为什么车辆两轮行驶时前后轮不在一条直线上?

http://v.youku.com/v_show/id_XNjUxODA1NTcy.html

视频里的车的前后轮很明显不在一条线上行驶,这是什么原理?前后轮距不同?束角?

还有车辆质心至少要多高才能这样做?

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6个答案
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这个问题还是自己回答吧。。。。

有点物理基础的应该都能看懂。


首先回复楼上@Mr.Tech

质心的话,显然要落在两个车轮连线上

如果从垂直俯视的角度来讲这句话是对的,但准确地说应该是让质心保持在轮胎接地中心与地面垂直的那条线上,这样才能使质心的受力平衡。

至于非稳态输入,这倒不是车辆前进方向的影响因素,若没有轮胎侧偏的加入,即使方向再怎么不稳,平均横摆量最终还是0

(两张图说明一切)

那侧偏又是什么?

要谈论这个话题,首先得明白轮胎并不是一个刚体,当有一定载荷施加到轮胎上时,橡胶产生变形,轮胎与地面便会形成一种“面接触”而不是刚体中的“点接触”,这个面称作“接地印迹”。如果在车轴上施加一个侧向力,轮胎的接地印迹便会随之移动,但印迹的中心线仍然与轮胎保持平行(如下图,轮胎下半部分朝一边突出,红色箭头为地面对轮胎造成形变的施力方向)。

当轮胎开始匀速滚动时,我们可以清楚地发现,由于轮胎橡胶被不断地压缩、弯折,地面对轮胎施加的摩擦力便造成了轮胎接地面的前移,并且可以看到,接地面中橡胶微元越靠前,受到的支持力也越大,这也意味着越靠前的橡胶,可受到的摩擦力越大,地面对轮胎的平均施力点便会随之向前移动。如果此时不撤去上文中的侧向力并让轮胎保持滚动,我们会发现轮胎的前进方向与轮胎指向出现了一个夹角,

这个角称作“侧偏角”。

侧向力+滚动,两轮行驶不是正好满足了条件?于是乎,车辆便斜着走了。

PS.虽说两轮行驶时轮胎是胎冠和胎侧触地的,但主要原理大同小异,无非是多了一个微元进入地面时的侧向夹角造成了侧偏角的放大。


另一个问题:车辆质心多高才能不借助跳板起立?(若为刚体悬挂)

这个问题可以通过达朗贝尔原理列平衡方程求解

设逆时针方向为正,所有力对左边轮胎力矩和为0,

当右边轮胎抬起,

由此可以看出,当质心越高,所需的向心加速度便越小。

鉴于一般汽车在正常情况下侧偏饱和时都能达到1g,因此可得质心高度至少要大于等于一半的轮距才能不借助跳板起立。

PS.由于现实中车辆转向往往伴随着悬挂的变形,这便无意中增加了在最大侧偏下的侧偏力做功时间,使得车辆更容易横向翻滚。另外前后悬挂刚度差、前后ARB数值差都能间接地导致向心加速度和质心高度的动态增加。

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Mr.Tech摄影爱好者,汽车专业学生

2016-10-21 11:44

视频看起来方向盘一直有输入,所以这也不是一个稳态,详细分析会挺复杂的。粗略看起来,由于这个状态下车轮平面并不和路面垂直,所以车轮有很明显的向外滚趋势,就需要车轮和前进方向呈现一个夹角来平衡。类似车轮定位参数中外倾要用前束来补偿。质心的话,显然要落在两个车轮连线上,很明显是一个不稳定平衡。所以看到方向盘一直有输入,就是要一直微调,让质心稳定在两车轮连线附近(比如这一秒偏左,马上在下一秒调节到偏右,这样车一直在摆动但是不会里平衡太远),维持车辆有一个相对稳定的姿态。

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支持者: Mr.Tech GHOILLER

前轮是能转的呀,不和誓不罢休在一条线上很正常呢吧,如果总是和后轮在一条线上,车子就只能走直线了,少年

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支持者: Mr.Tech

前轮偏转了角度,并不是和车身完全平行的。再有其实车的后轮也是可以有很小的偏转角度的。总之它们不在平行线上。

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pin008摄影光学航空兵器杂项自由撰稿人

2016-10-31 12:45

骑自行车长时间保持前后轮分毫不差一条线试试。

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