“侧偏角,侧偏力,侧偏系数,转向方程,最后,不足转向梯度。”

汽车的转向特性,也就是我们经常说的转弯,是可以比肩汽车操控性的一项重要性能。小伙伴们可能会说,不就是打个方向盘的事儿吗?其实不然。汽车转向看似简单,实则不易。无数汽车工程狮呕心沥血,才换回今天的硕果,不信,我们来看看与转向特性有关的专业术语。

汽车转向参数(看似简单谈何容易)(1)

侧偏角

高速转向时,轮胎会产生侧向力,同时,轮胎滚动时也会产生侧偏。轮胎朝前方向和行驶方向之间的夹角,称为侧偏角。为方便理解侧偏角,下图用橡皮轮胎形象地说明了这一概念。

汽车转向参数(看似简单谈何容易)(2)

下图是有侧向力(图中FY,W)时的轮胎模型(俯视图)。可清楚地看到行驶方向和轮胎滚动方向有一侧偏角α。

汽车转向参数(看似简单谈何容易)(3)

侧偏力

当侧偏角为0时,侧向力通常称为侧偏力(Cornering Force)。在一定的载荷下,侧偏力随侧偏角的增大而增大。侧偏角较小时(≤ 5°),侧偏力与侧偏角呈线性关系,即Fy=C*α。比例系数C为侧偏刚度(Cornering Stiffness)。

下图为侧偏力特性(图片来自网络),曲线的斜率即侧偏刚度。

汽车转向参数(看似简单谈何容易)(4)

侧偏系数

侧偏刚度受很多因素影响:轮胎的尺寸、类型(子午线或斜交帘布层结构)、胎层数、帘线角、车轮宽度和轮胎胎面花纹等。对于给定的轮胎,侧偏刚度主要受轮胎载荷和充气压力的影响。速度对侧偏刚度的影响倒不大。

由于侧偏力受载荷的影响非常大,所以轮胎的侧偏特性也用“侧偏系数(Cornering Coefficient)”来描述,其定义是侧偏刚度除以载荷。侧偏系数CC=C/Fz。当载荷达到100%时,侧偏系数一般为0.2左右。

转向方程

具体的推导过程就不细说了,估计我还没疯掉你就已经疯掉了。

简单提一下推导的理论依据,学过高中物理的应该都知道要保证车辆顺利通过弯道,必须满足:离心力=侧向力。跟据这一理论,导出的转向方程式如下。其实,就是前轮转向角δ和轴距L、转弯半径R、前轴静载荷Wfs、后轴静载荷Wrs、前轮胎侧偏刚度Caf、后轮胎侧偏刚度Car、车速V之间的关系。

该公式对汽车转向响应特性(Steering Response Characteristics)相当重要。它描述了汽车的转向角是如何随转弯半径或侧向加速度V^2/gR变化的。

汽车转向参数(看似简单谈何容易)(5)

不足转向梯度

前面说了这么多,就是为了这个不足转向梯度。

转向方程式可以简写成δ=57.3L/R K*ay。这里面的K就是不足转向梯度(deg/g),没办法,只能用公式表达,无法用言语描述。另外,ay是侧向加速度,为V^2/gR。这里的K决定了所需要的转向输入的大小和方向,它包含两项,每一项都是相应的轴荷(前或后)与车轴上轮胎侧偏刚度的比值。

这个不足转向梯度可别小看只是一个系数而已,它可不得了,它的大小直接决定了汽车“转向风格”,为何,且听下文分解。

汽车转向参数(看似简单谈何容易)(6)

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