“側偏角,側偏力,側偏系數,轉向方程,最後,不足轉向梯度。”
汽車的轉向特性,也就是我們經常說的轉彎,是可以比肩汽車操控性的一項重要性能。小夥伴們可能會說,不就是打個方向盤的事兒嗎?其實不然。汽車轉向看似簡單,實則不易。無數汽車工程獅嘔心瀝血,才換回今天的碩果,不信,我們來看看與轉向特性有關的專業術語。
側偏角
高速轉向時,輪胎會産生側向力,同時,輪胎滾動時也會産生側偏。輪胎朝前方向和行駛方向之間的夾角,稱為側偏角。為方便理解側偏角,下圖用橡皮輪胎形象地說明了這一概念。
下圖是有側向力(圖中FY,W)時的輪胎模型(俯視圖)。可清楚地看到行駛方向和輪胎滾動方向有一側偏角α。
側偏力
當側偏角為0時,側向力通常稱為側偏力(Cornering Force)。在一定的載荷下,側偏力随側偏角的增大而增大。側偏角較小時(≤ 5°),側偏力與側偏角呈線性關系,即Fy=C*α。比例系數C為側偏剛度(Cornering Stiffness)。
下圖為側偏力特性(圖片來自網絡),曲線的斜率即側偏剛度。
側偏系數
側偏剛度受很多因素影響:輪胎的尺寸、類型(子午線或斜交簾布層結構)、胎層數、簾線角、車輪寬度和輪胎胎面花紋等。對于給定的輪胎,側偏剛度主要受輪胎載荷和充氣壓力的影響。速度對側偏剛度的影響倒不大。
由于側偏力受載荷的影響非常大,所以輪胎的側偏特性也用“側偏系數(Cornering Coefficient)”來描述,其定義是側偏剛度除以載荷。側偏系數CC=C/Fz。當載荷達到100%時,側偏系數一般為0.2左右。
轉向方程具體的推導過程就不細說了,估計我還沒瘋掉你就已經瘋掉了。
簡單提一下推導的理論依據,學過高中物理的應該都知道要保證車輛順利通過彎道,必須滿足:離心力=側向力。跟據這一理論,導出的轉向方程式如下。其實,就是前輪轉向角δ和軸距L、轉彎半徑R、前軸靜載荷Wfs、後軸靜載荷Wrs、前輪胎側偏剛度Caf、後輪胎側偏剛度Car、車速V之間的關系。
該公式對汽車轉向響應特性(Steering Response Characteristics)相當重要。它描述了汽車的轉向角是如何随轉彎半徑或側向加速度V^2/gR變化的。
不足轉向梯度
前面說了這麼多,就是為了這個不足轉向梯度。
轉向方程式可以簡寫成δ=57.3L/R K*ay。這裡面的K就是不足轉向梯度(deg/g),沒辦法,隻能用公式表達,無法用言語描述。另外,ay是側向加速度,為V^2/gR。這裡的K決定了所需要的轉向輸入的大小和方向,它包含兩項,每一項都是相應的軸荷(前或後)與車軸上輪胎側偏剛度的比值。
這個不足轉向梯度可别小看隻是一個系數而已,它可不得了,它的大小直接決定了汽車“轉向風格”,為何,且聽下文分解。
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