[心得] 轉向反應之原理 (1)

[ciche21 (............)]

前幾天有大大剛好討論到所謂前驅後驅比較之類的，我當時就想到下面連結的網站，不過
由於時間的關係，當時沒有PO上來，今天剛好有空，跟大家分享這個網站的內容。

http://www.autozine.org/technical_school/tech_index.html

這個網站中舉凡所有常見到的各種汽車雜誌出現的專有名詞，幾乎都有解釋，而且比一般
汽車雜誌更詳細，我們在看討論區時，所謂轉向過度，轉向不足，前驅，四驅，後驅，等
等名詞一再出現，但顯少有人知道背後更深入的原理，我個人也是看了網站的內容才有更
進一步的了解，所以今天勒，我就翻譯一下這個網站中關於轉向反應的部份，大家看看吧

翻譯開始!!
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1.轉向反應

我們常常說中置引擎車輛有較好的操控，某些無知的汽車雜誌會將此解釋為"因為較重的
引擎被放置在車體中間，因此較容易達到50:50的前後重量比，換言之，車子較為平衡"

但是"這是錯誤的"，大多數中置引擎車種由於引擎,變速箱,差速器均固定在車體後半部，
因此中置引擎車種約60%的重量偏向後軸，相對的，如Porsche 924這種引擎放置在前方，
而transaxle(變速箱與差速器結合在一起的機構)放置在後方的車種，其能真正達到50:
50的重量比，而其他優良的前置引擎車種(如BMW 3系列 Honda S2000)，歸功於偏向後靠
的引擎，其也能達到50:50的前後重量比。

我們較喜歡中置引擎車種的原因並非較好的重量平衡，而是中置引擎有較佳的"轉向反應"
，這是因為其有較低的"慣性力距"，參考連結中第一張圖。

http://www.autozine.org/technical_school/handling/tech_handling_4.htm#Steering

這兩種系統有相同的前後重量分佈，但下面那個重量較集中於近重心(換言之有較低的慣性
力距)，因此其較容易以重心當支點旋轉，由此原理，當我們施加相同的轉向力道時，中置
引擎車將會轉向較快，這表示其對於轉向有較敏感的特性。

另一個我們較喜歡中置引擎的原因在於其較偏向後的重量分佈，在加速時，我們希望有較
多的重量分佈在後軸，增加後輪抓地力，幫助起步，很顯然的FR車種在此考量下較為不利
。而在減速入彎時，重量將從後輪轉移到前輪，因此當靜止時呈現50:50重量比的車子在此
情況下反而變的重量分佈不平均，相對的，一輛40:60的中置引擎車種在減速時卻能真正達
到動態平衡的狀態。

2.轉向中性/轉向過度/轉向不足 (Neutral/Understeer/Oversteer)

這是我們常在汽車雜誌上看到的三個詞，相信很少人會反對此三種特性是研究車輛操控性中
最為重要的關鍵。

那麼，什麼是轉向不足? 基本上，當你在轉彎時，你發現車輛轉向的角度比你預期的還要
少我們就能說，這台車目前轉向不足，這不是因為你的主觀意識判斷錯誤，事實上，由於
重量分佈,懸吊設計,輪胎使用,橫向加速度,路面情況等等的不同，幾乎每台車都會有某種
程度的非中性轉向，而且同樣一台車有可能在這個彎轉向不足，但卻在另一個彎轉向過度
，這整個現象是非常複雜的，所以在此我們用一些篇幅來介紹這些現象

首先! 我們需要知道什麼?

似乎，相較於轉向不足或轉向過度，中性的轉向是我們最想要的，然而事實並非如此

事實上，當跑在直線上時，我們希望車子有輕微的轉向不足，來幫助車子穩定，而當車子
遇到側向外力時(例如側風或不規則路面)，轉向不足能抵抗這些外力，進而避免車子被自
動轉向，因此駕駛可以不用頻頻修正路線。

而當進入彎道時，我們同樣需要一些些轉向不足，提供駕駛在釋放掉煞車並建立起轉向力
時的穩定性，而在彎中，我們則希望有中性的轉向，到了出彎時，我們則期待些微轉向過
度，好幫助抓緊出彎的路線，然而，轉向過度的程度必須要是漸進式的，並且要容易的由
油門的深淺加以操控，此點我們稱之為"動力轉向過度(Power oversteer)"，沒有的動力
轉向過度，我們需要鬆掉油門(換言之損失時間)，或車子有可能衝出彎道。

然而，在此必須強調，所謂的輕微轉向不足與輕微轉向過度，常常被大多數的汽車雜誌解
釋為"接近中性轉向"，這是因為有許多的車子有嚴重的轉向不足現象，而這些汽車雜誌駕
駛早已習慣了這種車性，換言之，如果汽車雜誌說:Porsche 996 有"輕微"的轉向不足，
實際上以我們的感覺來說，其可能是"中等"的轉向不足。

基本觀念:滑移角(Slip Angle)

在我們開始更多的學習前，我們必須先了解"滑移角"這個觀念。

當車子進入彎道時，所有的輪子將相對於地面轉向，而充氣輪胎是具有彈性的，在胎地接
觸面(contact patch)上的走向(trend)將會抵抗轉向動作，因為輪胎上的橡膠與地面有摩
擦力的產生，結果胎地接觸面上的走向將會被"扭曲"，車胎真正的走向總是少了輪胎的方
向一個角度(看下面連結的第2張圖)，我們將輪胎走向與輪胎方向間的角度差稱之為"滑移
角"。

http://www.autozine.org/technical_school/handling/tech_handling_4.htm#Steering

(註:圖中下面有一段文字註解，"此車正在左轉(the car is turning left)"，但是"輪胎
的軌跡(Path of rolling tire)"卻是朝向右邊，這可不是作者畫錯喔!這是因為這張圖的
拍攝角度是從天空往地面上看，如果把車身畫出來，那車頭應該是朝向"右上"方，而車頭
與圖中垂直線的夾角就是輪胎相對於車身所轉的角度，假設是25度好了，但是車子真正走
向的角度並不會是25度，而是車頭與輪胎軌跡(Path of rolling tire)間的角度，假設是
22度好了，那麼輪胎轉向角度與實際走向角度間的角度差3度，就稱之為"滑移角(Slip
angle)")。

現在哩! 你必定會想:滑移角的存在造成轉向角度減小，所以車子會"轉向不足"，事實上
，事情沒有這麼完美，假設前輪與後輪的滑移角剛好相同，而他們的滑移方向是相反的，
那麼轉向角度最終將不會改變。

然而! 如果前輪與後輪的滑移角不同，那麼"轉向不足"或"轉向過度"的現象就產生了

  轉向不足 : 前輪滑移角 > 後輪滑移角

  轉向過度 : 前輪滑移角 < 後輪滑移角

  轉向中性 : 前輪滑移角 = 後輪滑移角

請看連結最底下的圖

http://www.autozine.org/technical_school/handling/tech_handling_4.htm#Steering

翻譯完畢!
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翻的好累! 先休息一下
如果各位大大認為有什麼翻的不好的地方
煩請各知，我好修文

下集預告:

我們常說前驅車轉向不足，後驅車轉向過度，那原理何在? 重量分佈將對轉向反應有何
影響? 預知詳情請看下回分解分曉，如果你想先睹為快，那就看原文吧!!


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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc) 
◆ From: 61.59.237.161
推 yamatobar:好文!推!
推 reallocust:推!!汽車消息我還是喜歡看國外的網站或雜誌
推 Smallp:大推, 感謝原Po付出的心力
推 Mariah:推，真用心，一定花很多時間翻譯吧，感謝
推 reallocust:哈哈...那下次我來翻譯WorldCarFans的新聞好了,練練英
→ reallocust:文能力~~~
推 Zender:不推不可
→ chasemasami:超屌
推 szh:不推枉費在歐洲車板晃了那麼久~~~~~~~~
推 zeta:不推不可
推 Tiger:不推不可~感謝原Po付出的心力
→ eqable:翻譯的好, 推~
推 changyc:感覺滑移角的圖片是由地下往天空拍攝耶?! 可否查證?
→ ciche21:應該是從天空往地上拍沒有錯! 我當時也想了一段時間，如果
→ ciche21:是從地上往天空拍，為了符合車子在左轉的條件，車頭應該是
→ ciche21:朝向左上方，但是這樣一來輪胎實際行經方向與車頭的夾角，
→ ciche21:將把輪胎指向的夾角還要大，此點與事實不符，所以這張圖片
→ ciche21:應該是從天空往地上拍，不過這張圖還是有個地方我覺得怪怪
→ ciche21:的，原圖的胎紋由上往下為"直>左斜>右斜>直"，不過我覺得쀠
→ ciche21:應該相反，也就是"直>右斜>左斜>直"，因為當在左轉時，胎꼠
→ ciche21:紋會被與運動方向"相反"的摩擦力拉往右邊
推 changyc:可是下面那三張解釋前後輪滑移角的圖, 看起來像是地上往天
→ changyc:空看的圖耶....@_@
→ ciche21:下面那三張圖是從地上往天空拍沒錯，而中間那張圖如果要解
→ ciche21:釋成地上往天空拍，則原作者圖上給的條件就會產生一些矛盾
→ ciche21:我想如果圖下面 note 改為 "the car is turning right"
→ ciche21:然後其他條件照舊我原PO文上的解釋，就可以說是從地上往天
→ ciche21:空拍
推 changyc:再重看了一次, 同意Ciche21大大的說法, 從天空往地面拍
→ changyc:只是覺得這邊出現slip angle是否代表輪胎已經抓不住地面了
→ changyc:才會出現輪胎方向與行進方向不同的情況呢?
→ changyc:中圖是否可解釋成左轉的輪胎開始向右滑移了? 若是不滑移
→ changyc:是否slip angle = 0?  謝謝Ciche21大大的討論 :)
→ ciche21:先來把我剩下的東西翻完! 再找資料來跟你討論
推 JMW:辛苦了...謝謝翻譯，moment of inertia就是所謂的轉動慣量