汽车作为交叉学科的集大成者,我们总能在细节处发现很多小学问,比如我们今天要聊的——一辆汽车急转弯,哪边车轮先离地?

不卖关子,答案是:如果不考虑路面情况(坡度、路面质量等),在急转弯情况下,内侧车轮更容易脱离地面。

最直接的解释请参考《头文字D》中的排水渠过弯神技,当年藤原拓海就是利用这招打败了高桥启介,给了赤城红太阳当头一棒。

简单说,排水渠就是利用了里侧车轮在特定急转弯下会脱离地面的特点,以此“安全地”控制里侧车轮处在半悬浮状态,直至它顺利落入排水渠中。由于卡在排水渠内的轮胎可以很好的降低转弯时的离心力,汽车得以在最短的行车路线上全速过弯。

事实上这一神技并不是动漫特技,而是真实存在的。土屋圭市本人实操过不说,这项技术也被广泛应用在越野拉力赛中,拉力赛车配备越野胎加上车身护,在特定的情况下走排水渠可以更快。

倾覆力矩变化引起内侧车轮离地

容易误会的是,有些人认为这是重心发生偏移导致的,但其实,由于汽车重量大,重心的变化并不明显。真实的原因是汽车急转弯时,倾覆力矩发生了变化。

在建筑工程中,倾覆力矩是进行结构或构件稳定性计算的一个术语。倾覆力矩的大小等于产生倾覆作用的荷载乘荷载作用点到倾覆点间的距离。

汽车过弯时,随着车速的提高和转向半径的减小,侧向加速度将逐渐增大,致使弯道内侧车轮上的垂直载荷逐渐向外侧车轮转移,当地面对内侧车轮的垂直反作用力等于零时,汽车即处于将要侧翻但尚未侧翻的临界状态。

为了简化原理,我们以直线运动下突然刹车时倾覆力矩的变化来解释最佳。从以下公式推导我们发现,当汽车刹车时,后轮支撑力会小于前轮,汽车有一种好似重心前移的现象。形象点说就是后轮好似变轻,与地面的“贴合力”也相应的减小了。通过这,我们也能解释为什么急刹车时会出现后轮发飘的情况。

▲以上模拟的是汽车车头在左,汽车急刹车的情况。

如果以上解释不好理解,我们还可以再简化下,虽然不准确,但意思相近。

假设这是一种匀速转弯,根据向心力公式F=mω2r,由于外侧的转弯半径更大,自然受到的离心力也就越大。

玩过过山车的朋友一定能知道,离心力越大,越觉得屁股和座椅的贴合力越大,汽车过弯的道理与此类似。离心力越大反而给人感觉压力越大,对应到汽车上就是外侧受到的压力越大,与地面帖合越紧。

如何避免急转弯时里侧车轮离地

首先我们当然是要避免急转弯特别是急转弯中刹车的情况,因为这时候极易出现滑胎现象,导致车子失控。在转弯时,操纵方向盘要与车速相配合,应适时转、及时回,转向角度要视实情而定,避免意外事故发生。

就转弯路线上,在转弯开始前要靠着弯道的外侧进入弯道,到中间的时候要靠着弯道的内侧行驶,也就是说在弯道弧顶的地方应该紧靠着弯道的内侧行驶,在过了弯道弧顶之后,再切回弯道的外侧,靠着弯道的外侧驶出弯道,即过弯时要选择“外-内-外”的转弯路线。

为了解决这个问题,在一些特殊路段(高速公路),我们还会进行“超高设计”。

所谓的“超高设计”指的是在该路段横断面上设置的外侧高于内侧的单向横断面,汽车在这样的圆曲线上行驶时,可以抵消车辆在圆曲线路段上行驶时所产生的离心力,保证汽车能安全、稳定、满足设计速度和经济舒适地通过该路段。

粗略看,超高设计改变了内外侧的转向半径,以此平衡汽车运动,避免里侧车轮出现滑胎现象。

798小结:

到这里,我们知道了汽车急转弯时到底是内侧轮先离地还是外侧轮先离地,虽然对于我们普通用户来说,我们不能通过掌控这个原理将车轮推到极限,实现酷炫的“排水渠过弯”神技,但这也解释了为什么不能急转弯特别是急转弯刹车的问题。