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为什么骑自行车转弯后不需要回正车头,而汽车需要?

2013-11-18科学

谢邀,这个问题其实很简单,我们先确定一件事,

不论自行车还是汽车,转向后都是需要回正的。

只不过自行车拥有更大主销后倾角度(更大的回正力矩);行驶速度较慢,摩擦力与惯性远远低于汽车(自行车回正更快);汽车方向盘需要转 630°,车轮才转45°,而自行车则是车拔转多少,车轮转多少, 人们更难察觉自行车已经回正。

————————好了,没有耐心的看到这就可以结束了————————

那么,转向后自动回正的原因是什么呢?

关键就在于主销后倾角

那么你们一定会问,主销后倾是什么啊?

那么汽车的主销是什么样的呢? 下图中的红色数字「9」指的就是主销,前轮就是以它为中心来转向的。

汽车的转向主销不是垂直于地面立在那里的,它不仅跟自行车一样向后倾斜,也是向内倾斜的,

就是我们说的主销内倾和主销后倾。

好了,现在我们知道主销内倾角是什么了

那么你们一定会问,主销后倾有什么用啊?

主销后倾的存在,使得主销与地面的交点,位于车轮接地点之前。与此同时,车轮所受到阻力的作用点,也永远在主销轴线之后,换而言之就是:主销拖着车轮向前。

不能理解请看我的渣渣作图:

正因如此,行驶方向的稳定性得到了保障。当转向时,由于车轮所受阻力作用线,不通过主销轴线。所以车轮所受阻力在主销方向有力矩作用产生,它会迫使车轮自动偏转,直到到车轮所受阻力作用线通过主销轴线,这时车轮已回正,也就是所谓的转向车轮的自动回正功能。

以上你可能没看懂,不过没关系,你只需要记住:

1、主销后倾角保证汽车行驶的稳定性。有了后倾角,则前轮有沿直线行驶的趋势。
2、主销后倾使车轮具有转向后的回正功能。
后倾角在车轮偏转后依靠离心力,形成一个回正力矩, 后倾角越大,则回正力矩就越大。 另外, 车轮回正力矩与车辆行驶速度也呈正相关,车速越快,回正力矩越大。

主销后倾角并非越大越好,它会增加转向阻力,这样方向盘就会变得更为沉重,如果汽车没有转向助力,那么不能拥有较大的后倾角。因为后倾角过大,车轮就会迅速回正,这样会导致车轮发生摆振,从而造成安全危害。 还有,后倾角过大,来自路面的干扰加剧车轮的前后颠簸,车辆行驶不平稳。所以生活中我们看到的主销后倾角大的摩托车or自行车因为没有电子助力,往往拥有更宽的车把,用以增大转向力矩,这样能驾驶者能轻松一些。

所以,因为自行车、摩托车拥有更大的主销后倾角,且行驶速度较慢,摩擦力与惯性远远低于汽车(自行车回正更快)所以人们很难察觉。 汽车主销后倾角一般不超过3°,且 且行驶速度更快,摩擦力与惯性远大于自行车摩托车(汽车回正更慢)导致人们更容易察觉。

辅助原因:

当汽车转向时,两个前轮并不指向同一个方向,

如果要让汽车顺利转向,每个车轮都必须按不同的速度做不同的圆圈运动。 由于内车轮所经过的圆圈半径较小,因此它的转向角度比外车轮要大。 如果对每个车轮都画一条垂直于它们的直线,那么线的交点便是转向的中心点。 转向拉杆具有独特的几何结构,可使内车轮的转向角度大于外车轮。这样也导致双轮转向的汽车比单轮转向的自行车需要更大的力来回正。



参考:汽车前轮定位及回正力矩和转向力的计算


以上图片均来源于Google,版权见水印(除了我自己画的那张)


顺带推荐一本书: race car vehicle dynamics


以上是我对本问题的理解,抛砖引玉,如有错误请指正