最近翻译进度很慢,不过网上找到了不少,整的来一遍,自己翻译的加上别人的(分开来发),最后来一边原文。 不要插楼。。。。 第一章 轮胎 轮胎是为了得到一辆车好的操纵性最重要的元素。他们是车和地球之间的唯一的联系。这个联系仅仅取决于地面与轮胎的接触面之间的摩擦,让我们来看看摩擦如何工作。 1.1平路轮胎 1.1.1摩擦力 两个表面的摩擦力公式是 摩擦力=摩擦系数*压力 对于一个橡胶轮胎,摩擦系数绝对不是不是一个定值,那跟随温度、压力、更重要的是滑动量的改变而改变。这有以下的图表示 X轴是滑动的量,从0%(没有滑动,就是自己转动)到100%(无论是轮胎是静止的还是车辆是行驶的,或者是静止的,但轮胎移动),Y轴是轮胎的摩擦系数。在图的左半部分,滑动在轮胎内占主导地位,也被称为tire squirm。这发生在轮胎负荷下的形变,接触面相对于轴移动。这也使得slip angle存在。在右边部分,两个表面之间的滑动是占主导地位;轮胎开始滑动斜向一边滑动。值得注意的是,摩擦系数达到最大时,有小滑移,通常是5%和15%之间。 事实上,为什么图形有这样一个奇怪的形状是因为它是一种混合的东西,有两个独立的机制:hesteresis force和adhesion force。 第一部分,adhesion force,是橡胶分子的最外原子在和地面的分子直接接触产生力现象。橡胶是一种聚合物,其分子结构类似于一串原子组成的意大利面条,表面在大部分情况下是结晶的,而内部的原子则紧密结合在一起。所以当两者之间存在速度差,原子串在橡胶内会拉长。一些分子键将打破,新的将形成。重复此过程,本身作为一个表面被拖到其他。显然,断裂和拉伸的分子键,移动原子需要能量,因此这也是一种力量。这是adhesion force。它达到最高在速度差在某个地方0.3和0,06米每秒之间。 第二部分,存在hesteresis force,因为橡胶的变形。由于轮胎的胎体是被扭曲的,在一些区域的橡胶会被压缩,并在其他区域也得到拉伸。拉伸是可能的,原子必须在一起移动,和往常一样,这一个不可逆的过程. 由于摩擦, 摩擦会使轮胎升温。再次,这一切都需要能量,因此存在一个力。那力量是hesteresis force,即附着力很相似,只是它的大小是由在橡胶轮胎内部摩擦决定的。 像在轮胎上的重量的滑移量,两种量的变化成比例。例如,如果有更多的滑移,hesteresis force将主导了附着力。如果橡胶是非常柔软,并且温度高、表面光滑平整,adhesion force会主导力量。 请注意,上述所有对很很硬的地面是有效的,如沥青或硬土。如果表面是软的,它是导致摩擦力存在于形变的曲面:在轮胎的尖端使表面形变,使他在一个槽内。在这种情况下,图中没有一个向下弯曲的部分;摩擦系数总是随轮胎滑移量和轮胎上的重量增加而增加。这是一个完全不同的机制。这也是为什么当公路上的汽车转向,并将重量放在外面的轮胎,其转弯能力降低,而当一个越野车做同样的事情,它的转向力增加。这也是为什么当公路上的汽车转向,并将重量放在外面的轮胎,其转弯能力降低,而当一个越野车做同样的事情,它的转向力增加。所以在平路车有一个高滚动刚度(想想防侧倾杆),和越野车有一个非常低的滚动刚度。 则 从理论层面落实到场上,可以用得上的包括: 1)由于hesteresis force或是adhesion force都是透过耗能生热而产生抓着力,故此,不同的橡胶轮胎是有不同的理想操作温度的,操作温度过高或过低都会影响它的效能。轮胎的使用必须配合路面温度,例如在路面温度接近50度的情况下,使用Sorex 36R轮胎(操作温度范围大概是20-50度)的话,很快就会感到车子的抓着力流失(当轮胎温度上升至40多度后),难于控制,而应该换上40R轮胎(操作温度范围大概是30-60度)了。 2)适量的滑移有助提升抓着力,过度则适得其反。由于车轮的束角及camber加减是会直接做成滑移,故设定时必须加以全盘考虑。例如车轮的束角设定得很大,可能已将轮胎的有效滑移极限用尽(摩擦力系数在直路时已达峰值),一旦在弯中(因其他设定欠佳)出现转向不足或过度转向,将会进一步增加轮胎的滑移,令摩擦力系数(抓着力)从峰位回落,加重推头或甩尾的想象。 1.1.2牵引圈 现在我们知道摩擦力是如何工作的,并且知道在一点点滑动的情况下摩擦力最大,让我们看看它如何影响车的操控。 除非轮胎的线不是对称的,牵引力在各个方向是相同的,而且都有最大值,也是各个方向相等。这就是牵引圆 图中垂直方向代表加减速,水平方向是左右转。圆圈代表最大抓地力,圆的内部是可能的抓地力。 自然的,如果想快,就要用到轮胎的极限。最快的刹车,就是用到图中的C点。最快的刹车,就是用到图中的C点。甚至失控。加速也一样, 如果超过A点,轮胎开始空转,加速就慢了。转弯时也可能超过最大抓地力(B点和D点),车就滑出去了。最难的部分不是轴线,而是之间的点。例如D点,表示右转并加速. 注意D点是在圆上,既不是加速或转向的最大值,而是折中的值。假如你正全力加速(A点)这是稍微向左转。在图上就是在A点的左边,也就是说在圆外面了,轮胎失去抓地,车辆不会左转(前驱)或者打转(后驱)。另外有趣的是想得到最大的转向,不要加速也不要减速. 同理,想得到最大的加速或减速,不要打转向。 请牢记在心,牵引圆表示最大的附着力,并且和轮胎的垂直压力成正比。压力大圆变大,压力小圆也小。没压力,就没有圆了。 1.1.3 Slip angles 你可能想知道到底发生了什么,当你超越牵引圈,你的车将如何反应。 一个Slip angles的角度在轮胎是尖的和真的在向前行进的之间。每个轮胎都有它自己的Slip angles。 不打滑的轮胎有一个零度的 slip angle。但“滑动”可以是内部和外部一样的;接触面不需要相对于路面的滑动,轮胎的胎体的扭曲也也是一种滑动。 下一图表示一个汽车以低速转弯。四个轮胎滑移角都是零。 假设该车具有正确的阿克曼效应和没有后toe-in,汽车将可以不打滑。请注意,想象中的(他们不是非常想象中的的当我画出来的)线穿越四轴相交于一点。车绕这一点转向。有点像车转向中的转向角的顶点。 这是在低速转弯时一个典型的情况,四个轮胎都或多或少的接受到同样的重量。 但……不幸的是,事情并不总是像你想的。一个常见的情况是推头。这发生在当前轮胎没有足够的重量时,他们开始打滑,从而产生了一个slip angle。 前轮slip angle的蓝线和绿色线之间的角度。车不绕你所期望的点转向,或想让它转。(在蓝线相交处点N)。相反,它把绕绿色线的交叉点转向(点U),一个比预期更大的转弯半径。这是推头:转弯半径比你想像的大。 相反的事也会发生:后轮可以没有足够的重量,并开始打滑。这通常会导致一种叫做甩尾,转弯半径小,比你预想的要。 在这里,后方轮胎已开始打滑,在汽车的后部产生slip angles。内侧的前轮胎也开始打滑。这是因为汽车不能绕分开的两个点同时转向。在这种情况下,汽车绕O点转弯(而驾驶员会期望它绕N点转向)。当汽车转弯时,代表slip angles的线相交于一个车绕其旋转的点。如果他们不,上面有最少重量的轮胎(在这种情况下,在前内侧)将产生一个slip angles。注意到车绕这一点(O)旋转的更接近车的中心,更朝前。 这车转向将非常大,比预期的要更早更严重。普通的过度和不足是很常见的情况,但在现实中,各种各样古怪事情都有可能发生。 例如:你可以改变slip angles在整个弯。 虽然前轮转向左,汽车右转弯。(反方向)后轮在一个极端的slip angles角。不用说,这需要一些高超的的驾驶技能。 |
第二章 悬挂系统 2.1 弹簧 最常见的各种弹簧是coil springs(见图),这些通常被放置在避震上,形成一个弹簧阻尼装置。 渐进式弹簧的劲度系数将随着弹簧的深入而增加,弹簧的返回会减少劲度系数。(编者注:这一点不知道是写错了还是什么,根据胡可定理,进度系数应该是不会变的。)大多数弹簧稍有进步,因为他们压缩了,一些圈开始相互接触,特别是在顶部和底部,因此有效圈数减少。(这段不知道讲了什么,感觉莫名其妙的)【但这幅图是对的,在弹性限度内,重力成正比单调递增】 因此数学明智,弹簧并不是很复杂,但他们很处理明智的。问题是,他们工作在两个方面:左右和前后。例如:一辆软弹簧的车将经历许多快速扭动,但它也将在刹车时下降十分严重,并且在加速时会很容易后方贴近地面。这是因为弹簧吸收所产生的扭力(滚动中心和防车高过低),和软弹簧需要被压缩一个较大的距离去吸收某种力量。(如果这不能理解,我建议你看图表更容易)【从这里看没什么问题,忽略第一段吧】注意:结果有同样的影响,在前轮胎更多的负荷。 你可能会想:“为什么小题大做了,效果是一样的。这是一个大问题,因为你已经读过所有的章节时,你将能够调整汽车的横向平衡独立于其纵向平衡,但现在,只要记住,弹簧刚度影响的任何东西:震动处理,侧倾刚度,扭动刚度。 一般来说,你可以说,硬的弹簧的车,那抓地力较少,相反,较软的弹簧产生更多的抓地力。这是因为弹簧抑制重量转移,前到后,从左到右:对于同一转弯,加速或刹车硬的弹簧压缩减少,导致更少的底盘运动也到底很重量转移,软弹簧压缩很多,导致很多的重量转移。 但是,你不能总是使用你想用的弹簧:小,高频颠簸,坚硬的弹簧会使汽车的反弹,造成失控。所以你需要较软的弹簧,因为他们让轮胎保持与地面接触。在平滑的轨道,僵硬的弹簧是也将有助于汽车的跳跃能力和反应能力。 2.1 阻尼 阻尼需要吸收悬挂运动产生的能量。颠簸可以造成悬架运动,或横向或纵向加速。在能量方面,阻尼吸收了大部分的车收到的能量时,不同于弹簧,储存能量并释放。想像一辆汽车有没有阻尼时行驶在崎岖不平的道路。从在轮胎上的颠簸附带的冲击会使悬挂系统十分剧烈的反弹,这不是什么好事情。阻尼器吸收所有多余的能量,让尽可能让轮胎更多的保持与地面接触。这也表明,阻尼和弹簧之间应有一个相匹配的比例:从未使用一个非常柔和阻尼与弹簧或一个坚硬阻尼和很软很硬的弹簧。小的变化,但是可以得到和有趣的结果。阻尼是一个有点沉重的一面会使汽车更稳定;它会减慢车辆的或滚转运动,使其不震动。请注意,阻尼只改变在滚动和俯仰运动的速度,它不改变它们的行程。所以如果你想让你的车滚动更少,调整防侧倾杆,或弹簧,但不是阻尼器。 你可以用阻尼大小的调整改变悬挂反弹的速度:如果一辆软弹簧很硬阻尼器悬挂反弹,它会反弹很慢,一辆硬的弹簧和小的阻尼反弹将很快。同样的情况也发生在出弯,在弯中,重量转移,和底盘弯曲和/或下降,但当转向结束之时,转向力消失,底盘回到它原来的位置。这个速度是由阻尼率控制。所以用软的弹簧和大阻尼的车在出弯时会想继续转弯。它也会倾向继续跑直,当转向刚刚开始时;它会感觉普遍反应迟钝,但非常顺利。以坚硬的弹簧和第阻尼的汽车将非常敏感的:它会非常迅速和积极的响应驾驶员的命令。 因为颠簸,你不可能总是可以使用你喜欢的弹簧率和阻尼。小,高频碰撞需要设置软阻尼和弹簧。你不能使用太软的设置,恶劣的颠簸,因为汽车就会下降很多,所以你需要设置你的车稍微硬的。非常平滑的轨道,你可以使用非常硬的弹簧和阻尼设定。 但事情并不那么简单:即使在用遥控车简单的阻尼器,也是区别于高速和低速阻尼。也许我应该指出,速度是指外壳相对于轴的速度,而不是汽车的速度。大多数正常赛车中,不同的是活塞弹簧的一个阵列真空管。在不成熟的阻尼器单元,用于模型 ,所不同的是所用的流体的固有特性的区别。 如果有任何一个赛车爱好者需要了解流体动力学,流体流动存在两种基本方式;层流和湍流。如果有任何一个赛车爱好者需要了解流体动力学,流体流动存在两种基本方式;层流和湍流。【下文就介绍层流和湍流了,是在没兴趣翻译,所以是百度百科里搜来的,数据都差不多】湍流是流体的一种流动状态。当流速很小时,流体分层流动,互不混合,称为层流,也称为稳流或片流;逐渐增加流速,流体的流线开始出现波浪状的摆动,摆动的频率及振幅随流速的增加而增加,此种流况称为过渡流;当流速增加到很大时,流线不再清楚可辨,流场中有许多小漩涡,层流被破坏,相邻流层间不但有滑动,还有混合。这时的流体作不规则运动,有垂直于流管轴线方向的分速度产生,这种运动称为湍流,又称为乱流、扰流或紊流。 △ E= kv2 式中k是比例系数,它与管道的形状、大小以及管道的材料有关。式中的v是平均流速。在自然间中,我们常遇到流体作湍流,如江河急流、空气流动、烟囱排烟等都是湍流。这种变化可以用雷诺数来量化。雷诺数较小时,黏滞力对流场的影响大于惯性力,流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减,流体流动稳定,为层流;反之,若雷诺数较大时,惯性力对流场的影响大于黏滞力,流体流动较不稳定,流速的微小变化容易发展、增强,形成紊乱、不规则的湍流流场。 流态转变时的雷诺数值称为临界雷诺数。一般管道雷诺数Re4000为湍流状态,Re=2320~4000为过渡状态。 雷诺数(Reynolds number)一种可用来表征流体流动情况的无量纲数,以Re表示,Re=ρvd/μ,其中v、ρ、μ分别为流体的流速、密度与黏性系数,d为一特征长度。例如流体流过圆形管道,则d为管道直径。利用雷诺数可区分流体的流动是层流或湍流,也可用来确定物体在流体中流动所受到的阻力。例如,对于小球在流体中的流动,当Re比“1”小得多时,其阻力f=6πrμv(称为斯托克斯公式),当Re比“1”大得多时,f′=0.2πr2v2而与μ无关。【粉色为百度来的】 【而原文中给出了另一种公式,以上供参考】Re = D * V /v。D是直径,v是流体的速度,和v是其粘度。 现在考虑一个典型的模型阻尼单元:你有一定粘度的油以一定的速度经过一个一定直径的孔。在活塞的外一些油流,这是几乎总是层流,由于活塞和外壳之间的距离是如此狭窄,所以它创成了很多阻力。对于油通过活塞上的孔流动,而然,这很难预测。当柄运动速度非常低时,这将是层流,它变快时,它将变高直到湍流。究竟什么时候转换将很难预测,但容易感觉:由于冲击波阻力的柄的速度成比例时,仍然是层流,正比运动速度的平方的下一个时刻,当流动变得动荡,这感觉就像发生在抗拒的差别,通常是相当可观的一种液压锁。过渡有时也被称为“包”;好像震动停止了。 这种影响既可以是有益的和有害的:它可以防止你的车从一个跳跃到地面降落时猛烈撞击地面,但它也可以让你的车非常剧烈的反弹或高速颠簸。获得调整这一影响的权利是非常重要的。 实现这一目标是选择正确的活塞和避震油方式:两者的结合的小孔和低粘度油和一个大孔和高粘度油活塞组合活塞会产生相同的静态阻尼;它会有同样的感觉时,当你用手碰你的车。它也将使汽车在低速过渡时反应相同,如平滑的转弯和低频颠簸。但真正的区别是在高速阻尼:第一组合将停止运动非常迅速,因为低粘度的流体,流体速度的增加。(相同数量的油通过更小的孔在相同的时间,其速度必须更高)第二组合会有比较高的抗湍流的可能,由于很厚的流体流动,在一个较低的速度。因此,湍流会发生在更高的柄的速度,或它可能不会出现在所有。【看起来好像忽略了粘度系数的问题,我也不清楚,暂且认为在一定条件下,速度的影响比粘度系数更大】 所以选择正确的活塞和油在很大程度上取决于道路情况。杀手跳或底盘破坏性颠簸需要有小孔活塞防止底盘拍打地面,通常会使汽车非常不稳定。另一方面,如果道路有许多突起或非常泥泞,任何的包会使汽车的反弹,因此非常不稳定。在这种情况下,你应该试着用大孔的活塞。 请注意,判断是否在活塞孔过小或过大的不那么简单,你想它是;因为减震器不直接与地面接触,对于整个悬架系统有一定的弹性。悬架臂不是无穷刚性但也不要期望边缘有点弯曲,因此他们也有点反弹。然后有一些弹性的轮胎,虽然这是一个远不如“弹性”的弹性。这些效果是最明显的当你的车地下一大跳,但是它反弹了一点,没有底盘有着地。这意味着活塞太小,使冲击锁得太快,所以影响已被在A臂和轮辋的弹性消耗。 2.3 滚动中心 预测当力施加在轮胎上时汽车怎样会反应是不容易的。力可以被吸收,分裂,转换成一个扭矩作用在各种各样的悬挂部件。为了避免这一切,你可以试着找你汽车的滚中心,试图预测汽车从哪里反应。滚动中心是空间中的想象中的点,在弯道中,车绕这一点滚动。(下面一句实在是看不懂,就不译了,反正大家都知道,也就是滚动中心的概念) 让我们先看看它背后的理论。甘乃迪定理告诉我们,如果三个对象是链接在一起,最多有三端点(即瞬时中心)在运动,他们总是共线,即他们总是在一条线。为了明白一个端点是什么,考虑地球的极点的比喻:就像地球转动,波兰人呆在原地。换句话说,地球绕两个端点连接的虚轴转动。这是一个三维的比喻,在滚动中心的问题上,刚开始我们只需要两个维度。所以一个对象的端点(或一组对象)就像是它描述的圆的圆心点。 如果我们看一个典型的R C的车悬架系统,下臂和连杆上,我们看到它的一部分将所有对象连接在一起的。这些对象包括底盘,上面的连杆,其下臂,和轮毂。现在我们所考虑的轮毂,轴和轮只作为一个单元。首先,让我们看看底盘,上面的连杆和轮毂。他们相互连接在一起,于是甘乃迪定理可以被应用。连杆和轮椅的端点是连接他们的那个球头,因为他们都围绕它运动。连杆和底盘(底盘把波箱也算上了)的端点也是连接他们的那个球头。所以如果我们看看现在的底盘,上面的连杆与轮毂,我们已经发现了三个端点之中的两个,所以有剩下的一个点,应该是这两个点的连线上。下图已经用红色线画出。 这同样适用于悬挂系统的下半部分,在下臂与轮毂端点就是外面的pin(C 座下面那个),该下臂与底盘的端点是靠内的pin,所以如果有第三的端点应在两点连线。下图也用红色画出了。如果你的车用球头帽连接而不是pin,则轴通过两个球头帽的中心组成一个虚拟的铰链销。 如果两个红色的线相交,该轮毂/摆臂与底盘的端点的交点I。我有时被称为“虚拟支点”,或“瞬时中心“(其实这三个点应该都是瞬时中心,不过这个用处最大)。这个端点可以给我们一些信息,关于悬挂如何移动。 以上现在的。 |
下文是可耻的转载 第一章 轮胎 轮胎是使得车具有良好的操控性的最重要因素,因此放在第一章来讲述。 无论何时何地,轮胎的设置占调车比重的90%。在调节任何其它设置之前,轮胎应该是你的第一个着眼点,也是第一件必须做对的事情。用错了轮胎,车调得再好也无法弥补;选错了轮胎,基本上算是玩完了。 轮胎同时也是车与地表之间的唯一联系,这个联系的紧密程度唯一地决定于胎面与地表的摩擦力。所以,让我们先看看摩擦力是如何工作的吧。 (以下内容只针对平路胎,越野胎另有章节) 1.1 摩擦力 (Friction) 两个表面之间的摩擦力公式是:摩擦力 = µ x 重量。µ是两个表面间的摩擦系数。 对橡胶轮胎来说,这个摩擦系数并不是恒定的;相反,它随着温度,压力,以及最重要的是,轮胎打滑量的变化而变化。这一点由下图可以看出。 以上座标系中,横座标代表轮胎打滑量,取值范围从0%(没有打滑,轮胎正常转动)到100%(轮胎不转车在动,或者轮胎转动车不动);纵座标则代表摩擦系数的值。从上图的左侧可以看到,轮胎的内打滑对摩擦系数的影响起决定性作用,这种现象称为扭曲(squirm)。这种情况通常发生在轮胎受压变形,胎表对车轴做相对运动时;与此同时还产生一个滑动角。在图的右侧可以看到,胎面和地表间的打滑起决定性作用。在这里轮胎开始向侧向稍稍滑动。(图的左侧)值得注意的是,在打滑量还较小(5% ~ 15%)的时候,摩擦系数已经达到最大值,这是橡胶和地表以一种特殊的方式相互作用的结果。 实际上,上图曲线的奇异性是多种因素混合的结果。其中至少有两种机制参与:滞后效应和附着效应(hysteresis and adhesion)。 一. 附着,是橡胶表面分子和地表分子发生直接接触时产生的一种现象。橡胶是一种聚合物,它的分子结构跟(搅成一团的)意大利面非常相仿(在这里每根面条就是一根原子串成的线)。橡胶的表面在多数情况下是结晶性的,即是说原子们是紧密相依的。当两个表面之间存在一个速度差的时候,橡胶的原子线将会被拉伸。一些分子的凝聚力将被打破,新的分子又会结合生成。当橡胶的表面在另一个表面(如地表)上拖行时,这个过程往复循环。很显然,打破以及拉伸分子链以及移动原子是需要能量的,因此也需要力的作用,即附着力。一般来说,附着力在速度差介于0.03米/秒到0.06米/秒之间达到峰值。 二. 滞后,这个效应因橡胶变形而产生。当胎体发生形变时,某些区域的橡胶被压缩,而某些区域则被拉伸。为了让拉伸成为可能,原子们必须并肩运动;由于摩擦力的作用,这种形变是不可逆的。摩擦使轮胎发热,这需要能量,自然也就需要力的作用。这个力就叫滞后力,它与附着力是非常相像的。唯一不同的是附着力的大小取决于橡胶的内部摩擦。 随着施加在轮胎上的重量以及轮胎打滑量的不同,以上两个效应的比重会发生变化。比方说:如果打滑量较多的话,滞后力将起主导作用;如果橡胶非常软,在温度高,而且表面光滑的情况下,附着力将成为主导力量。 当然了,以上说法在非常硬的赛道上(例如沥青路和非常硬的泥路)适用。而在地表较软时,地表的变形是摩擦力产生的主导因素:轮胎上轮钉会陷进地表,造出地沟。在这种情况下,以上图中的曲线就不会呈现向下的走势。相反,µ(摩擦系数)会随着轮胎所承受的重量以及打滑量的的增加而不断增大,这是一种截然不同的机制。这也是为什么当平路车因转向而把重量转移到外侧的轮胎时,它的转向能力会下降;但当一辆越野车做同样的转向时,它的转弯能力却得到增强。因此让平路车有较大的滚动硬度(想想防倾杆)是非常有意义的,越野车则反之。 1.2 抓地圆 (The traction circle) 现在我们已经知道摩擦力的工作原理,也明白了通常在打滑量较小的情况下摩擦力就能达到峰值。让我们看看它是如何影响车的操控性吧。 除非轮胎的纹路是非对称的,摩擦力应该各向同性。同时摩擦力存在一个极值,这个极值在各个方向上也应该是相同的。这一点可以用抓地圆图(Traction Circle)来表示。 上图的垂直方向代表加速(上)以及减速(下);水平方向则代表左转(左)和右转(右)。最大抓地由圆周界定,而圆的面积就代表了轮胎在地表上获得的最大抓地。 很显然,在赛道上跑得最快的方法就是彻底发挥轮胎的潜能。这么说来,刹车时应该越迅速越好,也就是说让轮胎处在上图的c(正下方,即最大减速度)这个位置。但是,如果刹车(减速)过猛,从而向下溢出c点,车将会打滑,刹车距离也会相应增加,车甚至还会失控。加速的道理也一样,如果加速过急从而向上溢出a点,车轮会空转,因此车的加速反而变慢。同样,转向时也有可能会溢出最大抓地点b和d,车就会打转。 但是最难判定的部份并非处于图中的水平线或垂直线上,而是处于它们之间的区域。比方说图中的d点(绿点)吧,它表示车在加速右转(右转的同时提高车速)。请注意d点此时正好处在圆周上,但车子并没有以最大的加速度前进(在垂直方向上比a点低),也没有用最大的角度右转(比最大右转量b要小);它的加速度和转向度的值都处在一个比较中间的位置。现在看另一个例子,假设车以最大的加速度(点a)向前行驶时,此时稍稍向左打方向盘。在图表上,当前位置应该在a的左边一点点,也就是说处于圆的外面,这时候(因为超过最大的抓地)胎轮会空转。如果车是前轮驱动那么车就不会乖乖地转弯,如果车是后轮驱动车就会打转。上图还隐含了一个有趣的现象,即为了获得最大的转向能力,不应该对轮子施加动力(图中d点和b点的加速度值为0。译者注:我觉得应该说车子不应该有加速度,即保持匀速)。反之,为了获得最大的加速度或刹车,不应该对车施加转向(图中a点和c点的转向值为0,译者注:车注定躲不开要撞墙的时候千万不要打方向盘去避免,不然刹车的距离反而更长,也就是说反而会撞得更惨。当然,装备有头单等的情况除外:刹车打方向反而能让车迅速掉过头来)。 请记住,抓地圆的半径决定了最大附着力,并且是与轮胎在垂直方向上的受压是(近似)成正比的。简而言之,当轮胎受压增大时,圆会增大;轮胎受压减少,圆也相应变小。在轮胎上没有压力时,抓地圆也就不存在;这是显而易见的,悬在半空中的轮子是无法抵抗横向的外力的(因为没有摩擦力)。 1.3 滑动角 (Slip Angles) 你一定想过处在抓地圆外有会发生什么事情,车又会有什么反应。滑动角能给你一个明了的答案。 滑动角是指轮胎所指的方向与其实际运行的方向之间的夹角。(四个轮胎中)每个轮胎都有自己的滑动角。 一个不打滑的轮胎的滑动角是0度。但打滑可以源于内部也可以来自外部,当胎面和地面没有相对滑动时,胎体本身的扭曲同样可以造成打滑。 下图描述了车在低速下转弯的情形,这时候所有的滑动角都是0度。 假定车完全遵循(Ackermann)奥克曼效应,而且车的后束角是0度,那么车将会在轮胎不打滑的情况下正常过弯。请注意以上四根从车轴延伸出来的线交汇在同一点,车就是围绕这一点转向。以上是一个低速过弯时的典型案例,在这个情况下每个轮子的受压是接近均衡的。 然而,人生不如意事十之八九,推头(转向不足)时而发生。 当前轮受压不足时,推头就会产生。这时候前轮会打滑(极端的情况是完全没有抓地,轮子空转),并由此产生滑动角。 这个前轮滑动角就是上图中蓝线和绿线形成的夹角。这时候车不会按你预期的弯心做转向(即蓝线的交汇点N),而是围绕绿线的交点U过弯。在这种情况下实际转弯半径比预期的要大,这正是转向不足(推头)的定义。 与转向不足相反的情况也时常发生。当后轮受压不足时后轮会打滑,这时候车会转向过度(过甩)。也就是说实际转弯半径比预期的要小。 从上图看到,后轮打滑产生后轮滑动角(蓝线与绿线的夹角)。这时候前方内侧轮也开始打滑,这是因为车不可能同时绕两个弯心做转向。在这种情况下,虽然车手预期车绕N点转向,实际上车却是绕点O(绿点)过弯。 当车过弯时,代表滑动角的线的交汇点即是车绕行的中心。当轮胎不能服从这个中心点的时候,受压最小的轮胎(上图中前内侧轮胎)就会产生一个滑动角。 请注意现在车的转向中心O(较之于N)更贴近车的中心,也更接近车头的位置。这时候车将提前转向并且也转得更急促。 转向不足和转向过度是很常见的。但在现实中,千奇百怪的现象也时而发生。比方说下面这个图吧, 从上图中看到,明明前轮朝左,但车子却向右绕D点过弯(反胎是也)。这时候后轮打滑得非常厉害,滑动角也巨大。显然,这样过弯是对车技是有特殊要求的(相信玩反胎的漂友们多半都已经掌握纯熟了)。 |
2.1 弹簧 (Springs) 最常见的弹簧首推线圈弹簧(如下图所示)。弹簧通常与阻尼器搭配形成一个弹簧-阻尼避震单元。弹簧作为一种弹性装置,抵制在其伸缩方向上的运动。这个抵制力的大小与弹簧一端的位移成正比,用数学公式表示为:弹力= 位移 x 弹性系数。具有较高弹性系数的弹簧一般来说较硬,反之则较软。 渐进性(progressive)弹簧的弹性系数随着弹簧行程的增加而加大。而逆反性(regressive)弹簧的弹性系数随着弹簧行程的增大而减小。绝大多数的线圈弹簧都多多少少带有一点渐进性。原因在于,当弹簧受压时,一部份线圈,尤其是处在弹簧两端的线圈,将会互相接触,因而活动线圈线为之减少。 在纯数学的角度上,弹簧并不复杂,但在操控上就是另外一回事了。问题在于弹簧工作在两个维度:左右和前后。比方说:装备软弹簧的车,在快速过弯时会发生巨大的车身滚动;在急刹车时会急剧下潜;而在急加速时会强烈下蹲。这一切都是因为弹簧必须吸收车行进中产生的扭力的缘故(参照下面的“滚动中心”和“防蹲”两节)。为了吸收特定的外力,软弹簧需要压缩较长的距离(这一点,从上面的图表中可以看得出来:横座标表示压缩量,纵座标则代表弹力)。 当你读完所有的章节,你将拥有独立于车的纵向平衡来调整横向平衡的能力。眼下你只要记住弹簧的硬度影响所有的设置就行了,包括颠簸路的操控性,滚动硬度,倾斜硬度(pitch stiffness,译者注:应该是指车头抬起或下沉)等等。 一般来说,车装备较硬弹簧的一端抓地较低;反之,装备较软弹簧的一端抓地较高。这是因为弹簧抵制重量转移的缘故,包括横向和纵向的重量转移。车过相同的弯时,加速或刹车对较硬弹簧的压缩量相对较小,由此导致较少的车架滚动,也就是较少的重量转移;相对应的是,软弹簧会被大幅度压缩,从而导致更多的重量转移。 然而,单单一组弹簧不能适应所有的路况。路面上有小而多的突起时,硬弹簧会让车开起来蹦蹦跳跳的,这样一来会失去一些抓地。在这种路况下,你需要较软的弹簧,软弹簧可以保持轮胎和路面的接触。在平滑的路面上,就需要硬弹簧了,硬弹簧会提升车的弹跳能力和响应速度。 2.2 阻尼器 (Damping) 阻尼器用于吸收与悬挂系统运动相关的能量。悬挂系统的运动源自于颠簸的路面,车的横向或纵向的加速度等。没有阻尼器,悬挂系统的运动量将不停增长,最终产生一些滑稽的结果。就能量而言,阻尼器吸收绝大多数车在运动过程中接收的能量;与弹簧不同的是,弹簧先存储能量,随之释放能量。可以想象一辆没有阻尼器的车在颠簸路上的行为,地面突起对车胎的冲击会让悬挂系统抖得象风中的树叶,这当然不是一件好事情。阻尼器能吸收多余的能量,使得车胎尽可能保持与地面接触。这也意味着阻尼器应该与弹簧相匹配,不要用非常硬的弹簧搭配非常软的阻尼器,也不要用非常软的弹簧搭配非常硬的阻尼器。当然了,两者的轻微失配却可以制造一些有趣的效果。较硬的阻尼器让车相当稳定,它会放慢车的倾斜(pitch)和滚动,让操控感平顺些。请注意,阻尼器只能影响倾斜和滚动的速度,而不能改变它们的程度。如果想减少车的滚动(改变程度),应该调节的是防倾杆或者弹簧等,而不是阻尼器。 阻尼率的调节可以通过调节悬挂的反弹速度来进行:一辆装备了软弹簧硬阻尼器的车,在受到向下的压力的时候它的反弹速度是非常缓慢的;反之,使用硬弹簧配软阻尼器,车的反弹将非常迅速。同样的情况也发生在出弯的时候:车在转弯时,重量发生转移,车架因而滚动/下潜;而当回直方向盘,转向力消失了,车架将恢复到原来的位置。以上涉及的滚动和恢复的速度受制于阻尼器的强度。这么看来,装备了软弹簧硬阻尼器的车,当出弯回方向时,车还想继续转弯;而当走直线时打方向,车还保持继续走直线的倾向。总体来说,车的响应速度会很慢,但车的操控则非常平顺。反之,使用硬弹簧配软阻尼器的车有较高的响应速度,车子会对车手发出的命令非常积极迅速地作出回应。 由于地面的不平,只使用一套弹簧-阻尼器组合是不现实的。地突小而多的的路面要求较软的弹簧和阻尼器;但你不能把这套组合用在有粗大突起的路面上,否则你的车底盘将时常和地面发生亲密接触,换句话说你应该换上较硬的弹簧和阻尼器。在非常平顺的路面上,就可以使用非常硬的弹簧和阻尼器了。 当然事情没有这么简单。即使是RC车上所使用的简易阻尼器,也有高速和低速之分。在这里提到的速度并非车的运行速度,而是指活塞杆相对于阻尼器主体的运动速度。在大多数的真车上,这个高低速的区别由活塞上的弹簧阀门组控制;而在RC车中阻尼单元就简单得多,高低速的差别主要来自于避震油的属性。 如果说流体力学里有什么知识车手是应该掌握的话,那应该是流体的两种流动方式:平流和动荡流(laminar and turbulent)。平流是指流体的微粒平行移动,永不相交,这种流动方式在流速较低的情况下发生,这种流质通常有较高的黏性,其表面是平顺圆滑的。动荡流是指液体的微粒移动比较混乱并造成漩涡。动荡流更易于发生在流速高,流质稀薄,表面粗糙的情况下。动荡流要求更多的能量(或者说浪费更多的能量,看你怎么看了),因为微粒间的摩擦力相对更大。平流的压力(对阻尼器来说,抵制力)和流速成正比;动荡流的压力则与速度的平方成正比。事实上,这两种流态之间并无明显的界线,而是存在一个较大的灰色区域。预测是否动荡流可以通过检验Reynolds值,其定义是:Re = D x V /n 。D是流体的直径,V指流体的速度,而n代表了流体的黏度。如果运算结果Re小于2000,流体可以当平流对待;2000到4000之间,平流和动荡流之间;大于4000则多数属于动荡流。 让我们来看一个典型的RC车阻尼器(见上图),具备某种黏度的避震油以某种的速度通过某种口径的活塞孔。一些油在活塞外流动,制造出的几乎都是平流,活塞和阻尼器主体的间隙比较狭小,因此产生很大阻力。流过活塞孔的油,却非常难预测。当活塞杆的速度很低时会产生平流,反之将产生动荡流。这两种流什么时候发生转换难以预料,但却很容易感觉得到。原因是,在平流下,避震的抵抗力和活塞杆的速度是成正比的;在动荡流下,则与速度的平方成正比。当平流转换成动荡流时,感觉象是什么东西被上了锁似的,这时候抵抗力的变化非常明显。这种转换过程有时被称为死锁(pack),感觉仿佛避震锁死了(packsup)似的。 这种效应时而非常有用的,时而不受欢迎。它能防止车从一个弹跳的动作降落时不会重重摔在地上,但它也令车在高速过颠簸路时弹跳不已。因此把这项设置调校合适了是极其重要的。 正确的作法是选择合适的活塞和避震油。小活塞孔配低黏度的避震油,以及大活塞孔配高黏度的避震油,这两种配置的静态性质是一样的。当你用手下压车时感觉上一样;车在低速下的姿态转换如过平滑弯或过地突较少的路面等,车的操控性是一致的。这两种配置的最大的区别体现在高速下的表现:第一种配置死锁会很快发生,这是低黏度油在高流速下的结果(等量的油在同样的时间通过较小的孔,速度必然提升) 。第二种配置对动荡流有较高的抵制作用,因高黏度的油流速相对较低;因此,动荡流只能在活塞杆速非常高时才能发生,要不就根本不会发生。 活塞和避震油的选择在很大程度上取决于赛道的布局。大幅度以及危及车架的弹跳要求较小的活塞孔径,这样可以防止车狠狠地摔在地上,但这通常也会让车变得非常不稳定。在另一方面,如果赛道很颠簸,避震锁死会让车弹跳不已,因此极不稳定。在这种环境下,应该使用较大的活塞孔。 判断活塞孔径是过大或过小并非想象的那么简单,因为避震并不与地面直接接触,而且悬挂系统本身也具备一定的弹性。悬挂臂并非无比坚硬,轮毂也是如此,因而都会带有一定的弹性,也就是说悬挂系统作为一个整体其本身也能造成一定程度的反弹。再者,轮胎也有较大弹性,虽然这种弹性的形式相对来说很小。当车弹跳后从天而降时这种弹性效应尤其明显。如果车落地后只稍稍反弹从而使车的底盘不会接触地面,这意味着活塞孔太小,从而令避震太快锁死,这时候余下的冲击力不得不由悬挂臂和轮毂来分担。 2.3 滚动中心 (Roll center) 预测轮胎在外力作用下的反应并非易事。悬挂系统各个部件可以吸收,分散,或者把外力转换成扭力。为了避开这些不可知因素,可以尝试找到车的滚动中心并从那里着手预测车的反应。滚动中心是空间中一个想像的点,可以把它想像成一个中心枢纽,当车过弯时车身将绕着这个枢纽滚动。看起来仿佛悬挂系统强迫车架绕着这个空间中的一点转动。 让我们先看看滚动中心的工作原理。肯尼迪定理(theorem of Kennedy)告诉我们三个通过枢纽相联的物体,最多存在三个运动极(点),而且这三个极是在同一条直线上的。什么叫极呢?想像一下地球的两极,当地球转动时,两极不动。换句话说,地球绕着两极之间的一条虚拟轴在转动。这是一个三维空间的类比,就滚动中心而言,刚开始你只需要两维就够了(以下的图都是两维平面图)。所以一个或一组物体的极可以想像成它们的外接圆的圆心。 (译者注:以下推导滚动中心的过程表面上看稍显复杂,但其实是很简单的。如果理解上有困难,可以回过头看看这里。推导过程是这样的:先应用肯尼迪定理通过蓝线上的两个已知极点找到红线及红线的交点,即第三个极点;再次应用肯尼迪定理通过已经找到的红色极点和轮胎下的另一个极点,找到第三个极点即滚动中心。) 典型的RC车的悬挂系统包含有下A臂和上连杆,我们可以看到许多部件通过枢纽联系在一起,这些部件包括车架,上连杆,A臂,和轮座等等。在这里,我们把轮座,车轴和轮子当成一个整体来看待。让我们看看车架,上连杆和轮座:这三者通过枢纽联系在一起,因此肯尼迪定理在这里适用。上连杆和轮座的极就是把它们联系在一起的球头;上连杆和车架的极也是联系它们的球头。在车架,上连杆和轮座这三者所形成的三个极里,目前为止我们已经找到两个。那么第三个极必须处在这两极所成的直线上,这条线在下图用红线(靠上面那条)表示。 对悬挂系统的下部应用同样的推导过程,下摇臂与轮座的极是下摇臂的外侧转轴,下摇臂与车架的极则是下摇臂的内侧转轴,第三个极必然落在这两极所形成的直线上。这条线在下图依然用红线表示(靠下面那条)。如果你的车使用的是球头而不是转轴,那么两个球头间所成的直线可以当转轴看待。 如果以上两条红线相交于点I的话,I就轮子/轮座与车架的极。点I有时候称为“虚拟枢轴”,或者“实时中心”。这个极能给出悬挂系统运动的信息。 点I到轮胎中心的距离有时被称为摆轴长度(swing axle length),形象的说,轮子/轮座仿佛连在一条看不见的轴上绕I点转动。虽然有较长的摆轴长度就等同于使用双叉臂类型的悬挂,但是现实中这样构造是非常不实际的。不过它提供了非常好的信息。摆轴长度与其角度,决定了内倾角在悬挂受压时的变化量。较长的摆轴使得内倾角变化较小,反之则较大。 如果上连杆和A臂是绝对平行的(延长线不会相交),那么图上的两条红线就不会相交,换句话说,I点,如果存在的话,离车架的距离将是无穷远。这并不会有什么问题: 在下图中,绿线和红线平行即可。 |
两条红线的交点总是在车架中心的边上,如果他们相交在外面,内倾角的变化会很怪异:内倾角会从负角变成正角,再回到负角;对抓地的一致性来说,这显然不是一件好事情。 轮子和地面当然也可以作相对运动。假定车轮可以围绕其接地点转动(这个接地点可以看为胎体的中点),这个点即是轮胎和地面的极。从图中可以看出,当车架滚动的时候可能发生这样一个问题:轮胎也有可能发生滚动,因而轮胎的接地点也有可能发生转移,尤其对胎体是方形那种不易发生形变的轮胎而言。 现在,我们可以再次应用肯尼迪定理:地面,轮子和车架这三者通过枢纽相联,我们已经找到轮子和地面的极,以及轮子与车架的极。如果存在一个车架与地面的极,那么它一定座落在以上两极所形成的直线上。这条直线在下图中以绿线表示。 相同的步骤应用到悬挂系统的另一侧,如下图所示。同理,车架和地面的极点应该在绿线这上。两条绿线的交点就是车架和地面的极点(图中的紫色小圈)。 紫色小圈,即车架和地面的极,就是车架的滚动中心。滚动中心为我们提供车架如何相对于地面运动的信息。虽然在理论上,车架可以保持静止,而地面绕着滚动中心转动。但事实正好相反,车架绕着滚动中心转动,而地面保持静止。滚动中心也是空间中唯一的一点,在这一点上对车施加外力而车架不会发生滚动。 滚动中心会随着悬挂系统的伸缩而移动,这就是为什么滚动中心实际上应该称为实时滚动中心。滚动中心之所以移动,是因为悬挂系统各部件之间的相对运动路径并不是一个完美的圆周,而更多是杂乱无章的。幸运的是每条路径都可以看为由很多很小的圆弧组成,所以车架是不是按一个完美的圆周来滚动倒不重要,只要把这个过程想像成为圆心会移动的一种的滚动就行了。 如果想测量车的滚动中心,可以用眼睛来勾画出以上提到的虚拟线段和交点。当然也可以找一张大纸把车的悬挂系统按比例画下来。 现在你知道你的车的滚动中心(简称RC)在哪了。让我们看看它是怎么影响车的操控性的吧。想象一辆车以恒定的速度和恒定的半径绕圈,这时候有一个惯性力会把车往圆心外甩。但是因为此时车子是动态平衡的,所以这里必须有一个相等的反方向的力把车往圆心拖,这个力即是轮胎的附着力。(从车的上方观察,这两个力如下图所示) 理论上,这个惯性力作用在车的质量上的每一点。通过引入重心的概念(简称CG),可以把所有的作用力集成为一个作用在重心上的合力,就如同全车的质量集中在空间的这一点上(重心CG)。同理,轮胎产生的力也可以当成一个作用在车的滚动中心上的合力。从车的后方观察,这两个力看起来是这样的: 两个相等但反向的力,作用在空间的两个不同点并由此产生一个扭力,这个扭力的大小就是这两个力的大小乘上这两个力之间的距离。可见这个距离越大,产生的扭力就越大。这个距离称为滚动力距(the roll moment)。因为这两个反向的力总是作用在水平方向上,因此滚动力距总是重心和滚动中心之间的垂直距离。(如下图红线所示) 这两个力所产生的扭力将会让车架绕滚动中心滚动。这种滚动将会持续下去,直到避震弹簧产生一个大小相当的反向扭力。在这里,阻尼器决定了滚动速度的大小。请注意,在这个例子中,车以恒定的速度和恒定的半径绕圈,因而这个滚动扭力是一个恒定值。但弹簧所产生的扭力却随着悬挂系统的压缩而变大(原理请参照“弹簧”一节)。这两个扭力的差别,或者说它们所产生的结果,就是让车架倾斜的原因。随着弹簧所产生的扭力增大,两个扭力间的差别将减少。因此,车架滚动的速度也随之降低,当两个扭力达到平衡滚动速度最终变成0。因此,对于一定的弹簧硬度,车过弯时,较大的滚动力距让车架滚动程度加大;反之,较小的滚动力距使得车架的倾斜程度减弱。因此,在任何时间点上,滚动力距的大小决定了(造成车架过弯发生倾斜的)滚动扭力的大小。 现在,新问题来了。滚动中心的位置总是随着悬挂的压缩伸展而发生变化,多数情况下,这和车架的移动方向相同。因此如果悬挂被压缩,滚动中心的位置也会下降。 上面的小动画演示了滚动中心的高度的随着悬挂压缩而发生变化,重心的高度也稍稍发生改变。因此判断滚动力距的增减是非常困难的。 再者,当车过弯车架倾斜时,滚动中心通常会从车的中心线移出。(见以下两图中的黄色小圈) 多数遥控车的上连杆长度以及安装位置是可以调节的,这样就可以改变车的滚动特性。下面的概括在多数情况下有普适性。在车高正常的基础上,上连杆与下A臂平行时,滚动中心会非常低,因此入弯时的初始滚动会很大。上连杆与车架的连接位置低于另一端的安装位置时(形成一个向车架下倾的角度),滚动中心的位置会较高,初始滚动也较小,使得车的这一头(车头和车尾有各自的滚动中心)入弯时非常急促。使用很长的上连杆的话,在车架倾斜时,滚动力距基本保持不变,车的这一头滚动程度较大。如果内倾角不是非常大(的负数)的话,过弯时内倾角将变成一个较大的正角,所以轮胎容易打滑。短的上连杆使得滚动力距(在车架倾斜时)变得较小,这样车架滚动程度不会太大。 到目前为止,我们都忽略了车有两套独立的悬挂系统(车头车尾各一套)这个事实:车头车尾都有各自的滚动中心。两套系统事实上由坚硬的车架相连,因此它们也能相互影响。有的车手在调车时会犯这样的错误:在调节车的一头的时候没有考虑到另一头。不用说这样调车会导致车操控的不正常。当然,在车架伸缩性较好的情况下,这一点不容易看得出来,但这绝对不是一个正常的作法。 毫无疑问,车头绕车头的滚动中心滚动,车尾则绕车尾的滚动中心滚动。如果车架较硬,车架就会绕车头和车尾滚动中心(紫色点)的连线滚动。这条线称为滚动轴(下图中的红线)。 滚动轴的位置与重心的相对位置揭示了车的转向能力:它能预测车过弯的反应。如果滚动轴朝车头下倾(如上图),车头的滚动程度将比车尾大,车过弯时车头会更帖地一些;由于车尾的滚动力距相对较小,车尾的滚动也相对较小,因此车尾的车高基本不发生变化。请注意,如果车的下行程(droop)较小的话,车架倾斜时下沉得更为有效一些。在这种情况下,车头下沉车尾保持高度,更多的重量会向前轮转移,也就是更多的车头抓地,车容易过甩。反过来,如果滚动轴朝车尾下倾则容易发生转向不足。要记信,滚动中心的位置是动态变化的,因此滚动轴也会发生变化,特别是车过颠簸路或过弯的时候。所以非常可能车入弯滚动不明显时转向不足,在弯中却因车头滚动中心沉降而过甩。这个例子主要想说明如何应用滚动中心的特性去把车按手车的喜好和赛道的要求来调好。 一般来说,上连杆和A臂的角度决定了车的静态滚动中心的位置,而上连杆的长度决定了车架滚动时滚动中心高度的变化。长而且平行的上连杆使得车的滚动中心较低,而且车过弯时滚动中心也能保持非常低。因此,车(至少对车尾来说)滚动程度较大。长度较短的并向车架下倾的上连杆,滚动中心会很高,而且车架滚动时滚动中心能保持一个较高的位置,因此车架滚动程度较小。与此类推,短而平行的上连杆,车刚开始滚动很大,然后趋于减小,所以车初始滚动非常快,停止也很快。长且向车架下倾的上连杆,车的初始滚动小,全程变化也不大。 就车的操控而言,这意味着,车的哪一端(车头或车尾)上连杆向车架下倾程度最大(相对滚动中心最高),在入弯或出弯时,哪一端就有更多的初始抓地。而另一端(相对滚动中心较低),在弯中将得到更多的抓地。因此,如果想在弯中得到更多的转向,可以把车头的上连杆加长一些(当然,加长后别忘了调节内倾角)。如果需要更急促的入弯,和更多的低速转向,要么减少车尾上连杆的倾角,要么增大车头上连杆的倾角。 |
你可能会这么问自己:滚动中心是高还是低好呢?这完全取决于车的其它设置以及赛道的情况。但有一点是肯定的:在颠簸的路面上,滚动中心最好高一点,这样可以防止车过不平路而时过份左右滚动,而且也使得采用较软的弹簧成为可能,令轮胎更好地保持与不平路面的接触。在平滑的赛道上,可以使用非常低的滚动中心,以及硬弹簧,由此提高车的响应速度和弹跳能力。更多的相关内容见第六章。 2.4 防蹲(Anti-squat) 下蹲说的是当车加速时车尾下沉的特性。防蹲是指后下摇臂转轴和水平线的夹角。它的目的是让车加速时减少下蹲。 增加防蹲角能提供更多的牵引力:车尾的重量(不是质量)在加速时会增加,特别是在加速开始的几米距离内;与此同时,由于车尾下蹲减少,车的油门转向能力提高。但是防蹲也有它的缺点,当车入弯时会趋向于变得很不稳定,尤其是车尾。减少防蹲角的效果则相反:更少的油门转向,当车加速减缓时能获得更多的后轮抓地,车尾在入弯时也更为稳定。防蹲也影响车过不平路的操控性:增大防蹲角让车加速过路面突起时更颠簸,但它能增加车吸收震动的能力,减小防蹲角的作用则相反。 2.5 车高(Ride height) 合适的车高是极其重要的。太低的话底盘会经常触地,太高的话的滚动的风险将毫无必要的过大。前后车高一致是一个好的开始。升高或降低一端的车高将会改变转向的特性。车高最低的一端将拥有稍大一点的静态重量;更重要的是,滚动中心也会降低,使得车的这一端在入弯时滚动较大。从而使车沉降更低并由此获得更多的抓地。你应该知道改变车高的同时也改变了车的下行程量,由下一节可以看出,这种改变是有严肃后果的。 2.6 悬挂行程(Suspension travel) 悬挂的下行程量对车的操控影响巨大。它直接影响车架的滚动总量和抬头的程度。 在下面的动画,我们看到这辆车入弯时产生很大的下行程,车架自由滚动,重心的高度没有太大变化。 在下面的动画, 我们看到这辆车入弯里几乎没有下行程,车架被下拉,重心也因此降低。 因此,如果车的一端比另一端的下行程少的话,这一端入弯时将被下拉得更多,也即是给于这一端更多的抓地,特别是在弯中重量转移最为显著的时候。如果车头有非常小的下行程将会得到更多的转向,特别是高速或者急促入弯时。如果车尾的下行程非常小则在整个弯里获得更多更连贯的抓地。 这还不是事情的全部:悬挂的行程还影响车纵向的平衡,即刹车或加速时的纵向平衡。下行程大的一端将能升得更高,车架抬头也更为显著,相应的产生更多的重量转移。例如:如果车头有很大的下行程,在急加速时它能升高更多,并把更多的重量转移到车尾;于是车将有非常少的转向,和非常多的后轮抓地。如果两端的下行程都很大,再加上使用较软的弹簧,这样会导致非常大的重量转移:给油时推头,松油时过甩。根治的办法很简单,要不减少弹簧下行程,或者使用较硬的弹簧。 弹簧行程太小也有不好的地方:颠簸路面的操控,以及车的弹跳能力都会受损,因为车底盘容易触地。 2.7 防倾杆 (Anti-roll bars) 防倾杆就象水平的弹簧,它们只在横向(非纵向)上起作用。它们的工作原理是:如果悬挂的一边被压缩,防倾杆的这一边将被抬起,另一边也相应被抬起并压缩另一端的悬挂。总的来说就是抑制车架的滚动。另一端被提升的程度取决于防倾杆的硬度和粗细。比较细的防倾杆伸缩性强,所以它不能把另一端提得太高,从而让车架的滚动随着悬挂行程的增大而增大。防倾杆只有在悬挂的一端的伸缩大于另一端的时候才会工作,比方说车在过弯时。当两端被同程度的被压缩,如刹车时,防倾杆是不起作用的。因此防倾杆只影响车在横向上,而不是纵向上的平衡。不幸的是,防倾杆不是唯一影响滚动硬度的因素,它们与弹簧和阻尼器共同起作用。正常情况下,当车入弯时,车架开始滚动,悬挂系统外侧一端将会压缩,内侧的一端则会伸展,这样一来,更大的压力作用在外侧轮胎上。如果你在车尾安装防倾杆,但不改变车的其它设置。这时入同样的弯时,悬挂系统内侧也会被压缩,由此车架滚动减少,车尾沉降得也比正常情况下更低,即车尾得到更多的重量,而且比较均衡地分布在车尾的两个轮胎上。这一来,后轮抓地更多一点也更连贯。记住这只是转弯的开始的情况,在弯中又有所不同。正常情况下,如果没有防倾杆,当滚动扭力被外侧弹簧完全吸收车架会停止滚动。如果安装了防倾杆,一些扭力将被防倾杆吸收用于压缩另一端的悬挂。这样一来,外侧悬挂的压缩程度就不会象没有安装防倾杆时的程度一样大,这时车尾位置较高,也就是说更少的重量座落在车尾,而更多的重量在车头。仿佛就象车尾突然变硬一样,由此得到更多的转向以及更少的后轮抓地。后轮抓地变得更为连贯,因为重量比较均衡地分布在两个后胎上。路面比较颠簸时,防倾杆反而会破坏车的操控性,所以在颠簸的路面上极少使用防倾杆。在车头安装防倾杆有类似但相反的效应。它减少转向,但转向变得更平滑更连贯。它能防止车头过份下沉,使得转变半径变大和平滑。这一点在大而宽的赛道上非常有用。 在数学的角度上看,防倾杆中段的扭转硬度与防倾杆的直径的四次方起正比;而防倾杆两端,扭转硬度与防倾杆的直径的平方起正比。选择防倾杆的时候应该以这些特性为准绳。 2.8 避震的安装位置 (Shock mounting locations) 多数遥控车都提供数个避震安装位置,包括上端(上图1区)以及下端(上图3区)。避震在不同安装位置的弹簧特性是不一样的。问题是,这些安装位置如何影射车的操控和感觉呢?这了更好地理解这一点,我们首先得先了解轮系数(wheel rates). 轮系数(wheel rate)相当于轮子上的弹力系数:由此决定什么样的弹簧能给出同样的硬度,这里以轮子的中心为出发点。毕竟,抓地力的是作用在轮子上的。 轮比的数学表示:运动比² x 弹力系数 x sin(弹簧角度),运动比(motion ratio)是指避震下端安装位置和A臂内转轴的距离(D1),除以车轮中心到A臂内转轴的距离(D2)。而弹簧角度指弹簧与下A臂所形成的夹角。 公式可以进一步写成: 轮系数(wheel rate) = 弹力系数 x (D1 / D2)² x sin(a) 这个公式告诉我们两件事: 1. 避震越倾斜(a越小,则sin(a)也越小),则轮比越小(软)。 2. 避震下端安装位置越靠近车架,则轮比越小(软)。 如果改变避震下端的安装位置,弹簧角度和运动比(motion ratio)也同时改变,但通常是运动比的改变更为显著。这也可以从公式中看出:运动比毕竟取了平方嘛。同时,悬挂行程也随之改变,这同样也影响车的操控。 避震的角度并非恒定的,相反,它随着避震的压缩而增大。这种效果在避震越平(a接近0度)的时候越明显。因此,避震越倾斜(向水平方向靠拢),轮系数越趋渐近性。所以,改变避震的上安装位置可以作为微调弹簧和阻尼系数以及改变渐近性的手法。 请记住,这并非全然无误:如果轮胎的中心线与A臂外转轴不相交的话,作用在轮胎上的外力有相当大一部份会通过上连杆转移到车架上。不过,这只是一种比较好的近似而已。 即然弹簧角度改变渐近性,它也影响避震杆速:如果避震水平安装(渐近性),避震杆速会随弹簧压缩而增大。如果避震竖直安装(线性),避震杆速改变不会太大。显然,这也影响高速阻尼,当从低速向高速转换时。如果避震接近垂直安装,这也会更早地发生;这是因为当其倾斜安装时,避震杆为达到同等的速度,需要一定的时间为避震杆加速。因此避震较斜安装,与使用较大的活塞孔有非常相似的效应;类似的,避震较竖直安装,与使用较小的活塞孔的效果也是一致的。 我发现,当你想改变避震的负行程(向下行程),但又不想改变它的长度;或是当你想让弹簧的感觉硬一点或软一点时,改变避震下安装点有时是很实用的。改变避震上安装点的效果非常微妙,我通常在车更重要的设置已经做好了,并且车调得差不多满意以后才做这一步。当想改变车入弯的感觉时,改变避震上安装点非常有用。虽然我不知道在弹簧非常具有渐近性的前提下这个说法成不成立,但避震越竖直,入弯的动作就越直接。比如:如果前避震接近垂直,而后避震位置较水平,车会有更多的入弯转向,车的响应速度很快。如果前避震接近水平,而后避震位置较垂直,车入弯时转向能力不会大,但在弯中却会较大,看起来象是过一个方角一样,有时候车尾甚至会开始打滑。这就象使用硬弹簧或硬阻尼一样:如果使用硬弹簧,或硬前阻尼,入弯的初始动作会很急促;而弯中车多半会推头,不管如何,入弯的起始动作决定了车的响应速度。甚至滚动中心也是类似的:非常高的前滚动中心使得车转向急促,但弯中推头。如果你喜欢车急促入弯的感觉,这看起来相当不错;但我很怀疑这种方法能让你的车在赛道上开得最快;相反,如果车尾滚动中心很高,车的转向会很柔和,也很可能会随之甩尾。 |
第三章 校正(Alignments) 3.1 内倾角(Camber) 如上图所示,内倾角描述的是轮胎中心线和垂直平面的夹角。如果轮子(上部)向车架倾斜,这个倾角称为负内倾角,反之称为正内倾角。这个角度通常在车高处测量,它的常规取值范围在-0.5到-3之间。 首先,正的内倾角从来不被使用。但负的内倾角却很有必要,因为当车转向时,车架会滚动并造成内倾角的增大(甚至大到变成正的内倾角);而且,多数橡胶胎有良好的伸缩性,因此会按弯心的方向发生形变。如果车没有使用负的内倾角,将只有轮胎的边缘和外侧和地面接触,这对抓地来说当然不是一件好事。随着轮胎与地面接触面积的增加,轮胎的抓地系数增大,因此最理想的状况是轮胎总是和地面垂直,而且在重压下轮胎也不变形。遗憾的是,这只可望不可及。多数情况下,只能取最佳的折中方案。 问题在于,如果想得到最大的向前牵引力,内倾角应该设为0度(车走直线时轮胎与地面接触面积最大);而如果想得到最大的过弯能力,内倾角必须是负值(车过弯时轮胎与地面接触面积会增大),至于是负多少度取决于悬挂的硬度以及胎体等因素。总而言之,鱼与熊掌不可得兼,但你可以找一个最佳的折中方案。最简单的办法就是设定这样一个内倾角,使得胎面的磨损比较均匀,这样你就可以保证把胎面每一点的潜能都发挥出来。请记住,相对于较硬的悬挂而言,非常软的悬挂和非常小的内倾角变化需要更大的负内倾角。然而在非常颠簸的野地上,使有更大的内倾角是有好处的,这可以使得胎面均匀磨损,而且在过大的地面突起时,让车更稳定,减少掉坑和翻车的危险。 内倾角也可以满足特定的操控要求,但这样的设定我绝不会推荐:一个不是最优化的内倾角产生较少的抓地,最终造成车的缓慢。 3.2 后倾角(Caster ) 后倾角是指kingpin座(转向杯的旋转轴)和垂直平面的夹角。对于使用双叉臂的悬挂系统,两球中心的连线可以当成一个虚拟旋转轴来看。如果Kingpin座(上端)向后倾斜(如上图所示),这个后倾角称为正后倾角,而负后倾角从来不被使用(Kingpin座向前倾斜)。注意,胎面和地面的接触点(上图指右的红箭头)位置,较之于转向杯的旋转轴延长线和地面的交点 (上图指左的红箭头),前者处在后者的后方。这个造成轮子拖曳(trail)。 在转向时,后倾角会给前轮造成过多的内倾角,因而把车头抬起。这个抬头的效应,在没有转向力作用时,有使车保持走直线的倾向。当轮子直指向前时,车架位置最低,转向需要一些外力把车抬起来。当这个外力消失后,地心吸力把轮子拉回原来的位置。后倾角越大,同时车越重的话,这个效应就越发强烈。而且,后倾角越大,转向时所造成的内倾角变化更大。内倾角的变化是为了补偿转向时车架的滚动和轮胎的扭曲(squirm)。因此,大的后倾角为高速弯提供更多的转向,此时车架滚动更为明显。大的后倾角同时在不平路面上对车有稳定作用,车走直线的稳定性也得到提高。较小的后倾角使得车过低速弯时得到更多转向,和更少的打转(turn-in,过甩?)。 请留意,后倾角通常不是一个恒定值。装备双叉臂悬挂系统的车,通常两个叉臂不平行,因而当悬挂系统受压或伸展时,后倾角就会发生变化。如果低叉臂比高叉臂的kick up(防潜)要少,后倾角会随悬挂系统压缩而减少,比如在转向或刹车时。这种也称为(reactive caster)反冲式后倾角。 3.3 束角(Toe Angle ) 车轮通常都不是直指向前的。在上图中,车的前轮呈外八(toe-out),后轮则内八(toe-in)。外八,很显然是指两个轮子成外八字(外张);内八,则指两个轮了形成一个内八字的样子(内合)。 从上图可以看到,两个前轮把车分别往两侧拉。当然它们谁也不会成功,因为这两个力(绿箭头)方向相反而且旗鼓相当。前轮的指向和实际的行进方向(白箭头)也不一样,由此产生滑动角(滑动角见第一章,即轮子的指向和实际前进方向的夹角)。所以理论上,车不会往哪一侧跑,但在不稳定的环境下情况就不一样了。假设车的一侧撞上一个小的地面突起,或者稍稍打方向盘;两个轮子中的一个将得到更多的重量,而更多的重量就是更大的抓地,因此一侧的拉力将比另一侧要强。当做小的转向修正时,由于重量转移,有一侧的受力会变小。结果是,这两个力再也不能相互抵消;车将会转向。这当然是个坏消息,因为转向会造成重量转移,从而导致恶性循环。当然,在这种情况下,车手可以通过反胎来纠正。但是如果反得不完美的话,同样的情况在反方向还会发生。车开起来左右波动,最坏的情况就象不停摇摆的鱼尾( fishtail)。 外八字造成不稳定,所以用在后轮毫无意义,它只能让车变得无法操纵。但由于前轮有后倾角的稳定作用坐镇,所以在后倾角足够大的情况下,由外八所造成的直线不稳定性将不是一个问题,这时候前轮通常使用一点外八。但在入弯时这个由外八带来的不稳定性就比较显著了,转向的感觉会更直接更激进。 车尾通常使用一点内八。这当然也会产生两个相反的力,但是这两个力构造了一个稳定系统。如果由于某种原因一个力变得比另一个要大(有一侧抓地减少),车会转向并把重量转移回原先失去抓地的另一侧。因此本来失去抓地的一边将得到更多的重量,也即更多的抓地。可见,这个系统有稳定自身的功能,这通常称为“负反馈”。 内八使得车稳定:它使车走直线。内八多数用在车尾,以防止甩尾,特别是当后轮处在抓地圆(抓地圆见第一章)边缘时,一个小的地面突出就能让后轮失去抓地。从车手的角度来看,使用内八后感觉上车尾非常稳定,仿佛有一种无形的力量把车稳定在赛道上。当然,内八也有不利的地方:在过弯时,特别是低速弯,内八导致转向损失;这种不利因素可以大到前轮的抓地几乎不够让车转向的。总而言之,过大的内八使车推头(转向不足)。 车头使用内八的效果是一样的:它使车头稳定,特别是车加速对稳定车头是非常有用的;当然它也使得转向能力下降:转弯会变得比较迟钝。 无论内八外八都有一个额外的作用:它们减少迟滞。两个反向的力,虽说通常来说较小,可以抵消悬挂系统的溢出,并把轮胎预先在横向位置上调度好。束角促使胎体轻微地变形,因而让车的反应更快,而没有任何迟滞。 过多的束角的缺点在于能量损失,或者说速度损失。束角越大,速度损失也更多。这是因为轮胎的滑动角(和束角)同等的大(译者注:滑动角是指轮子的指向与其实际行进方向的夹角)。过多的束角在赛道越抓时,损失的能量也更大;因此应该避免在过抓的路面上使用太大的束角。而且,过大的束角也意味着,即使车正在走直线其滑动角也很大。这当然不是一件好事,毕竟打滑让车失去抓地。 如上图,束角是两个轮了的中心线(绿线)所成的夹有,以度数衡量。 前束角的正常取值范围是-1.5到+1.5度。过多将产生一些奇怪的现象。通常,后束角的取值范围是0到3.5度,平路车就稍微小一点。 3.4 奥克曼效应(The Ackermann Effect) 你猜得没错,奥克曼效应就是一个名叫Rudolf Ackermann的人在马车时代发现的。它的中心思想是为两个前轮寻找各自最合适的角度,以使车正确地转向。 在上图中,车不转向时,前轮轴和后轮轴的延长线是不相交的。 也没有轮子处在打滑状态, 四个轮轴的角度都是0度。 上图中,车在做一个较大的弯。四个轮轴延长线(绿线)的交点就是车绕行中心点(弯的圆心)。请注意,如果没有轮子打滑的话,前内侧轮比前外侧轮的转角要稍稍大一点。对大弯来说,这个角度差异不是很明显,但许多事情正是这样在不知不觉中开始的。 上图中,车在过一个较小的弯,车绕行的圆周半径非常小。这一次两个前轮的转角差异就很明显了。当弯非常非常小的时候,这个差异更为显著。这就是所谓的奥克曼效应了。 事实证明,即便并非完全不可能,但要设计一个转向装置使得它产生的转向角度完全遵循奥克曼效应是非常困难的。然而,不少基本的转向机构都能提供一种较好的逼近。毕竟,转向装置各部件都有一定的自由度,不用说轮胎还会变形。 (奥克曼效应)理论是不错的,日常生活中,遵循奥克曼效应而产生正确的转向角度的车辆,它们过弯时会更好更平顺。 但比赛时就不同了,毕竟车胎通常有打滑的倾向,所以对角度的要求就没有那么严格。 上图中,两个前轮所形成的夹角称为“奥克曼角”,这个设定可以通过改变转向杯推杆的安装点来调校。 较大的奥克曼角提供一个平滑,可预测的转向;过弯时由于四个轮子不会把车往不同的方向扯,所以转向非常平顺。较小的奥克曼角让转向更激进,尤其在入弯时。然而,无法保证前轮时不时会打滑,也不能保证一个平滑的转弯半径。在高抓地的路面上,如果车在弯中有过甩的倾向,较大的奥克曼角能派上用场。 (第三章完) |
第四章 重量转移 车有一个静态的重量(当车没有运动时),这个重量的分布将在第六章讲述。牛顿第二运动定律说(力是产生加速度的原因):力 = 质量 x 加速度。这暗示着当车往任何方向加速时,一定存在一个外力的作用。比如:从从弹跳后降落后,它的向下速度极速减少,基本上,车是突然停止降落的。此间的外力大小正是车的质量与其加速度的积。 数字化表达是这样的,比方说:车已经下落了一秒钟,在它落地前一瞬间,它的向下速度是 G(重力加速度)x 1秒 = 10米/秒。再假设车的质量是1公斤(即10牛顿),假设悬挂系统需要0.1秒的时间来吸收外力。 这时个作用在轮胎上的力将是(10牛顿 x 10米/秒) / 0.1秒 = 100牛顿 = 10公斤。换句话说,在车触地的一瞬间,它的重量是10公斤,而不是1公斤(译者注:原作者以上运算有误,但不影响他想说明的道理)。 我想要说的是:车的重量,也即轮胎的承重,随时在发生变化。但车的质量是恒定的,前提是忽略不计爱因斯坦相对论。相对论效应在这里如此之小,当然可以放心地忽略掉;除非车速接近光速了,如果是这样的话,这篇文章可帮不了你。:-) 额外的力必然存在,如果存在加速度的话;或者说,当车的速度大小或方向发生变化的话。你或者会问,为什么这个结论这么重要?很简单:每个轮子的承重决定了它的抓地能力,也即决定了车的操控性。可以毫不过份说,控制重量转移对赛车而言是至关重要的一件事,也是分辩好车手和平庸车手的试金石。随时掌握车的重量分布和控制轮胎工作在极限范围之内,是能否把车开得最快的重要因素。 比赛发生在三维空间里,所以重量转移发生在三个维度上。车上下运动时,重量增加或减少。由于地心引力的缘故,垂直方向这个维度与其它两个维度稍微有点不同:车的重量可以从正常值(如在平路上)变为几倍于原来的大小(如上坡或过地面突起),也可以发生失重现象(如腾空而起),或低于正常值(如下坡或通过地面突起后)。不要忘了,方向向下的力都可以增加车的重量。幸运的是,在水平面上的两个维度,车的总重量是恒定的,重量只能从一端向另一端发生转移。比方说车加速时,重量从前轮向后轮转移(经度),但总体重量不变。过弯时道理也一样,只是方向不同而已,这时候重量是从内侧轮胎向外侧轮胎转移(纬度),车的总重量依然保持不变。为了简单起见,从现在起,让我们暂时忘掉垂直的维度,并假设路面是绝对平整的吧。 上图中,车的重心在车的正中央(紫色点)。在一段完全平直的路上,它随车一起做匀速运动(如果车静止,那么这个速度是0),这时候四个轮子承重是相同的。如果车的重量用W来表示,刚每个轮子的承重是W/4。 注意: 上图只是一种粗浅直观的表达,青色箭头代表轮胎的承重。 4.1 横向重量转移(Lateral weight transfer) 上图中,同一辆车在做转向。 它依然以恒定的速度开在一个完全平整的路面上,只是速度的方向(注意速度是一个矢量,具有方向性的)发生变化了。这时候转弯半径也是一个恒定值。 首先,上图没有画出所有的力,不然画面就被线条充满了。每个轮胎上都存在一个水平方向的力,这四个力与黄箭头所代表的力相抗衡。这四个力其实就是抓地力。这幅图也没有画出重力(应该从车的重心向下指)。 黄色箭头代表的是离心力。这个力由车(转向)的惯性产生,作用在车的重心上,方向由弯心外指。这对车架产生一个扭力,从牛顿第三定律(作用力反作用力定律)可见,这时必然存在一个反作用力。这个反作用力得以存在是因为此时此刻车外侧的轮胎承重比内侧的要大。因为车的总重量是不变的,车内侧减少的重量全都加到了外侧。换句话说,车的重量向弯的外侧(远离弯心的一侧)发生转移。 重量转移的结果是非常重要的。各轮胎承重不均通常意味着总体抓地力的减少,并导致过弯能力下降。而且,上面提到的扭力会让车架发生滚动。在这个简单例子中,由于没有悬挂系统,车架不会发生滚动;当然,如果车的重心正好落在滚动轴上,车架也不会发生滚动。无论如何,车架滚不滚动并不影响重量的转移量(前提是车架滚动时重心的位置变化不大),但它决定了大部份重量将会被转移到哪里。当然,在这个例子中是显然的:从车的的左前方减少的重量将会转移到车的右前方,从车的的左后方减少的重量将会转移到车的右后方。上面的说法在这个简单例子中是成立的,因为车是对称的,并时刻保持对称(因为没有悬挂系统)。但现实中真车的情况就不一样了,设想车尾比车头滚动要大(车尾的滚动中心非常低或者车尾弹簧非常软),更多的重量将会转移到右后轮;右前轮也会得到一些重量,但数量会小一些;这样就会导致推头(转向不足)。在加速和刹车时,重量在车头和车尾间同样发生转移;这就是为什么当车推头时可以用刹车来稍稍纠正;因为刹车时,重量向车头转移,使得前轮得到更大的抓地,从而帮助实现转向。综合考虑,判断有多少重量会发生转移不是一件容易的事情。太多因素参与其中,如弹簧系数,防倾杆硬度,滚动中心的高度,悬挂系统行程等等。 首先,让我们看看到底有多少重量发生了转移。重量转移量很容易推算出来,本质上,两个轮胎承重的差异,等于离心力(黄箭头)乘于重心的高度,再除于车的轮距;(应用牛顿第二定律)而离心力的大小等于车的向心加速度乘以车的质量;向心加速度则从车速的平方除以转弯半径求出。 由上面文字表达的演算公式,我们可以推断重量转移量与重心的高度成正比,而与轮距成反比;这正是为什么通常赛车的底盘总是尽可能的低,轮距尽可能的大的原因;这样使得重量转移尽可能小,从而防止抓地的丧失。重量转移量还与车的静态质量成正比,这也是为什么赛车的质量都尽可能地轻,同样是为了尽可能避免重量转移。重量转移量还会受到来自车架之外的因素影响,如车速,转弯半径等。重量转移量和转弯半径也成正比这个事实,就是为什么大而平滑的弯是最快的过弯路线的原因之一:因为它把重量转移尽可能减少,从而得到最大的抓地和过弯能力。 4.2 纵向重量转移(Longitudinal Weight Transfer) 纵向重量转移和横向上的道理是一样的,只是方向不同罢了。上图中,车在平路上直线加速(白色箭头)。换句话说,速度在增加,或者说速度矢量的方向不变但值在增大。为了简单起见,一些力没有画来出,如牵引力,地心引力等。 物体加速时,存在一个作用在重心的惯性力(黄箭头),因此产生一个扭力,这个力由车头到车尾的重量转移来抗衡。从车头减少的重量将加到车尾,只要加速保持在直线上,这个重量转移是对称的(左前到左后,右前到右后)。后轮承重增大对后驱车直线加速来说是件好事,但由于车头重量损失,车会严重推头。同理,在横向重量转移上,由于车轮承重不均,整体抓地会减少。这就是为什么最快的过弯方法是即不加速也不减速(刹车)。不言而喻,车在总体上是应该非常平衡的, 即不推头也不过甩。注意,重量转移和车的抬头角度无关:刹车时车可能会下潜(车头点地),加速时则可能下蹲(车尾点地),但重量的转移量不受影响。当然,车的重心位置改变非常大的情况除外。这种情况在车悬挂的负行程(下行程)很大时会发生。设想一辆车抬头很高,但下蹲不多;这时车的重心会稍稍升高,从而导致更多的重量转移;重心升高,更多的重量转移,更多的后轮抓地,车头升起更多,...这简直就是雪崩效应。 重量转移量的计算公式与横向上的计算方法是非常相似的。只不过现在变成了惯性力乘以重心的高度再除以轴距(相较于轮距);而惯性力则等于向前或向后的加速度乘以车的质量。所以低重心,长轴距使得纵向重量转移量较少。与往常一样,重量转移量与加速度成正比。 前面解释过了,为什么赛车通常低而且宽。因此你可能会猜,车也应该尽可能的长,但事实并非如此。以后驱车为例,车后轮承重更多利于加速。加速时有点推头但车尾的额外重量能防止车轮打滑空转。另一个原因是,车的轴距过长,过低速小弯时倾向于迟钝,缺乏敏捷。因此,一般来说,长的轴距用在大而平滑的高速赛道上较佳,而短轴距则适用于小弯多的赛道。 |
第五章 配齿 配齿问题应该是最直接不过的了。多数情况下,在直线上,并在避免电机转速过高的前提下,能让车加速最快的齿比就是最好的齿比。因而寻找最佳齿比通常来说是比较简单的:这个齿比应该让车在(赛道中)最长的直道上,电机能达到(标称)最高转速(充分利用电机的潜能)。 然而,在某些情况下,有目的地调节齿比,使得它比所需齿比要高或要低,对你的每圈耗时反而是有益处的。比如说,在直道较短的赛道上加速很重要(加速比极速更重要),有目的地过低配齿可以让车加速更快,因此可以考虑使用小一点的齿比。有目的地过高配齿一般常用防止加速时车轮空转;特别在低抓地的赛道上,这使得车更容易开一点;当然,这仅仅适用于轮子容易发生空转的场合。 齿比表达这样一个事实:当轮子转一圈时,马达需要转多少圈。比方说:齿比9.0说明,为了轮子可以转一圈,马达就得转9圈。马达转18圈,则轮子转了两圈,以此类推。 容易让人糊涂的是:数字越高,齿比反而越小;相反,数字越小,齿比则越高。由此可见:9.0的齿比要比10.0高。可以这么想:为了轮子转一圈,如果马达可以转较少的圈数,那么车可以在同样的马达转速下开得更快,也就是说齿比更高。 |
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