地力好,另一方面是為了好看。後一個原因可能才是消費者選擇產品的決定性條件。

挑選適合的輪胎

經過一連串的討論,我們再回到文章一開頭的疑問:為什麼通勤車換上較窄的光頭胎後,性能全面地提升了?首先新換的光頭胎織網罩較薄較軟,提供良好的路感以及較輕的重量。加上胎皮比較薄,重量減輕後,輪子的慣性減低使得加速容易。少掉了顆粒胎紋,路感比較平順,而且力量傳導也更直接,加速、爬坡或負重騎乘都變得比較輕鬆。寬度比較窄且表面光滑代表的是風阻也就比較低,在高速時速度比較容易維持。

Gommitalia - 精品級的輪胎
喜托普代理
輪胎對自行車的性能與舒適性影響真的很大,正確的選擇加上適當的調校,差別幾乎和更換車架材質一樣明顯,甚至在你不想更換車架的前提下,提供了一個特性調整的廣大空間。不過說實在的,等級低的產品,只要願意多花一點小錢,就可以買到明顯的改善。但如果要比較一批價值同是兩千元的高級胎,幾乎就不可能有全面性的改善了,這時候就變成特性上的妥協與選擇,你可能偏好均衡的性能,也可能需要某一兩種突出的特性。由於影響性能的變因實在很多,而輪胎廠商設計產品的創意也很豐富,不只提供多種規格,賣相也要讓消費者一見到就愛不釋手,使得挑選一款輪胎,可以像挑選車架一樣,充份表達你個人的品味與鑑賞力。

台灣的零售市場規模太小,使得輪胎的選擇也不多,市面上常見的都是世界級大廠大量製造出來的輪胎,這些產品可以滿足大部份人的需求,但其實還有許多輪胎廠,提供更多規格、更精緻化、更高性能的輪胎讓你選擇。輪胎是自行車與地面直接接觸的介面,也是力量傳導最終的媒介,同時也是花費最低的代價就能讓整車性能大幅提升的關鍵零件。希望讀者在閱讀過這篇文章之後,能夠對輪胎有深入的了解,並且建立一套自己的評比標準,不要讓似是而非的宣傳手法給矇蔽了,挑選出真正適合自己騎車習慣的輪胎,為你帶來愉快的騎車體驗以及更好的比賽成績。


文字:肥油貓 / 圖片來源:修改自 Vittoria 網站、Michelin 網站
2006/12/7