02.20 如何極速過彎?——側傾剛度和重量轉移

balancemotorsport譯文

如何極速過彎?——側傾剛度和重量轉移

一些所謂的行家對前驅車總是嗤之以鼻,認為前驅就等同於轉向不足。誠然,即便前驅車也曾參與過F1賽事,但它並非賽車的最佳佈局,看下圖就能明白:

如何極速過彎?——側傾剛度和重量轉移

如你所見,前驅車在兩個方面尤為出色——方向穩定性和傳動系重量。但對賽車來說,牽引力和彎道平衡更為重要,前驅車在這方面並無優勢。

可為什麼在相同級別的實戰中(比如房車賽),前驅車卻能屢屢獲勝?

一方面,得益於前驅車的方向穩定性,讓車手能在減速彎中暴力駕駛,後驅車這麼做就可能會失控。

然而,在相同動力水平下,前驅後驅的彎速差異並不大,產生這種結果的真實原因,是對車身重量轉移的控制。

第一章節中,提到了重量轉移,及其對輪胎載荷的影響。車輛的重量轉移與側向加速度,輪距,重心高度和車重有關。它的計算公式如下:

重量轉移=(側向加速度×重心高度×車重)/輪距

此外還有一個公式,用於計算車輛側翻之前的理論彎速極限:

2.74×√(轉彎半徑×輪距/重心高度)(單位:英尺)

看一眼公式就能明白,在側向加速度一定的情況下,減少重量轉移的方式只能是加寬輪距,降低重心,或者減輕車重。

下面舉一些實例,來看看輪上發生了什麼。假定:車重1000公斤,重心高度600毫米,輪距1600毫米,前後配重比50/50,車輛過彎的側向加速度是1個G。

如何極速過彎?——側傾剛度和重量轉移

很明顯,車輛在過彎時產生了375公斤的重量轉移,這對輪胎的載荷分佈影響極大。

現在來看看前後配重63/35的典型前驅車佈局會產生多少重量轉移。

如何極速過彎?——側傾剛度和重量轉移

如你所見,在彎道中,這輛前驅車的外側前輪承受了57%的車重。

車輛極速過彎的關鍵,是在輪胎垂直載荷一定的前提下,確保側向抓地力最大化。通過輪胎的側向抓地力與垂直載荷的比值,就很容易看出優劣。下圖是輪胎的垂直載荷與側向抓地力的特性曲線。

如何極速過彎?——側傾剛度和重量轉移

當輪胎載荷為400公斤時,能夠產生465公斤的牽引力,牽引力/垂直載荷=G力,此時輪胎的側向加速度為1.16個G。垂直載荷為600公斤時,能夠產生600公斤的牽引力,這剛好是1個G。垂直載荷300公斤時,產生375公斤的牽引力,也即1.25個G。

從上面的圖標就可以看出,為什麼65/35的前驅車無法與50/50的後驅車比拼彎速。

在50/50的後驅車中,外前輪的垂直載荷為437公斤,產生的牽引力約為495公斤,因此,兩個外側輪的牽引力/垂直載荷=990公斤/874公斤,得出側向加速度約為1.13個G。

在65/35的前驅車中,外前輪的垂直載荷為569公斤,產生的牽引力約為575公斤,而外後輪垂直載荷為306公斤,產生的牽引力約為375公斤。因此,兩個外側輪的牽引力/垂直載荷=950公斤/875公斤,得出側向加速度為1.08個G。

那麼,前驅就一定不如後驅嗎?

如果前驅車想要在彎道中追上後驅車,就需要更低的重心高度和更寬的輪距,以彌補重量分佈的劣勢。也可以更換載荷敏感性更佳的輪胎,讓前後懸更好的協同配合。

但最重要的一點,可能也是底盤調校中唯一重要的一點,就是側傾剛度。當車輛過彎時,側傾剛度最大的一側,承受最多的重量轉移。底盤調校的玄妙之處,其實就在於側傾剛度的改動。通常以強化防傾杆的方式,來達到最佳的輪胎載荷分佈,以榨乾其抓地力。在上文的65/35前驅車中,只需強化其後防傾杆,過彎時,外後輪的重量轉移比例就會增大。相應地,外前輪的載荷就會減小。以其輪胎載荷數據來看,這樣做可以讓前驅車的彎速和後驅車一樣快。

但需謹記,如果前懸或者後懸的側傾剛度過高,過彎時內側輪就可能離地。在有些人眼中,這興許是件好事。實際並非如此。過彎時,前驅車的內後輪離地,後驅車的內前輪離地,這些情況固然並不少見,但此時只有三輪落地,離地的車輪就完全失去了載荷。一旦入彎速度過快,車輛產生過大的側向加速度,本該由離地車輪承受的載荷,將通過半軸傳遞到另一側車輪。這些額外的重量轉移會導致嚴重地側傾,最終車身看起來像是“傾倒”在離地車輪斜對角的車輪上。解決的辦法常常有違直覺——在前驅車中,實際需要強化前懸的側傾剛度,而不是弱化後防傾杆。後驅車前輪離地的情況,則可能需要強化後懸側傾剛度,而不是弱化前懸。

不過,當動力水平超過某個臨界點,前驅車在彎道轉向和前輪載荷分佈上無法做到兩全其美,它的彎道極速很難與後驅車匹敵。

儘管保時捷911是後置後驅,理論上,它只有牽引力的優勢。但保時捷在側傾剛度和重量轉移上潛心專研,最終讓這輛車在賽事中大放異彩,並一路輝煌至今。

當然,這是一個異常複雜的課題,本文講得很簡略,實際還有很多因素你需要考慮,比如:側傾中心定位,動態側傾中心,外傾角等等,這將在下一章節中展開討論。


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