如何极速过弯？悬挂几何

　　balancemotorsport译文
　　毫无疑问，在改装市场和赛车俱乐部的世界里，悬挂的几何结构是最容易被忽视的因素之一。大家往往在引擎和刹车上大把砸钱，悬挂上的开销却很少。就这样还觉得费事，因为在很多人看来，改装悬挂只是为了降低底盘，甩尾和飞车才是首要的。人们大都以为底盘越低越好，这种认知在大众车友中尤为普遍。
　　先来看看降低底盘能带来哪些优势：降低车辆重心减少气动升力（假定车头至车尾的斜度不变）更高的极速
　　了解了重量转移的概念，就明白弯道极速与轮距，车重和重心有关。但因此就可以肯定，底盘越低，弯速就越快吗？
　　有这么简单就好了。
　　最初分析车辆在弯道中的重量转移，用的是非常简略的方法，即假定向心力是恒定的，且前后轮所承载的重量转移比例的变化，只取决于车辆的静态质量分布。随后在讨论侧倾刚度时拓展了这一理论，它证明了即便重量分布不完美，在侧向加速度上也堪与50/50＂完美＂配重比的车辆匹敌。
　　遗憾的是这种简化的方法没有考虑到车辆动力学在弯道中的复杂性。我们还要考虑到车辆的侧倾中心——那条穿过前后悬瞬时转动中心的侧倾轴线。
　　细说侧倾中心太耗时间，如果你想深入研究，有很多优秀的文章可供学习。本文只讨论基础部分，为你改装车辆提供思路。
　　本文会讲解侧倾中心的几何定位（如果你对此略有兴趣，可以搜索＂Force Based Roll Centre＂，这是车辆动力学有关侧倾中心的前沿理论）。
　　图1是麦弗逊悬挂的侧倾中心：
　　1.麦弗逊悬挂的侧倾中心 ​
　　现在把问题简化，假定重心高度如图2所示：
　　2.侧倾中心与重心的高度 ​
　　从上图可知，重量转移受到重心高度和侧倾中心的影响。车身重量不止通过弹簧，避震器和防倾杆进行转移，在过弯时，还有一部分重量转移发生在簧下，通过悬挂连杆直接在轮间传递。
　　为了简化分析过程，忽略簧下重量的转移，那么车身重量的转移方式如下：
　　通过侧倾中心进行转移：此时前后轮间的重量转移可以分开讨论。只需升高或者降低前后悬各自的侧倾中心高度，就能够改变重量转移的比例。因此，调节赛车底盘高度，或者改变侧倾中心位置，是非常有效的调校手段。
　　通过簧上质量进行转移：底盘是一组刚性结构，它以前后悬的瞬时转动中心连线为轴线进行转动。因此簧上重量的转移是基于以下三点：自身重心，前后悬侧倾中心的中值，以及前后轮距的中值。弹簧，避震器和防倾杆会对抗这些重量转移。
　　在实践中这意味着什么？意味着侧倾中心越高，簧上的重量转移越小，反之亦然。所以一般来讲，要想弹簧，避震器和防倾杆起作用，就要让侧倾中心高于地面。
　　侧倾中心高于地面，会减小侧倾，产生顶推力 *，将车身重量从内侧轮移向外侧轮，增强转向响应，并提升底盘高度。
　　侧倾中心低于地面，会增大侧倾，对底盘产生反向顶推力，将车身重量从外侧轮移向内侧轮，弱化转向响应，并降低底盘高度。
　　* 顶推力是悬挂连杆在垂直方向受力的总和。如果侧倾中心高于地面，合力倾向于举升簧上重量，如果低于地面，合力就倾向于往下压。一般来说，侧倾中心越高，顶推力越大。
　　不过，麦弗逊悬挂存在特定的结构问题。如果降低底盘，会将下控制臂连接底盘的一端往下压，通过图3可以很明显地看出，底盘降低之后，侧倾中心的位置也降到地面以下。
　　3.侧倾中心低于地面 ​
　　不止于此，在过弯时，车身重量会更多地从外侧轮移向内侧轮。这通常会导致车身不稳，严重侧倾，并且转向不足（假定只涉及前悬的改变）。
　　升高底盘，侧倾中心也会显著升高，如图4所示。
　　4.麦弗逊悬挂升高侧倾中心 ​
　　如图4所示，其主销内倾角很大（主销内倾角：从车身正面观察悬挂支柱与轮胎中线的夹角）。大部分当代麦弗逊悬挂都没有这么大的主销内倾角，因此它们对底盘的升降会更加敏感。不信你可以自己试着画一张图，但首先得准备一张非常大的纸，按照以上步骤来画图，如果你把支柱的角度调整得更加竖直，你会发现控制臂的瞬时转动中心比上图中的位置更远，此时降低底盘，侧倾中心就会远低于地面。
　　麦弗逊悬挂的关键之处在于，如果下控制臂斜向上方指向车身外侧，那么侧倾中心就很难处于正确位置。下图很好地演示了这一点。如果你无法将控制臂摆放正确，可以降低控制臂球节的支点或者增大主销内倾角，以得到良好的侧倾中心定位。
　　5.麦弗逊改变控制臂位置 ​
　　双叉臂悬挂怎么样？
　　双叉臂悬挂无论优点还是缺点，都很值得一说。一辆车配备了双叉臂，弯道性能也不一定就好。此外，即便一辆车拥有优秀的双叉臂悬挂，和设计巧妙的麦弗逊悬挂相比，它的弯速也不一定更快。双叉臂的美妙之处在于，它的侧倾中心更加稳定，主销内倾角更小（麦弗逊悬挂为了避免主销偏移距过大，需要较大的主销内倾角），行驶更加平稳，由于主销与弹簧避震总成并不重合，转向轴线不受垂直运动的影响，所以转向手感更好（雷诺和福特的最新麦弗逊悬挂设计也拥有此特性）。
　　双叉臂不一定就＂运动＂，还得看侧倾中心的位置。不过，双叉臂能够将侧倾中心和外倾角牢牢控制在限定范围之内。
　　起伏转向和侧倾转向
　　尽管起伏转向和侧倾转向的诱因不同，但修正它们的方式是一样的，所以我将它们放在一起讨论。起伏转向更多与公路驾驶有关，侧倾转向则更多与赛道（弯道）驾驶有关，两者都不可取。
　　在弯道中，外侧悬挂的弹簧因车身侧倾而被压缩，出弯时，弹簧会反弹，内侧弹簧的移动则与之相反，出弯时会被压缩。在理想状态下，车轮在上下起伏的同时会保持相同的转向角。
　　遗憾的是现实中这不可能。许多车会产生起伏转向，可能你一入弯就撞到轮胎墙上去了。
　　五代和六代高尔夫的前束变化达到了8毫米，它过弯时外侧轮受压呈负前束，内侧轮呈正前束。依据阿克曼转向机构原理，内侧轮的转向角要大于外侧轮，那么，这款车型为什么值得关注，就很好理解了。
　　如何测量起伏转向？
　　谷歌一下＂diy bump steer gauge＂ 这类图片，那就是你需要的。我的测量仪是自己用木头做的。
　　有了测量仪，只需用纸和笔来记录：在悬挂行程压缩和拉伸的过程中，车轮前束的变化。注意：做压缩测量时，必须将前悬的弹簧拆下来。
　　待车辆水平静置，记录其悬挂的位置。然后通过汽车在弯道中的图像估算一下悬挂的最大压缩点和最大拉伸点。要谨记，底盘过低是会出问题的，而在悬挂行程最大时发生的起伏转向，即使再严重也无需担心。所以，如果你想要把起伏转向移向＂某处＂，那么最佳的位置一定是悬挂行程的极限处。
　　要达到零起伏转向，前悬设计要务必正确。车辆行驶过程中，车轮上下起伏时，转向拉杆和悬挂控制臂沿各自轴心转动的弧度必须一致。只要它们转动的距离和弧度一致，就不会有任何起伏转向。当然，现实中不可能实现零起伏转向，但每25mm的车轮垂直移动，前束变化能控制在0.25mm以内，就皆大欢喜。
　　起伏转向的解决办法
　　这取决于悬挂的结构，通常只要能够调节转向齿条的位置，你就可以将起伏转向控制在可接受的范围内。在完成前束变化的测量之后，你就知道该如何做调整。
　　如今很多车型都难以移动转向齿条，只能在拉杆上做一些改动。你可以将拉杆倒置（可能需要在轮毂上转孔），没准还能大幅降低底盘。不过，你可能更需要一种专业的＂玫瑰＂形球面轴承。
　　外倾角和后倾角
　　外倾角是车迷们很熟悉的概念，赛车普遍是负外倾角。外倾角的调节有时很容易，有时又很难，要得到正确的角度，取决于很多因素，其中轮胎的选择尤为重要。举个例子，Avon ACB10这类斜交帘布层轮胎所需的负外倾角很小，因为它的胎壁能够提供额外的刚度。卡丁车的轮胎同样只需很小的负外倾角。
　　不过在如今大多数锡顶单座赛车中，子午线轮胎更为常见。必须依照正常的胎温来确定外倾角大小。
　　后倾角大家都很熟悉，它能让方向盘迅速回正，这样就能在过弯之后，松开方向盘来摆正车身。自行车前叉的后倾角也是这个道理，无需掌舵就能骑行。没有后倾角，无论是汽车还是自行车，都很难操控。
　　当一侧车轮上行，另一侧车轮下行时，后倾角会对底盘产生顶推效应。在过弯时，它会将载荷移向内前轮和外后轮。它也会产生动态的正/负外倾角。在车辆过弯时，后倾角会增大外前轮的负外倾角，并增大内前轮的正外倾角。这对乘用车来说大有助益，为了轮胎的寿命着想，你不会想要它太长时间处于静态负外倾角的。
　　后倾角还能提升牵引力。下次购物时可以观察一下手推车的车轮，你会发现一侧车轮比另一侧转向响应更快。如今的前驱车通过增大驱动轮的后倾角，能够输出更高的马力和扭矩。
　　正后倾角越大，车轮自动回正力矩就越强，但转向也会更困难。它还能提供更大的弯心抓地力和牵引力，但对某些人来说好像永远都不够，冷静点，后倾角再大也不能当饭吃，超过10°它的增益就不明显了。老款前驱掀背车的后倾角只有2-3°，所以有很大的提升空间。