外傾角如何影響操控？How camber effects car handling?

能點進這個視頻的朋友 您肯定是見識過改裝成這樣的車 那麼歪出天際的車輪看着是挺帥的 但這麼改裝的話 除了好看 到底是在圖什麼呢 爲什麼沒有人反過來像這樣改裝呢 那麼改裝成這樣的話 對操控又會有哪些影響呢 大家好 我是年更區up主 十一榜小老虎 年更腰的手腳真快 那麼今天來和大家從理論的角度 來聊一聊汽車車輪的歪心角 以及它對車輛操控穩定性的一些影響 那麼大致的目錄 我放在這裏 大家可以挑着自己感興趣的看 好 從車的正前方這樣看過去 不管是前輪還是後輪 那麼大部分的車 它的車輪子 都不會像這樣 完全是垂直於地面的 那麼如果它是往外傾斜 像這種 那麼它傾斜的角度 也就是正的歪心角 那麼如果它是往裏面傾斜 像這樣的話 那麼它傾斜的角度 我們就說是負的歪心角 那麼不管你是往哪邊傾斜 傾斜的角度 其實都不會很大的 一般都是在正負兩度之內 那麼這裏大家要注意 車輪的歪心角 和其他的四輪定位參數的區分 特別是前豎和主銷 不要搞混了 那麼這兩個參數 我也專門有出過視頻介紹過 大家可以結合着一起看 那麼大家最樸實的想法肯定是 輪胎難道不應該就是這樣 垂直於地面是最好的嗎 這樣不僅僅你看着順眼 而且你輪胎和地面這邊的接觸面 也是最大的 這樣的抓地力肯定也更好 你爲什麼非要給它傾斜一個角度呢 其實原因也很簡單 和所有其他的工業產品一樣 汽車在剛被髮明普及的時候 它考慮最多的 肯定是最基本的功能 那就是怎麼樣才能儘可能的 多拉人和多拉貨 至於什麼操控性舒適性 燃油經濟性等等 那都是進步之後纔會要考慮的事情 所以一開始要把車輪設計成 這樣正的外形 空車的時候是這樣的 然後你的二姨三舅大侄子往後背一坐 你擠編制袋的花生 白菜笨雞蛋 再往後背一扔 那麼你這個車輪自然而然的 就被差不多壓到了垂直於地面的程度了 當然除了這個原因以外 最早的汽車設計成正的外傾角 也還是有出於其他方面 操控方面的考慮 那麼這在之後的章節中也會提到 那現在市面上幾乎所有在售的家用車 乘用車 它的外傾角基本上都是這樣負的 也就是這樣往裏面倒的 那麼如果你上網搜 爲什麼是這樣 大部分的搜索結果都是說 如果你這樣設計的話 當你高速過彎的時候 由於車身整體往外側傾斜 這樣你本來往裏面倒的輪胎 隨着車身往外一傾斜 正好就又和地面垂直接觸了 也就是說提高了車輛 在彎道中的抓地力和操控性 首先咱們說這個結論是對的 只不過它只是非常粗略的回答了一下 爲什麼要有負的外傾角 而沒有具體說負的外傾角 它具體是怎樣帶來操控性的提升的 那麼接下來的部分 我就嘗試來說一說這個問題 內容會相對枯燥 想要淺嘗轍子的朋友 可以跳過這一部分 直接到下一個章節來看 那麼剩下這些求治癒爆棚 或者是需要有催眠服務的朋友 咱們先把贊給點了 然後慢慢嘮 那麼高中物理大家都學過 一個物體你要做圓周運動 那麼一定要有一個指向圓心的向心力 那麼車子轉彎也不例外 那麼側向的指向圓心的向心力 從哪來呢 那麼你這個車子在路上開 它只接觸空氣和地面這兩樣東西 除非是你颱風把這個車子給刮飛了以外 那麼只有地面才能給這個汽車 有一個向心力 而汽車和地面的唯一連接 就是這4條輪胎 所有作用在車子上的外力 都得通過這幾條輪胎 才能作用到車身上 那麼如果我初始狀態的時候 就把你設計成了這樣的內八 也就是輪胎頂部往裏倒 構成負的外傾角 那麼這個時候 輪胎側向的方向上 其實就已經憋着力了 如果把輪胎的接地面 再放大一點看的話 很容易能夠想象 它肯定是處於這麼一個變形的狀態 輪胎試圖把地面給往外搓 那麼反過來的話 地面就是把你這個輪胎往裏面頂 也就是說 即使完全現在這個車是直行的狀態 負的外傾角的輪胎 也是時刻受到一個 來自於地面的 指向車內側的力 對不對 這個力是你像這種 完全自己的 零外傾角的車所不具備的 那要這個由外傾角產生的側偏力 有什麼用呢 在執行的時候 左右兩側外傾角的角度是一樣的 那麼兩個輪子 各自受到的側偏力 正好就抵消了 那麼車子照樣執行 但到了轉彎的時候就不一樣了 車輪左右 如果我轉一個角度的話 輪胎和地面的接觸面 就會產生一個相對應的變形 形成一個角度 叫做側偏角 或者也叫滑移角 這個概念 其實我在阿克曼的那一期視頻中 有提到過 在這裏就不展開說了 以後有機會再聊 總之 這個輪胎在左右的方向上移動 同樣會產生一個側向的力 那麼車在正常轉彎的時候 它其實就是靠這一個力 來充當向心力的 那麼現在我有了外傾角 就多了一個由外傾角導致的 同樣一個方向上的側偏力 那麼這兩個力經過實驗的證明 只要在非極端的狀態下 基本上就是一個互不可以疊加的關係 那就相當於說 我外側輪 現在它這個側偏力 除了本身由輪胎產生的這一段之外 還得到了由負的外傾角 所產生的這一段的補強 而內側輪它的側偏力 則是被由外傾角產生的力 抵消了一段 那麼這樣子看來的話 這兩個前輪用來轉彎的向心力 外輪一增 內輪一減 總數好像沒有變化 但這個都是假設 這個車是沒有重量轉移的前提下 如果現在這臺車它是往右轉 那麼實際轉彎的時候 大家都知道 主要看的是外側的輪胎 因爲你只要彎一轉起來 車輛的重量 大部分都壓到了外側去 你內側輪上面的負載就變得很小 而不管是由外傾角產生的側偏力 還是正常輪胎轉向 所產生的側偏力 它都是和輪胎上的垂直負載 有直接關係的 也就是說 真轉起來以後 內側輪它自己產生的力本來就不大了 被外傾角抵消的也更少了 所以大頭都是看外側的輪子 外側的輪子 它有了更大的輪胎本身提供的側偏力 負的外傾角再給它添上這麼一大節 那麼指向圓心的 充當向心力的 總的側偏力就更大了 那麼它的轉彎的性能也就更好了 不僅如此 它的轉向的響應也會更快 因爲當你剛轉過一個很小的角度的時候 內側輪的側偏力是被抵消掉了一部分 但是外側這個輪子 它由外傾角所產生的側偏力 它則是一直在那邊等着的 它是時刻準備着把你拉向圓心 你在執行的時候 它是正好被抵消了 你一轉彎的時候 它馬上被釋放出來 在輪胎正常的側偏力建立起來之前 外側輪負的外傾角 就已經幫你拉着車向圓心轉彎了 那麼在感官上 就是這個車轉向更敏捷了 同樣的道理 如果是正的外傾角 也是同樣的情況 大家只要反過來推 正的外傾角 地面會給輪胎 一個指向車輛外側的力 執行的時候 一樣也是互相抵消 不影響執行 但是當你打方向的時候 最重要的外側輪 它得到的側偏力 將會永遠被抵消那麼一部分 所以說這樣設定的車 對你的方向盤 它的輸入 天生就不是很敏感 所以它的執行相對也就會更穩定一點 輕輕動一點方向 車輛基本還是保持一個執行的狀態 這也就是最早設計成這種正的外傾角 它的對於操控的考慮之一 好 那很明顯 對於現代家用車的需求 肯定是我內八的副外傾角更合適 畢竟現在的買車 更多人考慮是這個車好不好開 而不是這個車能拉多重的貨 那麼既然咱們已經確定了 副的外傾角更好 爲什麼廠家不造 像視頻開頭給大家看的 這種超級副外傾角的車呢 這就要說到 過度的副外傾角 都有哪些缺點 首先 這個輪胎的偏模 那就是無法避免的 還有一系列 由於輪胎偏模帶來的問題 咱就不說了 然後就是你這個車 直線提速的時候 直線只要是提速 它車頭肯定是抬起來 對不對 車子抬頭 前輪相對於車身就往下伸 那麼大部分懸掛的設計 在這個車輪往下伸的時候 副的外傾角就會慢慢減小 趨向於一個垂直於地面的角度 那麼這樣的話 前驅車直線驅動 還是可以獲得比較大的接觸面積 但後驅車就不一樣了 如果你本來就是這一種大內八 你一腳油門下去 兩個後輪還得接着往下壓 副的外傾角更厲害了 那麼在你急加速 最細要抓地力的時候 輪胎它這麼個偏法 肯定是抓不住地 然後就是你直線上的剎車 也就是剎車的時候 你車輛有一個嚴重的點頭的時候 這個時候不管你是前驅後驅 還是四驅 剎車主要看的它都是前輪 如果你前輪的副外傾角設計的太大 那剎車時前輪再往上壓 那麼外傾角只會變得更大 接地面積就會變得更小 更詭異 那麼這對剎車的表現 肯定是有非常不好的影響 如果你說我根本就不差錢 輪胎片膜大不了我就勤換輪胎 然後你還住在山區 我根本就沒有直線加速和剎車的功耗 因爲你每天開的所有的路 都是彎彎繞繞的山路 我把副的外傾角 搞得這樣很大很誇張 我就犧牲一切 來換取彎道性能 這樣行不行呢 實驗證明 輪胎的確是傾斜的角度越大 你因此獲得的 由外傾角獲得的側偏力就越大 它倆是一個基本屬於線性的關係 但問題是 你因爲外傾角獲得的側偏力大 並不意味着你獲得的總的側偏力 也一樣會變大 大家不要忘記 咱們之前有提到過 車輛轉彎依靠的向心力 主要是由輪胎變形的側偏角 帶來的那一部分側偏力來提供的 這纔是向心力來源的大頭 那麼你車輛的正負外傾角 只是一個輔助增強的效果 如果你的外傾角搞的這麼極限 你的輔助增強的效果是非常猛 但大頭的由輪胎本身提供的側偏力 卻沒有了 因爲你接地面積實在是太小了 對不對 這就好像你月薪10萬 爲了多賺一點錢 你每天下班回家的時候 順路送個外賣 這樣你的月薪就變成了10萬零500塊 好 10萬是本職工作 500是外快 對不對 那500外快好不好 那當然是好 但你爲了追求極限外快 你把10萬的工作辭了 不要了 改成全職送外賣 好 現在你外快的收入 從一月的500暴漲到8000 但你連10萬都沒了 你暴漲的8000還有意義嗎 所以說輪胎正常靠側邊角產生的側偏力 就是10萬 靠外傾角產生的側偏力 就是500 所以除非你是純的外觀檔 或者是盆栽組 不然極限的內八負外傾角 就是單純的在花錢 來削弱操控性能 好了 那講到這裏 大家應該搞清楚 什麼叫做外傾角 和單二輪胎的外傾角 它是怎麼影響過彎時的抓地力的 那麼接下來咱們再嘗試 從整體的角度來看一下 外傾角的設定 對車輛的轉向性能有什麼影響 也就是轉向不足 轉向過度 它們和外傾角之間的關係 先說結論 在外傾角不是非常誇張的範圍內 車輛其他條件不變的理想前提下 前輪的負外傾角越大 越內八 後輪越是外八 那麼車輛就更傾向於轉向過度 而反過來 前輪越是往外八 後輪越是往裏八 那麼整車就會越是往轉向不足的 趨向走 爲什麼會這樣呢 這就要快速引進一個指標概念 那就是前後輪的側偏角絕對值之差 這個數值大於0的話 那就是轉向不足 小於0就是轉向過度 如果等於0的話 就是中性的轉向 這其中的側偏角就是咱們提到的 輪胎正常轉彎所獲得向心力的方式 輪胎的指向和它的實際運動方向的夾角 就是側偏角 側偏角越大 獲得的向心力就越大 通俗的理解就是側向的向心力是靠輪胎擰八陣 擰過一個側偏角來得到的 那麼你擰八的越厲害 這裏頭憋着的勁頭就越大 這個勁就是拿來充當向心力的輪胎側偏力 好 那假如這臺車現在正在這樣轉彎 前輪的側偏角此時是3度 後輪的側偏角咱們假設是2度 那麼咱們按照這個指標 前後輪側偏角之差 那就是3度減2度等於1度 1度大於0 那麼這個車它就是一個轉向不足的設定 好 現在我把它的前輪給它一個更負的外傾角 也就是變得更內八一點 這樣一來 這個更負的外傾角就增加了由負外傾角產生的 這麼一個戳着的側偏力 之前說了 這個側偏力它可以和輪胎正常側偏角產生的側偏力 相疊加 那麼這個車同樣在現在這個狀態 前輪由於負的外傾角給的側偏力更多了 那麼我輪胎自己靠側偏角出的力就用不着這麼多了 對不對 剛纔說了側偏角越大 側偏力越大 反過來 我要憋的側偏力不用那麼大了 那麼前輪的側偏角自然也就小了 比如說咱們就說它從3度變成了2.8度 那麼本來我要靠3度側偏角憋出來的側偏力 現在我多謝你負外傾角的幫忙 我現在只要2.8度就憋夠了 那麼現在這個指標前後輪側偏角之差就變成了 2.8度減2度等於0.8度 雖然還是大於0 還是轉向不足 但是轉向不足的程度減小了 往轉向過度的方向更近了一步 那麼同樣的套路 大家有耐心的話 可以把前後輪傾角不同的變化情況 都帶入到這個概念裏面來算一下 看看是不是能夠論證咱們所說的結論 而至於前後輪外傾角之差的指標 其實是從汽車穩定性因素給推導而來的 那麼這裏我不可能再展開給大家介紹了 有基礎有興趣的朋友可以自行去翻譯一下 清華大學俞智深教授主編的 《汽車理論》中的第五章第三節 有詳細的介紹 當然這個結論也是基於一個理想化的 簡化過的模型得出來的 實際的情況其實還要複雜更多 但是大的方向大的結論都是一致的 如果有些朋友實在不好理解 那麼大家也可以這樣通俗的理解 前輪負載外傾角變大了 側向的抓地力不就更猛了嗎 那麼相對來說 後輪的側向抓地力就更差了 那麼用極限法來想一下 後輪的抓地力差到了極限 那不就是打滑嗎 後輪打滑那不就是甩尾嗎 甩尾就是轉向過度 而反過來說後輪負的外傾角變大 後輪的側向抓地力變猛 前輪相對就不行了 前輪不行的極限就是前輪打滑 而前輪打滑其實就是推頭 推頭就是轉向不足 這個視頻原本的大綱 接下來是要講外傾角的調節方式 我逐字稿打到了這裏 感覺能夠看到這裏的觀衆 應該已經不多了 即使能撐到這裏的朋友 他的腦殼 應該也已經高負荷運轉了 所以我決定這一期就先不講了 畢竟你能看到這裏 應該也能體會到 汽車工程師們 在設定原廠外傾角度的時候 所需要面臨的取捨 那麼原廠的數據 它肯定是會全面的考慮到 操控 穩定 性能和保養成本 等各個方面 那麼除非你是一個賽道玩家 正常走街的朋友 應該都已經打消了 改裝車輪外傾角的注意了 另外還有車輛動態時 外傾角相對應的增益變化 因爲這些內容涉及到懸掛的形式 還有很多其他的因素 咱們就只好有機會再說了 今天的視頻就聊到這裏 歡迎大家在評論區討論 我是十一棒小老虎 咱們下次再見