文HooKnows
周鸿祎说在传统汽车时代有人说汽车是四个轮子上的沙发今天我觉得汽车的本质更像四个轮子上的N台大手机或者N台超算电脑
2102年了依然有外行将这句20年前的名句奉为圭臬
倒不是说这个逻辑有什么不对但听起来仿佛电脑是唯一精华之所在而轮子不过信手拈来之儿戏智能汽车电脑轮子的无知不知道已经毒害了多少人电脑的事肯定会有人掰开揉碎讲那我们就从轮子说起字面含义上的轮子
把轮子连在沙发上
对汽车一无所知的人眼里把车翻过来轮子肯定就这样两根轴串上四个轮架在车底下就妥了howhardcanitbe
这时工程师会尴尬到脚趾抓地并告诉你老板你看世界上的路没有完全平着的这么干能给您脊椎颠成泡沫而且就算是平路车也得转弯啊这么干一打方向直接翻车了
咱得加一根减震器加一根弹簧缓冲而且中间那根轮轴您看到没有它不能承受除转动以外的力你不能既让它转动传递动力又让它硬挺着托举车身不是的老板再多钱也不行
悬架系统连杆弹簧减震器转向拉杆
我们得在弹簧和减震器之外额外加几根杆子把车轮和车身固定起来但又不能完全固定得让轮子可以上下起伏不然弹簧减震器怎么上下伸缩呢哦如果是前轮还得让它能左右转
于是你第一次知道了悬架这个东西的存在原来是个车就有这套东西连稍微贵点的乐高都有
n种悬架类型中的部分
工程师还想给你讲解68种不同的悬架构成像武举人有9种办法弄死黄老爷说白了就是形形色色的杆子弹簧组合方式各自有各自的优点和缺点因为前轮需要转向前后的可用类型居然还不一样这时你听不下去了不是只讲轮子吗你让他闭嘴
你怎么也没想到不光没结束这刚是个开始
啥主销啥后倾
像这个时代任何一位杰出CEO一样紧紧遵循着乔老爷子和罗老师的成功路你有着审美上的强迫症所以你自然没法理解好了我允许你加了弹簧加了连杆怎么还非得给它们朝后斜着摆呢这是跟工匠精神作对呢
工程师只好告诉你完全竖着摆是不行的加再多钱也是不行车轮左右转动的轴线我们叫它主销
Kingpin
您看到的现象叫做主销后倾KingpinCaster
绝大多数车子主销都有着几度的轻微后倾角因为这样能让您的车轻松跑直线去掉主销倾角变成垂直于地面就会失去这种自回正的能力哪怕您做自动驾驶也不能给它凭空上难度吧
你的好奇心被揪起来了咋这神奇为啥朝后歪一点才能跑直线了
原理和超市购物车是一样的不论你怎么推购物车它的轮子永远会摆向行进的后方当车轮转向轴延长线
主销
与地面的交点下图中A点
落在车轮的接地点B点
之前就会形成类似车身与轮子的固定点
拖着轮子跑的状态只要没有外力干扰车就会自己跑直线了比如碾过颠簸起伏或者不小心碰了方向盘车轮方向歪了但只要继续往前开它会自己回到笔直前进的状态是不是神奇又巧妙呢
注右边A点上车轮应该是离地的
自行车的前轮车把向后倾斜也是这个道理骑自行车不会倒并不是因为你技术真的有多好
承认吧
而是前轮主销后倾让你可以轻松骑直线骑直线速度才能快起来自行车这才不会倒自行车发明的早期有过少数主销无倾斜的奇葩设计但很快主销后倾就一统江湖了
这辆早期自行车就不会很容易骑了
行你叹了口气那把这什么后倾给我加到最大咱中国人开车就要一个稳
但这样也不行因为主销后倾角的自回正特性是以放大转向力矩为代价的它越是趋于跑直线咱拐弯可就越费劲啊而且决定主销这根轴位置的就是那些个悬架连杆弹簧避震器如果主销往后倾斜太多这堆东西就会占用后方空间乘员舱就会变小车可能就不好卖是的没有办法老板加再多钱也是这样
而且您别急主销这根轴还不光得后倾呢2D平面已经不够用了咱还得上立体几何
自动回正的秘密
前面咱说的主销内倾本质上是车轮固定点拖着轮子跑才自动跑直线的所以它得等车跑起来才会有自回正效果也就是说主销内倾的自回正更多体现在中高速时那么低速乃至静止时怎么让车默认跑直线呢咱把主销往里掰向内侧倾斜这叫做主销内倾角
KingpinInclination
现实中的主销可能同时带有后倾和内倾
静止状态松方向自动回正这是主销内倾的功劳
主销内倾影响车轮转向的轨迹
机智还是古人机智他们发现如果把主销向内侧这么一倾斜当车轮左右转向时转动的轴线就和车轮本身不平行了可以想象车轮在转向时不再是绕着自身的中轴线
左边红线
转动而是绕着主销轴线右边黄实线
在画一个圆锥面因为车轮是有宽度的主销内倾之后车轮左右转向时不再是绕自身轴线的对称转动当车轮向内侧拐时会把轮胎胎面的外侧抬高而当车轮向外侧拐会将胎面外侧向下压
下次在停车状态打几把方向看看能不能感觉到车头两边的高度在发生变化
注意下面表示地面的黑线当胎面陷入地面意味实际中车轮被抬高
有了这样一个简单的倾斜一旦车轮不是笔直朝前车身外侧就会被抬高内侧会被降低换言之这辆车它左右不平了而重力永远会让两边有恢复到一样高的趋势于是静止和低速状态的自动回正就形成了除非你持续地施加外力那就是在转向了
主销后倾和主销内倾分别提供了行驶状态和静止状态下的默认跑直线能力但与后倾角一样主销内倾也不能无限度增加这些角度需要综合考量整辆车的状态需求而定尝试不同的角度组合来达到整体最优也就是我们经常听到的调校标定过程
哦对了主销内倾的英文缩写是大家的老朋友KPI
KingPinInclination
让方向盘知轻重
是的老板还没完
现在你已经知道了主销就是车轮转向时的那根旋转轴线而决定轮子绕着这根轴转的是悬架系统那一堆杆子弹簧等等乱七八糟的玩意儿
这就引申出一个几何问题你可以选择让倾斜后的主销轴线延长线正好落在轮子接地点的正中心你也可以让它俩不相交主销延长线与地面的交点落在轮子正中心的内侧或外侧这两个点之间的距离我们叫它主销偏置距
正零负主销偏距
通常我们会让主销轴线与地面的交点稍微靠内侧一点也就是让轮子更靠外一点这叫做正主销偏距
Kingpinoffset
主销偏距的用处是提供一定的转向阻力矩它决定着我们常说的方向手感是沉还是轻车轮在转向时受到的阻力力矩主要就是来自主销偏置距偏置距越大
不论正负
转向时轮胎需要碾过的距离越长转向手感越重想象一下俯视视角当主销偏置距为零时转向轮是绕着接地胎面的中心转动转动的阻力是最小的转向手感就趋向于轻而当加入一定的主销偏置距转向动作变成了让胎面扫过一个圆弧形扇面路径更长摩擦力更大你
或助力系统
需要用更大的力量去对抗这种阻碍车轮转向的阻力力矩表现为方向沉
从车顶方向往下看的俯视图
主销偏距这个东西既是蜜糖也是砒霜全看你怎么选如果需要偏置距这个偏置的距离是大是小也需要抉择
较大的主销偏置距会让方向更沉所以很多赛车高性能车会借此提供更精确的手感回馈但相应的车轮磨损也会更严重并且内外侧磨损更不平均如果主销偏距过大还影响刹车时的稳定性悬架的机械寿命
X型腿和内八字
主销轴线有各种倾车轮本身也不是省油的灯
主销有内倾而车轮又有自己的内倾外倾形似人类的X型腿和O型腿车轮倾角
Camber
和主销倾角彼此独立又彼此影响两种倾角的角度和二者间的相对角度会影响到车子的动态特性
负外倾角无外倾角正外倾角
日常生活中的汽车正常行驶时一般无车轮倾角或带有微小的负外倾角但当转弯或遇到颠簸弹簧被压缩一侧车轮的负外倾角会增大这种现象叫做负外倾角增益
CamberGain
这个负外倾角增益的效果由悬架系统的几何设计而决定在车辆过弯时我们希望随着外侧悬架被压缩程度增大外侧车轮的负外倾角能跟着增大这样可以让外侧轮胎尽可能增加接地的面积从而提高转向中的抓地力
简单讲就是当车子转弯时车身向外倾斜我们希望车轮反而能向内倾斜从而补偿车身的倾斜使车轮
尽可能
保持正确接地至于这一点是如何做到是一个简单但需大篇幅的中学几何问题前面说啥来着今天咱只讲轮子悬架不是重点
你大概从来没发现车和人一样也有外八字脚和内八字脚车轮外八内八的角度学名叫做束角
Toe
通常你能见到的车都带有内八字我们叫它车轮前束Toein
如果是外八字则称车轮后束或负前束Toeout
机动车驾驶员时不时要去4S店做四轮定位很多时候主要调的就是束角
后束负前束零束角前束
一看图便知束角一定会增加前行的阻力所以日常中的汽车不会使用肉眼可见的大幅度束角前束角的作用同样是保证车辆正常前进它的应用和上面的车轮外倾角紧密相关因为负外倾角会让两边车轮在车辆前进时有向两侧分开的趋势而前束角会让两边车轮有向内靠拢的趋势于是二者合力抵消了左右轮分手对轮轴造成的压力
对于后轮正确的前束角设置是确保行驶稳定性的重要安全因素如果后轮约束不当出现了负前束就会增加车尾甩出的失控风险
逮虾户mp3
相反对于赛车和高性能跑车有时会利用负前束不稳定的特性来提高极限驾驶时的转向响应速度
大概在99的人的大脑认知里车就是沙发加轮子已经深入人心仿佛轮子就是一个远比智能简单原始得多的远古发明小孩子都了解得清清楚楚
但很不幸世界是一个复杂系统简单粗暴易理解易传播的常常不是真相单单轮子本身单单是角度问题就有主销后倾主销内倾主销偏距车轮倾角车轮束角这些车轮几何参数多半还会随着车轮运动
上下跳动
而在一定范围内变化浮动不仅需要找到最适合的一个值还需要找到最合适的一个域这些单一参数的最佳值经常还与其他参数的最佳值彼此冲突你必须考虑到自身定位与需求做出取舍与平衡当你意识到这显然不是一件足够简单的事也就理解了为何汽车经过了百年发展才日渐成熟如果你觉得一样东西简单得不能再简单它却客观上撑起了一个巨型行业生存多年那这种简单多半是源于无知
具体到今天的情况重点是这些轮子学问与动力是油还是电人类还是电脑驾驶几乎通通无关不论电驱动还是自动驾驶只要车还是用轮子行驶而没有长出腿以上这些物理定律就还是要按牛顿先生的意思来你不需要重新发明轮子但电脑轮子的智能汽车也需要你至少先有能力把自己的轮子做好
