为了获得更好的燃油经济性，工程师们正在研究轮胎的结构和成分。最新的进展来自一种海滩上的材料。
在新车的众多技术中，轮胎技术可能是最不被重视的。在购买汽车时，消费者肯定不会首先想到轮胎。事实上，我们往往只在轮胎漏气或磨损时才会注意到它们。但轮胎不仅仅是橡胶块——它们是多种材料的复杂混合物——而且随着汽车制造商在燃油经济性方面不断寻求优势，轮胎的设计也日益精巧。
“设计一个轮胎是一件极其复杂的事情，” 德国 Breuberg 的普利司通轮胎公司（Pirelli Armstrong Tire Corporation）的工程师 Dieter Overhoff 说。“从物理学的角度来看，我们处理的是一种非常奇特的材料。我们使用的化合物不遵循线性规律。而且这些不同化合物的相互作用非常复杂，以至于我们无法完全用数学来描述一个轮胎。这是一个‘书本法则永远无效’的领域。我们每天都会发现，昨天被认为是真理的事情今天就被证明是错误的。”
轮胎过去要简单得多。最早的轮胎，出现在 19 世纪 80 年代初伦敦的马车上，是实心橡胶的。但到那个十年末，舒适性和提高速度的双重需求催生了现在熟悉的充气轮胎——内有压缩空气的空心橡胶轮胎——从此，轮子驱动的世界就变得不一样了。
轮胎的作用是产生胎面与路面之间的摩擦力，从而使轮胎能够传递驱动力、制动力和转弯力。摩擦力越大，驾驶员的控制力就越强。
但问题就在这里：摩擦力虽然能将汽车固定在路面上，但它也会阻碍轮胎滚动；这迫使汽车发动机消耗更多燃油，因为发动机需要更努力地工作来克服这种阻力。而这，当然，会加剧全球环境问题。
仅在美国，汽车每年就会产生十亿吨的导致全球变暖的气体——二氧化碳。在过去的 25 年里，汽车工程师们通过减少尾气排放和提高燃油经济性，以满足联邦规定的燃油经济性和空气质量要求。这主要是通过设计更具空气动力学性能的车身和减少发动机及传动部件的内部摩擦来实现的。
但这些方面的进一步改进越来越难以管理且成本高昂。因此，工程师们开始密切关注提高轮胎的滚动阻力。在 20 世纪 80 年代，他们通过改变轮胎的机械和结构设计来做到这一点。在 20 世纪 90 年代，他们将注意力转向了能够降低滚动阻力同时保持抓地力和耐磨性的复合材料。
许多人认为轮胎只是由橡胶制成的，而橡胶是从树上长出来的（好吧，是长在树里面）。但事实上，轮胎使用了多种天然和合成橡胶，以及其他材料。轮胎的某些部分甚至有十几个材料层层叠叠地压在一起——钢材对橡胶，橡胶对纺织品，橡胶对橡胶，等等。
轮胎的基本形状和强度来自于其骨架结构，称为胎体，由两个或两个以上称为帘布层的部分组成。通常，帘布层由尼龙、人造丝或聚酯纤维制成，然后涂上橡胶形成轮胎的层。早期的轮胎设计是斜交线轮胎，之所以这样命名是因为帘线以大约 30 至 38 度的角度，或斜度，横跨轮胎的宽度。在每一层帘布层上，帘线都与前一层相反。这形成了一个对称的交叉图案，赋予斜交线轮胎强度。
额外的称为带束层的增强条，由涂有橡胶的钢制成，覆盖在帘布层上。最上面是胎面，这是轮胎的耐磨部件，直接与路面接触。最后，在胎面的两侧，一层额外的橡胶粘合到帘布层上形成胎侧。胎侧的末端是胎圈，这是轮胎与轮辋接触的部分。胎圈由包裹在橡胶化合物中的钢丝组成，该橡胶化合物通过轮胎的气压固定在轮辋唇上。
高达 90% 的轮胎滚动阻力可归因于滞后——当轮胎滚动时，轮胎的胎面、胎侧和胎体的变形所产生的能量耗散。剩余的 10% 的阻力来自于空气动力阻力以及轮胎与地面之间以及轮胎与轮辋之间的摩擦。
当轮胎变形时，它会产生能量损失的热量。轮胎消耗多少能量并将其转化为热量，取决于工程师所说的构成轮胎材料的粘弹性。将橡皮泥和钢弹簧看作是粘弹性谱的两端。一种能恢复到原始形状，并将其最初施加给它的所有能量（例如钢弹簧）回馈的材料，被称为弹性材料。一种能吸收能量并在变形时改变形状的材料——就像橡皮泥——则具有高度的粘性。
从相同的高度扔下两种球——比如一个弹力球和一个壁球——可以说明滞的概念。弹力球会几乎回到它被扔下的高度，因为它在撞击地面时回馈了大部分能量；它的滞后性很低。相反，壁球在撞击时吸收更多的能量，弹不高；它的滞后损耗更高。用壁球制成的轮胎会比用弹力球制成的轮胎表现出更大的滚动阻力。行业专家估计，滚动阻力降低 20% 将带来 4% 的燃油节省，考虑到如今大多数进步都以微乎其微的十分之几来衡量，这是一个显著的节省。
在 20 世纪 60 年代末，子午线轮胎——其帘线不呈斜角，而是平行于车轮轴——开始取代斜交线轮胎，并显著降低了燃油消耗。当子午线轮胎在路上滚动时，它的形变较小，因此轮胎的变形也较小。这使得子午线轮胎的滚动阻力比斜交线轮胎低约 20%。从 1970 年到 1992 年，子午线轮胎大约节省了 770 亿加仑汽油，同时减少了约 11 亿吨二氧化碳排放。
在 20 世纪 80 年代，工程师们通过将典型汽车轮胎的质量减少 15% 进一步降低了滚动阻力。米其林轮胎公司（Michelin Tire Corporation）位于南卡罗来纳州格林维尔的工程师 Mike Wischhusen 说：“我们优化了轮胎的形状，并消除了那些不具备技术功能的花哨的、粗犷的、看起来很有男子气概的肩部。”
然而，最终，对更高效率的追求迫使设计人员回归基本：构成轮胎的各种橡胶化合物之间的化学反应和相互作用。其中一种基本成分是炭黑，它是燃烧石油的烟状副产品，使轮胎呈现黑色。如果橡胶不与炭黑等添加剂混合，轮胎的胎面会太软，且没有抗磨损能力。但炭黑的缺点是使轮胎的行为更像壁球而不是弹力球。
十年前，工程师们发现，用二氧化硅（普通海滩沙子的基本成分）代替炭黑可以降低滚动阻力。起初，二氧化硅似乎是轮胎工程师们渴望的神奇灵药，但他们很快意识到它也并非免费午餐：它较低的滚动阻力是以耐久性降低、湿地抓地力下降、成本更高以及制造过程更复杂为代价的。因此，二氧化硅很快又回到了海滩，工程师和化学家们也回到了他们的绘图板和混合罐。
然而，现在米其林似乎处于领先地位，它拥有一种严加保密的专有二氧化硅混合物，该混合物能将轮胎的滚动阻力降低到低于炭黑的水平，同时又不牺牲炭黑提供的普通二氧化硅所不具备的有利胎面特性。同样重要的是，米其林的二氧化硅混合轮胎价格仅略高。
几款当前车型已经配备了采用二氧化硅混合材料的子午线轮胎。与未采用二氧化硅混合材料的同类轮胎的汽车相比，这些汽车的燃油效率提高了 5%。如果美国的所有汽车都配备这些轮胎，每年将节省 24 亿加仑燃油，二氧化碳排放量将减少 2200 万吨。
但米其林和其他轮胎公司并没有因此沾沾自喜。联邦和州的燃油经济性标准可能会变得更加严格，因此对新混合物的研发仍在继续。轮胎公司在降低滚动阻力方面投入了数百万美元。然而，讽刺的是，一款新的高科技轮胎的良好效果可能会被驾驶员不当维护完全抵消。固特异（Goodyear）的工程师 Sam Landers 说：“一位驾驶员即使使用性能较差但充气正确的轮胎，也能获得比使用充气不正确的优秀轮胎更好的性能。”
