大家在一起谈论汽车时,经常会说某些车型的高速稳定性好,某些车型的高速稳定性差。并且很多人都认为,汽车的高速稳定性好的原因是汽车车身很重。还有一些人认为SUV车型又大又重,所以高速稳定性一定很好。那么事实究竟是什么呢?究竟是什么因素使汽车高速稳定性好呢?
“高速行驶稳定感”是怎样形成的?
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首先来说说什么是汽车的高速稳定性。
汽车在高速行驶的时候方向沉稳,整车震动小,行驶,超车,变道、刹车的时候车身平稳,可控能力强,这种现象我们就说这台车的高速稳定性好。反之,如果一台车达到一定速度后,车身和方向盘抖动,噪音开始增大,车辆比较难控制,方向盘发轻,轮胎抓地能力变差,汽车对于外界的扰动反应过于敏感,我们就说这台车高速发飘,稳定性不好。
事实上,“发飘”与车身重量并没有直接联系。说一个很极端的例子,一台大货车和一台小轿车哪个高速稳定性更好?即使大货车的车重是小轿车的十几倍,我们仍然会说小轿车的高速稳定性更好。那么影响汽车高速稳定性的究竟是什么呢?其实最主要的原因有两个,一是汽车的空气动力学,二是车轮的陀螺效应。
先说说汽车的空气动力学对汽车高速稳定性的影响。
汽车在高速行驶时,受到的主要阻力就是空气阻力。当车辆在80km/h的速度行驶,就要有60%的动力输出用来克服风阻,而且随着车速的增加,这个比例还会直线上升,当车辆速度超过200km/h,就要有超过85%的动力输出是用于克服空气阻力,空气阻力大致可以分为两种,分别是摩擦阻力和压力助力。其中的压力阻力又可以分为形状阻力、干扰阻力、诱导阻力和内循环阻力。而诱导阻力就是使汽车上升的力。
空气动力学是解决汽车“发飘”最有效直接的方法,一些跑车,还有F1赛车,这些车型的高速稳定性都非常好,它们的车身设计也都比较奇怪,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。
影响汽车高速稳定性的另一个重要因素就是车轮的陀螺效应。很多人对这个概念很陌生,事实上,很多民用车的高速稳定性主要就是由它决定的。
那么什么是陀螺效应呢?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。
那么汽车在高速行驶时哪个部位能产生陀螺效应呢?是车轮,四个车轮。当车轮高速旋转时,四个车轮就相当于四个巨大的陀螺,把汽车的车身给稳定下来。那么什么情况下陀螺的稳定效应更强呢?那就是陀螺在直径更大或更重的时候。所以,如果汽车使用更大的轮圈,更大的轮胎,更重的车轮 ,都会产生更大的陀螺效应,如果同时再配合较轻的车身,汽车的高速稳定性就会更好。
大家看F1赛车,都会感觉它们的车轮与车身的比例极不相称。车轮太大了。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。所以,F1赛车的车重不到600kg,却能在时速超过300km时稳稳抓住地面,是空气动力学和车轮陀螺效应共同作用的结果。
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