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“猫低”,没那么简单

作者:李尔欣 来源:汽车杂志 202008期 时间:2020-10-16

重心有道理若说重心高度会随车身的离地间隙不同而变化,那还好理解,毕竟重心的位置只跟物体的形状有关:比如,高个物体的重心位置必定高于同类低矮物体的重心位置——这是物理...

重心有道理

  若说重心高度会随车身的离地间隙不同而变化,那还好理解,毕竟重心的位置只跟物体的形状有关:比如,高个物体的重心位置必定高于同类低矮物体的重心位置——这是物理常识。问题在于,为何重心低就会带来驾驶乐趣?

  这是因为,作用于重心的力其实是物体各部位所受引力的合力,而当物体运动时,其各部位的受力状况也随之改变,以至于重力因此被分解,并随运动的方向进行转移。此时,结合力分解的原理可知……重心越高,被转移的“重量”也就越多。具体到汽车运动,这一过程便表现为载荷的移动。

  以汽车转向为例,当车辆向右转弯时,载荷将向左移动,压缩左轮悬架的减振器和弹性组件,并释放右轮悬架的减振器与弹性组件。而重心越高,转移的载荷便越多,自然分配到4个车轮上的载荷也就愈发不均衡,这必然导致4个车轮的受力更加不均匀。也就是说,在悬架结构、减振器响应特性、轮胎抓地力等其他条件都相当的前提下,重心高度越低,车辆在运动时转移的载荷便越少。这意味着,此时车辆的动态稳定性更高,也更易于操控。

  不仅如此,在美国NHTSA国家公路安全管理局进行的NCAP新车评价测试中,车辆的静态稳定系数SSF也与其重心高度有关:根据公式来说,当不考虑悬架、轮胎等变形影响时,车辆的静态稳定系数为轮距T和重心高度H倍数的比值。可见,重心高度越高,车辆的静态稳定性就越差,亦即车辆更易发生侧翻。此外,国内的研究则表明,车辆的动态稳定系数DSF可分为静态稳定因子和动态因素两部分,并且重心高度H越大,车辆的稳定性越差。

  总而言之,从理论分析到实际操作都证明,车辆的重心高度越低,车辆的稳定性愈高,也就越容易操控,并且驾驶操作也更有可预见性。站在“人车合一”的角度,这自然意味着,重心越低的车越有驾驶乐趣。而如此一来,“离地高度越低的车辆越有驾驶乐趣”的说法也就能成立。不过,需要说明的是,对于竞速赛车这类大马力的低底盘车型,除低重心带来的稳定性外,极小的离地间隙也会在高速时增加下表面的空气流速,进而形成压力差,也正是这股空气压力才让4个车轮吸附在地面上,不至于飘起。

定义重心与操控的方法

  既然降低重心有助于提升驾驶乐趣,那又该如何设定车辆重心高度呢?事实上,包括国家标准GB/T12538-2003《两轴道路车辆重心位置的测定》以及许多领域里,还能看到更为实用的方法:

  1.通过减重调整重心与驾驶乐趣

  根据国家标准GB/T12538-2003《两轴道路车辆重心位置的测定》可知,车辆的重心高度是由公式计算确定的。而在公式中,mf和mr分别是前轴载质量和后轴载质量。也就是说,在静态条件下,通过减少悬架的簧上质量或簧下质量,都可以降低重心高度。但实际操作起来,量产车的减重无疑要比赛车难得多。毕竟量产车还必需保留空调、音响等部件,只能通过各种轻量化技术以及轻量化材料从结构上为车辆减重,比如采用空间框架结构,或者基于模块化平台应用高度集成化的零部件……诸如此类。

  事实上,轻量化技术已成为当下汽车研发过程中的一项重要功课。

  至于赛车的减重,当然也不是简单地拆除原车件就行。在拆除之外,还得加装防滚架等安全装备,并用CFRP 碳纤维增强复合材料等轻量化材料打造的部件替换原厂部件,而更重要的是,做好整车的载荷平衡——这又是另外一门学问,此处不做展开。

  2.通过设定轮距、轴距调整重心与驾驶乐趣

  如果我们假定一台车的重心在底盘正中央,当底盘高度不变、车辆体重不变、悬挂设定不变时,重心点距离每个车轮的长度越远,就代表车辆过弯时重心惯量移动的倾斜角越小,动态会更安定,而这反应的就是车辆轮距、轴距的设定,最简单的例子就是大车开起来比小车稳,过弯比小车安定,以及性能车尽可能把四个车轮安装在靠近车身四个角。

  但实际上,车厂在为一辆车标定轴距、轮距时并不能任性而为,因为如果轴距太长,会造成车辆回转半径过大,以及操控反应流于迟钝的问题;轮距太宽,在法规规定下难免得加宽车身才能应对,但这又导致车宽过大,不易通行小巷,因此用这招来调整车辆重心与驾驶乐趣的关系大多有个限度,车厂更多是基于车辆产品属性与车格等级来决定轮距、轴距,至于重心与操控性透过其他技术手段来解决。

  3.通过设定悬挂、轮胎调整重心与驾驶乐趣

  很多人认为,把车辆底盘降低,既能让车看起来更酷又能降低重心,肯定能换来更好的驾驶乐趣。这点我们在之后的内容会说到,这里重点告诉大家:降底盘其实只是降重心的手法之一,但不绝对等于有更好操控性!

  举一个最简单的例子来说,有些改装玩家发现,把底盘降低之后虽然过弯时车身侧倾量减少了,但实际过弯极限车速却不增反减,甚至车身动态变得很敏感,稍微快一点或方向打多一点就车轮偏滑。原理就在于把车身降低之后,为了抑制悬挂冲程以免底盘太低,避震硬度提高了,却减少了用车身侧倾换吸收惯量转移的空间;还有就是如果轮胎抓地力、宽度没有因此强化,也会导致车辆的操控性变得很神经质。

  与此同时,不同的车辆底盘离地距,其实对于悬挂系统的几何角度也有不一样需求,底盘离地距之于悬挂几何、避震器特性、轮胎款式,再之于重心与操控性之间是一套复杂的系统工程,车厂工程师与模拟电脑要作的,就是抓到它们之间的平衡!

贴地如何飞?

  谈完车辆重心与操控之间的关系之后,该是实际探讨车辆重心高低与驾驶乐趣之间的关系了,接下来我们会把最贴地的特殊车,到最接近賽车的街车,以及超跑、轿车都实际测试一番,看看重心高低在它们身上会反映出何等的驾驶调性。

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