为何F1车手在进行过弯走线时不是贴着内弯?
轮胎是赛车上最重要的部件之一,非常好的车手能够把轮胎用到极限。当然非常差的车手同样能做到,而且时不时会超过极限,对他们来说,最容易出现的就是入弯速度太快,赛车转向不足向外滑,这时候即便是多打方向也回不到正确的线路上。
第一,轮胎的作用是提供加速减速的纵向力以及转向的侧向力。但其总和基本保持不变,也就是提供的纵向力越多能提供的侧向力就越小。在弯道中,转弯半径越大,对轮胎所需的侧向力就越小,车就能以更快的速度过弯。这就是为什么会有“外内外”的过弯方法。因为过同样的弯速度能够最快!也许你会说,速度快,距离还长啊,没错,距离是长,但时间并不多少或者少,出弯后速度优势比少跑这几米实在多了!
第二,在弯道中如果超过轮胎能提供的最大侧向力,比如速度太快,车就会滑出去,按照这个速度下轮胎侧向力确定的更大的转弯半径往出滑。最理想的状态是在过弯中始终保持轮胎侧向力的最大利用,这个也好判别,就是在轻微侧向滑移的情况下轮胎会有嘘嘘嘘的响声,如果变成吱吱吱的啸叫说明超过极限转向不足了。
第三,实际在赛场上并不是匀速的理论转向,入弯要减速出弯要加速,实际曲线会有所改变,apex点也会前后移动。制动,收油会让轴荷前移,轮胎能提供的侧向力增加,极限转弯半径会减小,加油相反,轴荷后移,转向能力变差。但制动会用到轮胎的纵向力,如果大力制动连同转向必然会转向不足,所以一般在直线末段完成制动。赛道又是多个弯构成,每个车手都有自己不同的理解,赛车也不同,这就造成每台车的线路大体相同,而又因车和车手而异。
汽车前轮的最大转向是怎么得来的?
一般汽车后轮与车身的相对位置是固定的,所以后轮不提供转向功能。如果不固定的话则能提供转向功能,如电视剧《马大帅》里面的倒骑驴(三轮)。但汽车上这种情况似乎少见,但也见到过爱好者制作的四轮转向电动汽车,可以横着侧向停车。对于后轮位置相对车身固定的情况,汽车转弯时,后轮转向的动力是车身提供的沿转动方向的力矩(对,掰过来的)。而车身力矩是通过地面施加在偏转了的前轮上的静摩擦力得到的(较真的话其实是前轮上点的摩擦力对车身刚体的力矩)。
轮胎如何影响车辆的转向?
首先,我们先要了解一个力——“侧偏力”。车辆之所以能够前进,是因为车辆施加给地面一个与前进方向相反的力。根据牛顿第三定律:地面则施加给车辆一个反作用力,正是这个力推动车辆前进。当然,这个反作用力的大小需要超过地面的阻力。换句话说,当地面施加给车辆的反作用力超过了地面的阻力时,车辆才开始前行。
车辆前进需要克服地面的阻力,而转向则需要克服车辆的离心力。对于车辆说,克服离心力顺利实现转向的这个力我们称之为“侧偏力”。而这股力来源于轮胎转向时产生的“弯曲”,而它的大小取决于轮胎“弯曲”的程度。
其次,我们再来了解另一个力——“抓地力”。我们之前讲过车辆是否能够顺利转向取决于“侧偏力”是否能够克服离心力;而侧偏力是因轮胎弯曲产生的,但是轮胎不抓紧地面的话,轮胎也就无法弯曲,我们把轮胎抓紧地面的力称之为“抓地力”。
总之,轮胎的抓地力越大,那么轮胎可以弯曲的程度也就越大,进而侧偏力也就越大,车辆转向也就更加容易,操控性能自然也就更为优异。
最后,回到我们的问题: “轮胎如何影响车辆的转向?” 根据之前的结论:轮胎的抓地力大小影响了车辆的转向性能。 那么轮胎的抓地力受哪些因素的影响呢?
抛去外部因素的不谈,就轮胎本身而言影响抓地力的三个因素是:
1)橡胶与地面的摩擦;
2)轮胎的变形程度;
3)与地面的接触面积。
就轮胎制造商而言,可以通过不同的轮胎配方来改变前两点的轮胎性能,从而提高车辆的抓地力。就整车制造商而言,则可以给车辆配置胎面更宽、轮毂直径更大(接触面也越大)的轮胎,增加车辆的抓地力,进而提高整车的操控性。
车辆的轮胎本身的特性以及外部使用环境决定了轮胎抓地力的大小,抓地力越大轮胎的侧偏力也就越大,就越容易克服离心力,顺利的实现转向,大幅提高整车操控性。所以,轮胎对于车辆的操控性很关键!