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作者:秦齐
上回跟大家掰扯了一下前后轴重量比的事儿。无论是宝马的50:50的布局,还是超跑们那种屁股比头沉的设定,归根到底都是在操控性层面上对车辆结构进行优化设计(《50:50,到底图个啥?》)。那么,是什么让重量分布变得这么重要?
惯性是何方神圣
我们第一次见到惯性(Inertia)这个词的时候,大概是在中学物理课本里,那时候我们认识了理科生的噩梦—牛顿。这位靠苹果出名的大神提出了三大定律,打头阵的就是惯性定律。
牛顿第一定律(惯性定律、惰性定律):任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态,直到外力迫使它改变运动状态为止。简单点说,就是:一个东西动起来了就懒得停下来,停下来了就懒得动。
牛顿又用三大定律中的第二定律告诉我们,物体加速度的大小跟作用力成正比,跟物体的质量成反比,且与物体质量的倒数成正比;加速度的方向跟作用力的方向相同。换成人话:一个东西越沉,它的运动状态就越难被改变。
也就是说,惯性就是一个物体维持其自身运动状态的能力,是物体的固有属性。随着物体质量的增加,惯性产生的效果越发明显,也需要施加更大的力才能改变它的运动状态。
举几个栗子
回到开头的话题。一辆车的前后重量如何分布,决定了惯性将如何影响这辆车的运动状态。理解了惯性是啥,很多现象就能想明白了。
先来说说转向不足和转向过度。这里为了方便大家理解,我们把一辆车的所有重量简化成两部分,分别压在前轴和后轴上,就像一个哑铃。
现在请大家进入YY状态。一辆车匀速直线行驶,即将通过一个弯道,然后前轮转向,开始入弯。这时,如果前轮产生的横向力不够大,没法把车头部分的重量拽向出弯的方向,车辆就会因为惯性而维持入弯前的运动轨迹,然后,顺利冲出路面,转向不足,推头。
再来看转向过度。同样是直线行驶,转向,这次前轮给力了,车头在前轮的带动下开始改变原有运动轨迹,但后轮没撑住,失去抓地力,车尾的重量瞬间像脱缰的野马,摆脱束缚,最后转向过度,甩尾。
如果车尾重量超过车头太多,比如发动机后置的911,甩尾失控时就会发生下面的情况。
重量转移也是大家比较常见的一个词汇,但事实上,这个概念并不是字面上说的重量发生移动,因为车上的大部分重量还待在原来的位置(车内各种液体的移动确实属于重量转移,但大部分情况下,它们的动作影响不会太大)。重量转移其实是重量在惯性作用下产生的一种惰性效果。也就是前面说的,动起来就懒得停,停下来就懒得动。
在车身产生动态变化的时候,无论是加速、减速还是转向,车身的一部分(通常是上半部分)会因为惯性而产生的短暂滞留。相对于已经开始运动的其他部分,这块滞留的部分在反向运动,然后会在其运动方向上产生一定的压力,从而影响其他结构的受力情况。最终,这股无形的力量会通过悬挂系统传递到轮胎上,造成轮胎载荷的变化,从而对抓地力造成相应的影响。所以说,把“重量转移”换成“载荷转移”会更贴切一点。
急加速时,驱动轮带动车辆下部的重量向前快速移动,但车身上部的重量由于惰性,赖着不走,产生一个向后的运动趋势,将车身前部抬起,同时将后部压低。
如果动力过于强大的话,就会这样。
刹车时的情况跟加速正好相反,车身前部下压,后部被抬起,呈现点头的姿态。
嗯,如果刹车太给力.......
过弯时,重量在惯性的作用下向外侧移动,带动车身发生偏移,最终导致车辆侧倾。
补充一下,上面所提到的车身动态,无论是推头、甩尾,还是车身的上下左右晃动(尤其是大幅度的起步翘头),惯性只是诱因之一,还有一个原因是因为力矩的存在,这一点我们以后细讲。
操控与惯性的关系
我们通常所说的操控性,指的是驾驶员对一辆车的控制难度,也就是人车合一的难度。而一辆车的过弯能力,则是衡量操控性好坏的重要标准之一。
各大汽车赛事中,除了拉力赛和漂移赛,大部分赛车都是以紧贴路面的姿态快速通过每个弯角。在这个过程中,车手要使出浑身解数来发挥赛车的最大性能,榨取四条轮胎的每一点抓地力,一旦发生轮胎过度打滑,那么甩尾,推头将接踵而至。
而他们真正的敌人,就是惯性。
因为惯性,工程师不得不在车辆调教上绞尽脑汁,为的是让轮胎紧贴地面;因为惯性,车手的身体不得不频繁承受常人难以想象的G值。
但凡事无绝对,惯性也并非一无是处,不然我们的AE86也不会风光无限。
传统的抓地跑法一直在与与惯性作斗争,但拉力赛和近几年兴起的漂移比赛却对惯性敞开怀抱,甚至到了依赖的程度。为啥呢?我将在以后的漂移专题中解答这个问题!
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