【汽車基礎教室】大家都愛轉向不足( 上 )

記者:sutl 2002-12-13

一般人在過彎車速過快發生車禍時,如果車子是直直衝到對向車道,撞到對向車輛時,大多數的駕駛人都會認為是自己車速過快,被撞的人也會認為是對方車速過快,來紀錄的員警也會認為是肇事者車速過快,連法官也會這麼認為。但如果換一個失控方式,不是車頭衝出去,而是車尾衝出去的話,相信很多車主會認為車子穩定性怎麼這麼差,被撞到的人也認為是被一部操控性不佳的車撞到,來紀錄的員警也認為肇事車輛的抓地力怎麼這麼差,連法官也會這麼認為。於是搞到最後,這部轉向過度的車可能會被政府下達全面強制回收的命令,為了避免這種悲慘的命運,車廠只好都將車作成轉向不足,因為轉向不足是普世公認的神聖正道,轉向過度都是邪魔妖道。

車輛動態的基礎理論


不過在進入本文重點『如何將車作成轉向不足』前,當然要先講一下車輛動態的原始特性,影響車輛動態最主要的三個原因,一為車身重量分佈,二為驅動輪的配置,三為懸吊系統的設定。但其實有一個東西影響比懸吊系統還大,那就是輪胎,不過一般車輛四輪輪胎都相同,那就不影響車輛動態了。 影響車輛動態最顯著的莫過於車身的重量分配了,而現在車輛上最重的東西不外乎引擎與變速箱兩大項,在一般的情況下,引擎會放在車頭,這是因為引擎需要散熱,而車頭是整部車最容易吹到風的地方。其實就算是中置引擎的跑車,通常引擎散熱水箱也是放在車頭,所以為免自找麻煩,一般市售車都是前置引擎的。而變速箱通常也都是直接接在引擎後方,這樣比較方便簡單省錢,只有少數FR跑車會採用前置引擎後置變速箱的平衡設計。 在一般情況下,FF車的前後配重約為65/35,FR車的前後配重約為60/40,後置變速箱的FR的前後配重約為51/49,MR車的前後配重約為40/60,RR車的前後配重約為35/65,而最近很流行的前中置FR車的前後配重約為55/45。



▲這麼大的一顆引擎放在車頭,再加上一顆變速箱,要車頭不重也難。

這些前後配重除了引擎變速箱位置的影響之外,也有驅動輪牽引力與轉向特性的考量。FF車的配重要做到55/45也不是不可能,只要將前懸縮短後懸拉長,引擎靠近防火牆,電瓶等重物放到行李箱去就成了,不過這樣前輪的遷引力就會太低而頻頻打滑,所以一般市售FF車前輪的荷重還是會設計到60%以上。 而大多數的FR車為60/40的原因為省空間,不要以為古人不知道前中置FR這種設計,而是這種設計下的車室空間勢必因引擎後移而大幅縮小,所以講求乘坐空間的房車是不可能採用這種設計的,而且為了要轉向不足,車頭重一點比較好。 大部分的MR跑車的前後配重約在40~45/60~55,除了引擎實際上在中央偏後、變速箱在後這種顯而易見的因素外,還有考慮到油箱重與駕駛人重的問題,因為跑車車重都很輕,再加上這兩個重物之後,前後配重更為平衡,而且,跑車的馬力很大,在只有後輪驅動的情況下,後輪的荷重還是大一點比較好。 RR車在這世上幾乎就是指911,35/65的配重誕生了911的甩尾神話,這主要是因為引擎在後輪之後的原因。OK!接下來就來說明前後配重對於轉向特性的影響。


摩擦力=向下力×摩擦係數


▲這是FF車常見的後麥花臣設計,不過是用三支連桿代替下臂,看得出來這樣的前後懸吊設計,將使得Mondeo的後輪穩定性遠優於前輪。

在講車重與抓地力與轉向特性的關係之前,我要先說一句話:「上面那一個公式是正確的。」可是在現實環境的體驗下,大家都覺得好像不對,原因很簡單:『輪胎的摩擦係數會變』 相信很多人都知道輪胎有工作溫度這一回事,到工作溫度時的摩擦力最大,低時摩擦力小些,高時摩擦力大幅滑落,而這些熱都是摩擦造成的,摩擦力越大溫度上升就越快,知道這一回事的話,很多日常可見的車輛動態現象就很容易了解了。 OK!為了方便說明起見,我舉個例好了:一部前後配重600kg/400kg的車,前輪的溫度會比後輪高,假設某個瞬間前輪的摩擦係數下降為0.77,後輪下降為0.82,這時前後輪的靜摩擦力為462kg/328kg,這樣當車以0.75G的加速度過彎時,前後所受到的橫向力為450kg/300kg,還不會使輪胎打滑,當以0.80G的加速度過彎時,前後輪所受到的橫向力為480kg/320kg,這時前輪就會打滑,而後輪卻還沒有,但事實上這部車不會到0.80G這種加速度,只要一超過0.77G,前輪就會開始打滑,而轉向G值就不會在上升。 這樣舉例你就知道為何前置引擎會造成轉向不足,後置引擎會造成轉向過度的原因,因為輪胎摩擦係數會隨著溫度改變,而輪胎溫度會隨著承受到的力量而改變。


重心高低的影響


▲同樣的底盤在JAGUAR X-TYPE 2.5上,改採用4WD的設計。前懸吊長得跟Mondeo一樣。後懸吊就不一樣,採用上下控制臂的設計

繼續討論重量分配對輪胎溫度的影響,重量除了前後分配的情況之外,也有高低的不同,因為重心高低對於輪胎向下力的影響是僅次於重心前後位置的,當重心越高時,外側輪胎的向下力會越大。完全聽不懂是吧!我再舉例好了。 假設一部車重心高1m、輪距2m、車重1000kg,這樣當車受到橫向0G的加速度時,左右輪的向下力為500kg/500kg,當車受到橫向1G的加速力時,這時左右輪的下壓力為1000kg/0kg。 再假設一部車重心高0.5m、輪距2m、車重1000kg,當它受到橫向1G的加速度時,左右輪為750kg/250kg。這樣你就了解到,重心低的車讓輪胎承受到的下壓力比較小,這樣輪胎溫度就上升的比較慢,摩擦係數下降的也就比較慢。 再再假設一部車重心高0.5m、輪距1m、車重1000kg,當受到橫向1G的加速度時,左右輪為1000kg/0kg。這樣你就知道寬輪距與低重心有同樣的效果。 所以有些前置引擎車在設計時,會設法降低前輪重心提高後輪重心,加寬前輪輪距縮窄後輪輪距,以彌補車頭太重所造成的轉向嚴重不足現象。