日常行駛,時不時遇到多彎道路,如大曲率彎道、立交橋調頭彎等,車速過快容易失控。不過,不同的車輛的表現大為不同?今天我們聊聊車輛動態失衡。

推頭(轉向不足)和甩尾(轉向過度)是車輛動態失衡的兩種典型表現,其本質是輪胎抓地力與車輛慣性的博弈。
前輪 “失控”
所謂前輪失控,指的是車輛轉向時,前輪橫向抓地力不足,導致實際轉彎半徑大于方向盤指向,車頭向彎道外側滑動,也就是俗稱的推頭,標準說法稱“轉向不足”。具體表現就是車頭方向不按照駕駛員方向盤所指方向前進,產生較大轉向延遲。
引起轉向不足的因素是多方面的,但主要源頭還車輛離心力和輪胎抓地力的對抗。
通常情況下,當過彎時,離心力會迫使車輛向外滑移,而前輪側向力(由輪胎與地面摩擦力提供)不足以抵消這一趨勢,導致車輛出現轉向不足。

載荷轉移:當車輛直線行駛時,假設輪胎的附著力為一個相對恒定的值,驅動車輛前進的驅動力和轉向時的側偏力都會消耗其中一部分附著力。
過彎時,由于車輛制動,使得重心前移,導致前輪垂直載荷增加,在某種程度上增加了前軸循跡性,能減少轉向不足,但同時輪胎側偏剛度(抵抗形變的能力)隨載荷非線性增長,超過臨界點后抓地力驟降,導致轉向不足發生。
如果前驅車在轉彎時,駕駛員發出加速指令,驅動力就會占用一部分附著力,導致用于轉向的側偏力減少,同時車輛重心后移,也導致出現推頭的現象。此外,車輛重心轉移及懸架幾何變化,讓左右車輪的垂直載荷發生變化,使外側車輪垂直載荷增加,內側車輪垂直載荷減小,導致車輪與地面的摩擦力發生變化。

哪些因素容易觸發轉向不足?高速入彎,速度過快導致離心力超出輪胎附著力極限;懸掛幾何,負外傾角不足、防傾桿過軟導致輪胎接地面積減少;低附著力路面,砂石、濕地、冰面極易導致轉向不足;輪胎磨損。
如何避免轉向不足?在入彎前充分減速,避免突破輪胎抓地力;采用循跡制動入彎,增加前輪附著力;選擇帶有電子限滑差速器(eLSD)車型,主動分配左右輪扭矩;四輪轉向系統,后輪小幅反向轉向,減少轉向不足趨勢;扭矩矢量控制等。
后輪“狂歡”
車輛轉向時,后輪橫向抓地力不足,車尾向外甩出,導致車身旋轉,車頭轉向過度,稱為“甩尾”。甩尾是由于重心偏移導致,當車輛加速或重心后移導致后輪載荷增加,同時驅動力超過輪胎極限(如后驅車地板油),后輪會打滑。同時由于陀螺效應,車尾滑移產生角動量,加劇旋轉趨勢。實際表現來看,當車輛轉彎時,車頭的轉向角度大于駕駛員轉動的方向盤角度,那么這就是轉向過度。此時車輛后輪突破抓地力的極限,由滾動摩擦轉為滑動摩擦。
如何觸發甩尾?甩尾的本質是后輪突破抓地力,使車尾向外滑動。大馬力質量輕的后驅車相對更容易觸發甩尾,如老款的C63在全油門時,后輪打滑的概率極高。
當后輪開始打滑后,通過油門和轉向控制旋轉,就能產生甩尾姿態。懸架設定上,增加后懸硬度,減少后束角,也能提升車尾靈活性,使其傾向甩尾。
當車輪給地面的力大于最大靜摩擦力,車輪的狀態就會由滾動變為滑動。前輪打滑時,轉向失控,車輛會沿著上一時刻的方向慣性向前進,這就是推頭;后輪打滑時,如果車子在轉向,后輪打滑,車尾就不能跟隨,即為甩尾。作為普通駕駛員,推頭相比甩尾要容易控制得多,駕駛員只需要減速就能找回方向,因此不管是前驅車、后驅車還是四驅車,調校基本上都偏向推頭。作為車輛動力學的硬幣兩面,推頭/甩尾既受物理定律制約,又被技術創新重塑。(朋月)