[淺談] 逆操舵：Countersteering

[herejia ()]

   自從看了twist of the wrist的影片之後

   就一直很想找一篇淺顯易懂的逆操舵文章來翻譯

   最近終於找到了   所以就把他翻成中文了

   有興趣的就看看吧XD   希望對大家騎車的觀念有一些影響

twist of the wrist影片：
part1/7  剩下幾部可以從關連影片找
http://www.youtube.com/watch?v=2URRulpDQWM&feature=related

原文：http://en.wikipedia.org/wiki/Countersteering
      有幾段跳過了 沒有全翻
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前言：
    逆操舵是腳踏車或機車等單軌車輛騎士常用的技巧，簡單來說就是在進彎時將龍頭瞬
間推向彎道的反側(即左彎推向右側)。這是因為這些單軌車輛如果要過一個彎，騎士和車
輛的總合質心必須傾向彎道內側，而推龍頭這個簡單的動作就能夠產生這個效果。但是這
個技巧在傳統的多軌車輛如三輪車、邊車等上面是無效的。

    不過如何讓車傾倒可以從物理與騎士的角度來討論。物理現象是永遠存在的，因為在
沒有外力如側風等等的情況下，逆操舵絕對是最快速且唯一能讓車輛有效傾倒的技巧，雖
然在低速時這個現象可能比較不容易察覺，但是還是可以從低速保持平衡時發現。不過從
騎士的角度來看逆操舵似乎不是必要的，但是的確在車重夠輕如腳踏車的情況，騎士可以
單單藉著移動騎士重心來讓車身傾倒。而重量較重如大多數機車，則可以從很多物理實驗
發現只靠騎士挪挪重心想讓車身傾倒事幾乎沒有效果的。

    還有個很重要的就是分清楚在固定迴轉半徑與車身側傾角下過一個彎時轉向力矩與轉
向角的變化（轉向力矩：騎士對車把所施加的力矩。轉向角：前輪轉向的角度。兩者通常
皆是定義向彎中為正。）。在一開始要入彎時轉向角與轉向力矩皆是負的，此時就是逆操
舵。但是在彎中，轉向角通常會變為正的，但是有些情況特別是在高速時還是有可能維持
負轉向角。但是轉向力矩就通常為負的了(可以看網頁中的右最上圖)。而固定彎道時，決
定一台車轉向力矩與轉向角的大小與方向的就是靠車速、車架幾何、輪胎係數以及車輛與
車手總合的質心位置。

兩輪 vs 四輪：

    四輪轉向是靠前輪或後輪轉向角來達成。簡單來說，轉向角關係到車輛過彎的反應。
因此通常用位置控制來描述四輪車輛系統。

    兩輪則靠側傾來轉向。但是側傾與騎士對車把的操控並沒有直接的關係與四輪非常不
同。儘管轉向角沒辦法直接對車輛的側傾造成影響，但是轉向力矩卻會，而側傾角又是決
定輪胎側向力的主因之一。因此兩輪則常用力控制系統來表示。

    側傾會讓車輪在傾倒方向產生一個轉向力，而因為側傾所產生的側向力被叫做側傾推
力。這也是為什麼兩輪可以用跟四輪比起來小很多的轉向角過同一個彎的原因。而一般常
用的輪胎模型中決定側向力的因素有側傾角、側滑角(四輪車輛產生轉向力的主因)、驅動
力、正向力(賽車中下壓力被重視的主因)。

原理：

    單軌跡車輛就像一個倒擺。

    現在讓我們來解釋騎士用來入彎的技巧--逆操舵。當要進入一個左彎時，一切都是從
把車把推向右側開始。在騎士用一個力推車把後，前輪會轉向右側，同時產生一個向右的
側向力(由於側滑角)，在這個短暫的瞬間後輪同時因側滑角產生一個向右的側向力。由於
這個力是在地面輪胎間作用，所以會對騎士與車輛的總合質心產生一個向左傾倒的力矩。
用個簡單的實驗來解釋，可以在擺在地上的寶特瓶與地面中間擺張紙，然後順間把紙抽出
你會發現寶特瓶永遠會倒向你抽紙方向的反向。回到正題，在車輛往左倒之後，便會因側
傾產生先前所說的側傾推力，車輛因此便順利的向左彎了。而整個轉向系統幾何便決定了
騎士需要出多少力、往哪個方向施力才能讓前輪轉多少角度。這便是為什麼眾多車廠在防
俯衝、防後沉與前後懸吊的妥協等等設計上花下大量心力的原因，一切都為了在加速、煞
車等等不同操駕情況下可以保持車架幾何以維持車輛過彎特性。
(有興趣的可以花點時間看之前po的"Suspension - A Racer's View"這篇文章)

    雖然這一連串過程看起來很複雜，但是這從大家孩提時代學習騎腳踏車時便已經成為
大家的反射動作了。因此很多騎士雖然堅稱自己並沒有，但是卻不知道自己實際上已經常
常使用逆操舵這個技巧了

    很多人聲稱他們騎車是靠重量轉移，縱使這的確對改變車輛方向有"些微"的影響，但
是卻沒有人可以肯定的說，在重量轉移時，他沒有對車把有多餘的動作。

    (這段與前言最後一段重複，自己翻回去看吧XD)

    逆操舵同時也是調整車身側傾角的重要技巧。

靠側傾轉向：

    從力平衡的觀點來看，越高速、越急的彎需要越高的側傾角。然後從直行狀態改變到
轉向，中間靠的就是將總合質心傾向彎道側，而造成這個傾向最有效率的方法就是把支點
(前後輪接地點連線)移向彎道反側，你可能會想說那把身體往彎內移不是也有一樣的效果
嗎？但是事實上是騎士往彎內移的同時，便已經同時因作用力與反作用力而對車輛造成一
個往彎外推的力了，所以騎士的重心雖然在彎內了，但是車輛的重心卻在彎外，總合質心
的位置是沒有影響的。


使用逆操舵來轉移質心：

    當騎士逆操舵時，因為轉向機構幾何的關係，會讓前輪的的接地點往轉龍頭的方向移
動。這時，整個系統的支點(前後輪接地點連線)便被外移了，因此產生轉移質心的效果。
雖然在各車速都有這種現象，但是可以發現越高速時逆操舵越明顯，越容易被察覺。因此
如果要向左彎，騎士便可以利用逆操舵來很快的打破車輛直行的平衡狀態。

當車身傾倒以後：

    當傾角夠了以後，前輪通常需要轉成向彎道側，不然車身會繼續因重力而傾倒下去，
而且傾倒的速率會越來越快，直到車身接觸到地面為止。但是因車架幾何設計的關係，騎
士們幾乎或是完全不用任何操作，前輪就會自己有個很大的趨勢傾向往車輛傾倒側轉，這
都要多虧工程師的聰明設計。

    而在穩態過彎時實際需要的轉向力矩，決定因素有很多如車架幾何、質心分布、騎士
位置、輪胎係數、轉向半徑、車速。在低速時，就算是轉向角是轉向彎內側，轉向力矩通
常還是負的，也就是說在過右彎時騎士須要推右握把或是拉左握把來維持穩態過彎。而高
速時，情況則反過來，右彎時推左握把或拉右把以保持穩態過彎。

過彎中的調整或是出彎：

    在彎中，如果需要調整路線，逆操舵又是一個重要的可用技巧之一了。因為如果在同
樣速度下要減少轉向半徑，增加傾角是最直接的方法。因此又回到問題的原點了，從前面
的結果來看就是繼續使用逆操舵。這對沒訓練過的騎士來說是非常違反直覺的。而如果要
出彎了，依此類推，只要把車頭轉向彎道側就可以讓車身回正了。

陀螺效應：

    另外一個因為轉龍頭會造成車輛傾倒的就是陀螺效應--進動。這個效應的大小與車輪
轉動慣量、車輪轉速、車頭轉向速度以及轉向機構中的後傾角有關。

    以一台50mph(22m/s)的前輪轉動慣量為0.6 kgm2機車來說，如果以半秒一度的速度轉
動龍頭，會產生3.5 Nm的側傾力矩。而將龍頭轉向彎外產生的側向力約為50 N，這個側向
力造成的側傾力矩，約為50 N*0.6 m(重心高度)等於30 Nm。

    儘管算起來陀螺效應佔整個側傾力矩的12％而已，但是還是在逆操舵中扮演非常重要
的角色，這是因為陀螺效應產生的力是與推車把這個動作"同時"產生的。而與之相比，車
輪接地點的轉變顯得慢得多。因為這個特性，所以對賽車要快速傾倒非常的有幫助。

機車：

    跟腳踏車比起來，逆操舵對機車安全駕駛來說更顯得重要。所以機車安全基金會(MSF)
和加拿大安全協會都把逆操舵列入安全駕駛課程。

    機車過彎這門藝術有一部分就是學習有效的"推"車把和如何在彎中保持適當的傾角。
而能讓機車快速轉向這個特性，讓逆操舵成為閃避危險的必備技術。很多意外便是因為很
多騎士沒有用心的練習這項技術，沒讓推車把成為反射動作而無法閃避出乎意料的危機。
為了讓逆操舵可以更好理解更容易接受，所以用一句簡單的話來總結那就是：

                        "推右手過右彎，推左手過左彎"


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※ 發信站: 批踢踢兔(ptt.cc)
◆ From: 114.44.78.136
推 withfrog:感謝翻譯!
→ OOQ:逆操舵不是身體的自主反應，不用學就自動會做的反應嗎？
推 kerash:我看網路影片或文章怎麼看都看不懂，但是好像自己就會做= =
→ OOQ:話說逆操舵我的習慣是「拉左手過右彎，拉右手過左彎」
→ OOQ:感覺拉的比推的更控制如意
推 mongchie0204:剛新學身體會跟的比較慢喔
推 TheAvenGer:我很好奇不會這個動作怎麼轉彎的= =
→ TheCrossRoad:裝輔助輪不能逆操舵吧?
   逆操舵簡單來說就是打破車輛平衡  讓車身快速傾倒的方法
   而讓車身傾倒的原因則是為了轉向  有了側傾推力這種單軌跡車輛才有辦法過彎
   但是如果裝了輔助輪就無法傾倒了  也就沒辦法用這種方法轉向了

推 raei22:自然反應無誤 沒這個動作無法轉彎 之前有一片龍頭釘死的
→ raei22:還是怎樣實驗的有點忘了 @@
→ raei22:一般人不用想那麼多 正常轉彎.猛然轉彎都能做出來就夠了
→ raei22:閃車時我知道要猛然轉彎就好 才沒時間想要推左邊還右邊...
→ raei22:逆操舵的理論可以好好研究 但一直強調是技巧會害到一般人..
推 kimi7918:一般人直覺就好 真的不用去想什麼逆操舵..
※ 編輯: herejia         來自: 114.44.78.136        (01/13 23:55)
→ TheAvenGer:我覺得每次有安駕都會把這個技巧弄得像神技一樣= =
→ TheAvenGer:但是一把平常習以為常的東西拿出來講...
→ TheAvenGer:我很擔心會不會有人為了快速傾倒推太多@@
推 mimictony:是不是有點像反胎這樣啊??
推 ebin: 過沒多久又會有好奇的學生在停車場空地試驗了 (誤)