汽车越大越重,高速行驶就越稳这样的观点误导了你多少年?
所谓的汽车跑高速"发飘"是指汽车在高速行驶时方向轻浮,轮胎与地面的附着力变差,汽车对于外界的扰动反应过于敏感,车辆比较难控制的现象。与之相对应的是汽车高速行驶平稳,方向沉稳,不论是超车、变道还是刹车,汽车都是可控的。汽车高速行驶稳定性是汽车极为重要的一个性能,在很大程度上反映了汽车的综合性能。
很多人认为汽车跑高速"发飘"是因为车太轻了,被风一吹就跑了,并且拿日系车和德系车做对比,认为德系车用料足、钢板厚、车身重,所以高速行驶不"发飘";而日系车钢板薄,车身轻,高速行驶"压"不住,自然就"发飘"了。但事实上,很多日系车的车重是大于同级别的德系车的,比如本田雅阁1512公斤,大于同级别的帕萨特领驭1495公斤;丰田卡罗拉1285公斤,大于同级别的大众高尔夫1260公斤。但是帕萨特和高尔夫的高速稳定性都要优于雅阁和卡罗拉。再举极端一点的例子,F1赛车车重只有600公斤,很多家用轿车的车重都是它的二倍,但高速稳定性与它相差甚远;卡车的车重是轿车的十几甚至几十倍,但卡车在高速上更容易失控,远远不如轿车稳定。所以,车重并不是汽车跑高速"发飘"的因素。
还有人说,汽车跑高速"发飘"是因为底盘不好,方向轻飘飘。首先这个"底盘不好"究竟是指什么,是指悬架系统的结构型式,还是指悬架系统的材质,还是指汽车整个底盘系统的重量?这是一个很模糊的说法,根本没法去准确的衡量。另外高速行驶方向轻这个问题已经解决了,现在的电动助力转向已经很容易的实现随速转向,大部分车型在高速行驶时方向都非常沉稳。即使采用同样的底盘结构、高速行驶转向沉稳的不同车型,高速行驶稳定性仍然有很大的差别。所以,底盘不好,方向轻也不是汽车跑高速"发飘"的因素。
那么影响汽车高速稳定性的原因究竟是什么呢?很多人大概想不到,导致汽车高速行驶"发飘"与否的主要因素有两个,一是汽车的空气动力学,二是车轮的陀螺效应。
首先来看看汽车的空气动力学对汽车高速行驶稳定性的影响。大家都知道,汽车在高速行驶时,受到的主要阻力就是空气阻力,并且车速越高,空气阻力对汽车的影响越大。空气从汽车车身通过时,会分成两部分,一部分向上从车顶流过,一部分从车底流过,由于从车顶流过的空气流速大于从车底流过的空气流速,根据流体力学的原理,流速越大压力越小,所以此时的汽车就会产生一个向上的升力,与飞机起飞的原理是一样的。这个升力学名是"诱导阻力",并且车速越高,诱导阻力越大,汽车上升的趋势越明显。很显然,这个诱导阻力会使汽车与地面之间的附着力下降,方向变得很轻浮,当它升高到一定程度时,汽车就会感觉"发飘",操控性变得变差。
所以,降低诱导阻力是提高汽车高速行驶稳定性的直接而有效的方法。要想让这个力变小,基本原则就是增大汽车下部空气的流速同时减小汽车顶部空气的流速。常见的做法是在汽车底部安装护板和导流板,让汽车的底部变得非常平坦,并且让空气按照预定的方向流动;同时在车尾部设计空气扩散器,让空气更快的流过车底。另外还可以在汽车上部安装扰流板,这样就会让空气在流经汽车车身时对汽车施加一个向下的压力,这个压力越大车辆行驶越"稳",车辆高速稳定性越好。所以,很多车型为了追求良好的高速行驶稳定性,底盘都包裹的非常严实,身设计也比较奇怪,有一些空气流通的孔洞和扰流板,主要的目的就是利用空气的压力,增加汽车高速行驶时的附着力,把汽车牢的"按"在地面上。
再来说说汽车车轮的陀螺效应对汽车高速行驶稳定性的影响。很多人对"陀螺效应"这个概念很陌生,我们首先来解释一下。
什么是陀螺效应呢?简单来说,陀螺效应就是旋转的物体有保持其旋转方向(旋转轴的方向)的惯性。当一个圆形物体高速旋转时,它就会产生一个极强的稳定性,就像一个在冰上高速旋转的陀螺轻易不会停止和倾倒一样。大家都知道中国的航天事业很发达,发射火箭的成功率很高。在火箭中,有一个很重要的设备就是陀螺仪,它是火箭导航和控制姿态最主要的装置,它的原理就是利用高速旋转物体产生的稳定性来实现的。
那么这个陀螺效应与汽车的高速行驶稳定性有什么关系呢?这是因为,汽车的车轮在高速旋转时,会产生巨大的陀螺效应,对汽车产生稳定效应。四个车轮就相当于四个巨大的陀螺,能够把汽车的车身给稳定下来。车轮越大、越重,产生的陀螺效应就越高,对车身的稳定作用就越强,汽车的高速行驶稳定性越好。
大家如果仔细的观察F1赛车,都会感觉它们的车轮与车身的比例极不相称,车轮显得太大了。它们之所以使用这么大的车轮,最重要的原因就是利用车轮的陀螺效应来稳定车身。还有很多跑车也安装了很大的车轮,目的也是利用车轮的陀螺效应来稳定车身。轿车也是这样,车身尺寸越大、越重,匹配的车轮也越大。在这里要批评某些城市SUV,它们安装了巨大的车身,但是车轮却不大,这样就导致高速行驶时车轮不能产生较大的陀螺效应来稳定车身,高速行驶稳定性是比较差的。这也可以反驳那些说SUV车身重,所以高速行驶稳定性更好的人的观点,事实上绝大部分的轿车高速行驶稳定性都要优于SUV车型。
所以,影响汽车高速行驶稳定性、让汽车高速行驶不"发飘"的真实原因是汽车的空气动力学和车轮的陀螺效应,而不是车重和底盘的结构型式,车重只是会让汽车在颠簸路面上振动小一些,同时抗侧风的能力强一些。这两个因素在汽车设计制造时就已经定型了,后期很难改变。当然,如果汽车底盘技术状况不佳,比如胶套松旷、悬架变形、转向间隙大、车轮动平衡不好等,这些也会导致汽车高速行驶"发飘",但这就属于异常现象了,需要入厂修理了。
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