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為什麽騎單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,

不論單車還是汽車,轉向後都是需要回正的。

只不過單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(單車回正更快);汽車方向盤需要轉 630°,車輪才轉45°,而單車則是車拔轉多少,車輪轉多少, 人們更難察覺單車已經回正。

————————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? 下圖中的紅色數碼「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,它不僅跟單車一樣向後傾斜,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單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,因為單車、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(單車回正更快)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單車摩托車(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單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