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转向的九阴真经

“天之道,损有余而补不足,是故虚胜实,不足胜有余。”

大家经常在试车视频或者汽车杂志上看到某某车具有明显的不足转向特质,又或者听到某某车是略微的过多转向很有驾驶乐趣。

但什么是不足转向,什么又是过多转向,不足转向会怎样过多转向又会怎样?总听车评人说市面上的车大部分都是不足转向,为什么不足转向就比过多转向更好?

我想很多车友都有这种困惑,作为车库的第一篇文章,今天首先就从理论的角度来给大家分析一下这两种转向特质。

要搞清楚不足转向和过多转向首先就得搞清楚什么是转向。

上图是典型的转向运动的示意图,一个小车沿着一个弧线转过90度。

这样的转向运动是两个类型的动作在时间轴上叠加而成的,一个是车身的移动,另一个是车身的转动(横摆),既然研究转向,那么自然我们应该着重研究的就是车身的转动。

那么什么叫不足转向,什么叫过多转向呢?

比如这个弯道过弯的时候40km/h方向盘打1/4圈刚好过去,同样的弯道60km/h过弯的时候方向盘还是打1/4圈如果车冲出弯道就叫不足转向,如果杀向弯心就叫过多转向。

换句话说不足转向和过多转向说的就是转向半径和车速的关系,如果转向半径随车速增大就是不足转向,反之就是过多转向。

有没有一个概念或者数据能够定性定量的反映出转向的这种现象呢?

我们先引入一个概念叫“转向灵敏度”,另一个不太亲民的叫法是“稳态横摆角速度增益”。

转向灵敏度=车身的横摆角速度 / 前轮转角

在忽略悬挂系统作用、重量重新分配、车身滚转等效应的前提下,根据车辆的运动学微分方程可以推导出下面这个公式(具体推导过程就不展开了):

ω 车辆横摆角速度

δ 前轮转角

u 车速

L 轴距

K 稳定性因数

根据上面这个公式我们可以分析出转向灵敏度是和车速、轴距、稳定性因这三个量有关。

我们以转向灵敏度为Y轴,以车速u为X轴,取不同的K值会得到三个不同的转向灵敏度与车速关系的曲线。

先从最特殊的K=0说起,这时转向灵敏度变为了

有的看官就问了,这和不足转向/过多转向有啥关系啊,这个公式也反映不出转向半径和车速有啥关系啊。

现在我们在公式的两边同时乘上转向半径

初中物理告诉我们线速度=角速度*半径,也就是说ωR=u,消去两边相同项后得到:

R=L/δ

转向半径依然没有和车速建立关系,也就是说在这种情况下转向半径只与车轮转角有关系,与车速没关系,这种转向特性叫中性转向。

而当K>0时,这个时候如法炮制,得到:

因为K是正数,在δ不变的情况下显然u越大R越大,这种情况下是不足转向。

而根据公式转向灵敏度存在一个最大值,当

时,转向灵敏度达到最大值,这个速度就叫作特征车速,这个速度越小说明不足转向的趋势越明显。

当K<0时,和上面一样,不过K变成了负数所以速度越快转弯半径越小。

同样的,当

时,转向灵敏度的值趋近于无穷大,这个速度叫做临界车速。

一旦趋近临界车速稍微改变车轮转角就会使车身获得很大的转动角速度,而且转弯半径变得极小,而显然转弯半径现实中怎么也不可能小得过轴距,所以这种极小的转弯半径会引起车辆侧翻和失控。

因此,为了避免上述现象市面上的车辆都是或多或少的倾向于不足转向的。

那么有的人就会问了,所有车都调成中性转向多好,转弯半径与速度无关多好掌控。

其实,对于一辆车来说K值不是一个定值,K值的大小和很多因素都有关系,比如轮胎、路面、悬挂、车身姿态甚至是驱动力、车上的载重等等。每种因素都会使车产生不足转向或者过多转向得趋势,所以如果车辆设定成中性转向就意味着在某些情况下这辆车会变成过多转向。

现实中的例子就是某些车在转弯的时候松油门的一瞬间会有一种往弯心杀去的感觉,这个其实就是因为驱动力改变削弱了车辆的不足转向倾向。如果这辆车是中性转向,松油门这个动作就会把这辆车变成过多转向,此时如果速度快过临界速度就酿成大祸了。

现在我们很容易的搞清楚了不足转向和过多转向,上面又臭又长得解释就是为了引出能够决定一辆车转向特质的MVP这就是K值“稳定性因数”。

那么K值得大小由什么决定?那些因素和K值有关?我的车K值是多少?K值和操纵性有什么关系?

敬请关注下集(还有下集?)—嫌疑人K的献身(大雾!)

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2016-06-20

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