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為什麽騎自由車轉彎後不需要回正車頭,而汽車需要?

2013-11-18科學

謝邀,這個問題其實很簡單,我們先確定一件事,

不論自由車還是汽車,轉向後都是需要回正的。

只不過自由車擁有更大主銷後傾角度(更大的回正力矩);行駛速度較慢,摩擦力與慣性遠遠低於汽車(自由車回正更快);汽車方向盤需要轉 630°,車輪才轉45°,而自由車則是車拔轉多少,車輪轉多少, 人們更難察覺自由車已經回正。

————————好了,沒有耐心的看到這就可以結束了————————

那麽,轉向後自動回正的原因是什麽呢?

關鍵就在於主銷後傾角

那麽你們一定會問,主銷後傾是什麽啊?

那麽汽車的主銷是什麽樣的呢? 下圖中的紅色數位「9」指的就是主銷,前輪就是以它為中心來轉向的。

汽車的轉向主銷不是垂直於地面立在那裏的,它不僅跟自由車一樣向後傾斜,也是向內傾斜的,

就是我們說的主銷內傾和主銷後傾。

好了,現在我們知道主銷內傾角是什麽了

那麽你們一定會問,主銷後傾有什麽用啊?

主銷後傾的存在,使得主銷與地面的交點,位於車輪接地點之前。與此同時,車輪所受到阻力的作用點,也永遠在主銷軸線之後,換而言之就是:主銷拖著車輪向前。

不能理解請看我的渣渣作圖:

正因如此,行駛方向的穩定性得到了保障。當轉向時,由於車輪所受阻力作用線,不透過主銷軸線。所以車輪所受阻力在主銷方向有力矩作用產生,它會迫使車輪自動偏轉,直到到車輪所受阻力作用線透過主銷軸線,這時車輪已回正,也就是所謂的轉向車輪的自動回正功能。

以上你可能沒看懂,不過沒關系,你只需要記住:

1、主銷後傾角保證汽車行駛的穩定性。有了後傾角,則前輪有沿直線行駛的趨勢。
2、主銷後傾使車輪具有轉向後的回正功能。
後傾角在車輪偏轉後依靠離心力,形成一個回正力矩, 後傾角越大,則回正力矩就越大。 另外, 車輪回正力矩與車輛行駛速度也呈正相關,車速越快,回正力矩越大。

主銷後傾角並非越大越好,它會增加轉向阻力,這樣方向盤就會變得更為沈重,如果汽車沒有轉向助力,那麽不能擁有較大的後傾角。因為後傾角過大,車輪就會迅速回正,這樣會導致車輪發生擺振,從而造成安全危害。 還有,後傾角過大,來自路面的幹擾加劇車輪的前後顛簸,車輛行駛不平穩。所以生活中我們看到的主銷後傾角大的摩托車or自由車因為沒有電子助力,往往擁有更寬的車把,用以增大轉向力矩,這樣能駕駛者能輕松一些。

所以,因為自由車、摩托車擁有更大的主銷後傾角,且行駛速度較慢,摩擦力與慣性遠遠低於汽車(自由車回正更快)所以人們很難察覺。 汽車主銷後傾角一般不超過3°,且 且行駛速度更快,摩擦力與慣性遠大於自由車摩托車(汽車回正更慢)導致人們更容易察覺。

輔助原因:

當汽車轉向時,兩個前輪並不指向同一個方向,

如果要讓汽車順利轉向,每個車輪都必須按不同的速度做不同的圓圈運動。 由於內車輪所經過的圓圈半徑較小,因此它的轉向角度比外車輪要大。 如果對每個車輪都畫一條垂直於它們的直線,那麽線的交點便是轉向的中心點。 轉向拉桿具有獨特的幾何結構,可使內車輪的轉向角度大於外車輪。這樣也導致雙輪轉向的汽車比單輪轉向的自由車需要更大的力來回正。



參考:汽車前輪定位及回正力矩和轉向力的計算


以上圖片均來源於Google,版權見浮水印(除了我自己畫的那張)


順帶推薦一本書: race car vehicle dynamics


以上是我對本問題的理解,拋磚引玉,如有錯誤請指正