你认为转动你的车很容易吗?让我们了解一下这背后的科学

对于网友想知道的你认为转动你的车很容易吗?让我们了解一下这背后的科学和汽车怎么转弯的的话题,本文有详细的解,希望能帮助到大家。


在上一篇文章中,我们从动态角度讨论了稳态转向题、转向特性的定义以及转向特性与驾驶风格之间的联系,但这一切都有一个关键前提轮胎滑移角。这是因为轮胎滑移力与滑移角成正比。你可能想知道,如果我对这段关系不满意怎么办?今天我们将再次从更一般的几何角度来看待转向特性题。


两种不同的转向条件


为了后续讨论方便,我们首先要区分两种转向操作低速转向和高速转向。可能还有很多其他别名,但区分标准很简单。这就是离心力是否可以忽略不计!我们继续借用上一集中的自行车模型来说明题。


低速转向


如果车辆转弯时的速度很慢,我们可以粗略地假设没有离心力,而由于没有离心力,轮胎不会产生侧向偏转,也就不会产生侧向偏转力。这样,轮胎状况就和直线行驶一样,没有明显区别。那么车辆的圆周运动状态应为


我们通常称Os为静态转向中心,Rs为静态转向半径。事实上,由于前轮转动角度很小,静态转向半径远大于轴距。转向角、轴距、转向半径之间存在如下关系


上一集提到,稳定转向时的角速度实际上是圆周运动的角速度,所以很容易计算。


那么此时质心的侧滑角是多少呢?你能写吗?


这里还要提一下的是,实际车辆有左右两个前轮,转向角度并不相同,略有不同。通常内轮稍大,外轮稍小。这是为了保证转向过程中内外轮垂线在静态转向中心点相交。在实践中,这是通过题型调整机制来实现的。内轮和外轮略有不同的配置称为阿克曼转向。


B高速转向


随着转向速度的增加,离心力不再可以忽略。前轮和后轮也发生偏转,提供平衡离心力的侧向力。因此,旋转几何关系为


让我们重点介绍一些关键差异。


转向中心已搬迁。


角度关系也发生了变化。


然而,通过简单的几何分析,创建高速转向过程中多个参数的表达式并不困难。第一个是新的转弯半径。


则偏航角速度为


注此处显示了前轮和后轮滑移角的两个参数。转向特性的秘密就在于这两个值。稍后我会写更多关于这方面的文章。


最后,还有质心横向滑移角。这个推导稍微麻烦一点。转向特性图上必须画有辅助线。这里我就不啰嗦了,直接写结论。


对于完整的衍生产品,请查看我们即将推出的有关车辆动力学的技术专栏。在其中,我们将提供科普文章中难以展开的详细信息。


几何关系用于描述转向特性。


让我们从最直观的回转半径表示开始。在高速转向条件下,圆周半径的表达式还包括两个附加项前轮和后轮的滑移角。整理了一下之后,我也记下了侧滑角。


显然,随着前后侧偏角相对大小的变化,两者的差值也在正负之间变化。在上一篇文章中,我们介绍了“稳定性系数”,它的正值和负值大家应该都很熟悉,因为它们对应着不同的转向特性。那么这是否意味着正值和负值可能定义不同的转向特性?让我们来看看


如果前轮滑移角与后轮滑移角之差为正值,即前轮滑移角大于后轮,则转弯半径大于前静态转弯半径,这意味着那么车辆的转弯半径是多少,这个特性是什么?显然,转向美国仅靠这一点是不够的。


如果前轮滑移角与后轮滑移角之差为负值,即前轮滑移角小于后轮,则转弯半径小于前轮静态转弯半径,即车辆转弯半径较小时转向过度。


最后,如果前轮和后轮的滑移角相同,则发生中性转向,在这种情况下,无论车速如何,车辆都可以保持与静态转向相同的半径。


可以看到,这提供了另一个角度来理解车辆的稳态转向特性,从这个角度来理解也更加直观。事实证明,这种神秘的转向特性实际上取决于哪一个前轮或后轮的侧滑角更大。滑移角实际上反映了滑动力的强度,因此虽然滑移刚度基本上是恒定的,但它实际上取决于前轮或后轮是否分担更多的离心力。如果前轮责任较多,前轮滑移角就会更大,车辆容易出现转向不足的情况,如果后轮责任较多,自然就会出现转向过度。将这三种转向特性同时对应的几何关系画在下图中,大家就能一目了然。


无论哪种转向特性,我们都可以看出,只要有离心力存在,前后轮就必须产生侧滑角来平衡离心力。只要存在侧滑角,根据几何关系,车辆的转向中心就不再是图中静态的转向中心Os,而是向车辆前方移动。


我们再来说一下转向中心。


刚才提到的车削中心的概念可能看起来有点抽象,但是我们从不同的角度来更深入地理解它。不过,这次我们只讨论具有NS功能的车辆,原因稍后会提到。


至此我们知道,具有NS特性的车辆的运动半径不会因车速的变化而变化,并且从几何角度来看,前轮和后轮分担一半的离心力,因此产生相同的侧向力。滑移角。需要注意的是,前轮和后轮的滑移角随着车速的增加而增加,并且始终保持不变。如果你画一张图,它看起来像这样


可以清楚地看到,从最初的低速转向到高速转向,转向中心从后轮中心移动到前轮中心。不过有趣的是,转弯半径根本没有变化,等于轴距除以转向角,这是因为任何时候前后轮的滑移角都是相同的,这是一个特性的传输。空档转向车辆。那么它到底意味着什么呢?不用担心。和我一起继续探索吧。根据上一张图,画出质心侧滑角和车身,如下图所示。


嗯,区别很明显。随着车速增加,车辆从轴线的一侧移动到另一侧时,其质心侧向滑移角会发生显着变化。如果这反映在你的身体姿势上,你会注意到,随着车速的增加,车头越来越指向弯道内侧!这一点通过仔细驾驶时的体验就可以看出。


上述分析是基于具有NS特性的车辆,但值得注意的是,如果您驾驶的是转向特性过大的车辆,则随着车速的增加,指向弯道内侧的倾向会变得更加明显!当然,美国车会好一些,但如果速度超过一定限度,这种情况就会不断发生。也就是说,这个特性与转向特性无关,最终判定是转向的离心力造成的。


转向特性的两种定义之间的联系


在上一篇文章中,我们从动态角度描述了转向特性,并定义了稳定性系数A,其与零的关系决定了车辆是否会过度转向或转向不足。而由于本文是从几何角度定义稳态转向特性,我们自然想这两个定义是否一致。你们有什么关系吗?


回顾上一篇文章中得到的方向盘转角与转弯半径的关系,我们有


在本文中,我们可以对式3稍作修改,得到


这两个表达式的组织结构相似,比较它们并不困难。


所以我们得到了另一种形式的稳定因子。


显然,分子是前轮和后轮滑移角的差值,而分母准确地表达了圆周运动的加速度,因此两者相除的意义就很明确了。加速度和滑移角的差异是一个稳定性因素。前轮和后轮哪一个分担的离心力更大,决定了汽车转向不足还是转向过度,离心力越大,侧滑角越大。偶然地?这是因为离心力的大小反映在加速度上!


结论


本文从几何角度讨论了车辆转向的一些有趣规则。我想再次提醒大家,这种几何关系是普遍存在的。无论轮胎侧向力是否与滑移角线性相关,这一点都是成立的。上一篇文章中的动力学分析是基于小侧滑角的线性假设。我们希望这两篇文章能让您对车辆的转向特性有更全面、更立体的了解。


如果您想了解更多有关汽车背后的科学知识,请关注我和我即将推出的专栏。


汽车如何右转?左手握在9点钟方向,右手握在3-4点钟方向,大手放在方向盘内侧,其余四根手指放在方向盘外侧。


2.如果车辆要左转,先打开左转向灯,然后用左手向左转动方向盘,然后用右手帮助将方向盘向左推。用右手向右转动方向盘,使行驶方向为正。


3、想要车辆右转时,先打开右转向灯,然后右手将方向盘向右打,左手向右推。转动方向盘后,用左手向后转动方向盘,使行驶方向保持直线。


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