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途安论坛 >  [技术贴] 正确的认识FF,前置发动机前轮驱动 1楼 3楼

发表于 2007-07-03 13:23    IP属地:未知

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[技术贴] 正确的认识FF,前置发动机前轮驱动 1楼 3楼
1楼的内容比较生涩 3楼内容比较好理解
    一般人在过弯车速过快发生车祸时,如果车子是直直冲到对向车道,撞到对向车辆时,大多数的驾驶人都会认为是自己车速过快,被撞的人也会认为是对方车速过快,来纪录的警察也会认为是肇事者车速过快,连法官也会这么认为。但如果换一个失控方式,不是车头冲出去,而是车尾冲出去的话,相信很多车主会认为车子稳定性怎么这么差,被撞到的人也认为是被一部操控性不佳的车撞到,来纪录的警察也认为肇事车辆的抓地力怎么这么差,连法官也会这么认为,为了避免这种悲惨的命运,车厂只好都将车作成转向不足。
    不过在进入本文重点前,当然要先讲一下车辆动态的原始特性,影响车辆动态最主要的三个原因,一为车身重量分布,二为驱动轮的配置,三为悬挂系统的设定。但其实有一个东西影响比悬挂系统还大,那就是轮胎,不过一般车辆四轮轮胎都相同,那就不影响车辆动态了。影响车辆动态最显著的莫过于车身的重量分配了,而现在车辆上最重的东西不外乎引擎与变速箱两大项,在一般的情况下,引擎会放在车头,这是因为引擎需要散热,而车头是整部车最容易吹到风的地方。其实就算是中置引擎的跑车,通常引擎散热水箱也是放在车头,所以为免自找麻烦,一般市售车都是前置引擎的。而变速箱通常也都是直接接在引擎后方,这样比较方便简单省钱,只有少数FR跑车会采用前置引擎后置变速箱的平衡设计。
    在一般情况下,FF车的前后配重约为65/35(SAAB 60:40),FR车的前后配重约为60/40(BMW 50:50),后置变速箱的FR的前后配重约为51/49,MR车的前后配重约为40/60,RR车的前后配重约为35/65,而最近很流行的前中置FR车的前后配重约为55/45。
    这么大的一颗引擎放在车头,再加上一颗变速箱,要车头不重也难。这些前后配重除了引擎变速箱位置的影响之外,也有驱动轮牵引力与转向特性的考虑。FF车的配重要做到55/45也不是不可能,只要将前悬缩短后悬拉长,引擎靠近防火墙,电瓶等重物放到行李箱去就成了,不过这样前轮的迁引力就会太低而频频打滑,所以一般市售FF车前轮的荷重还是会设计到60%以上。而大多数的FR车为60/40的原因为省空间,不要以为古人不知道前中置FR这种设计,而是这种设计下的车室空间势必因引擎后移而大幅缩小,所以讲求乘坐空间的房车是不可能采用这种设计的,而且为了要转向不足,车头重一点比较好。
    大部分的MR跑车的前后配重约在40~45/60~55,除了引擎实际上在中央偏后、变速箱在后这种显而易见的因素外,还有考虑到油箱重与驾驶人重的问题,因为跑车车重都很轻,再加上这两个重物之后,前后配重更为平衡,而且,跑车的马力很大,在只有后轮驱动的情况下,后轮的荷重还是大一点比较好。
    RR车在这世上几乎就是指911,35/65的配重诞生了911的甩尾神话,这主要是因为引擎在后轮之后的原因。
前后配重对于转向特性的影响
    Mondeo有FF车常见的后麦弗逊设计,不过是用三支连杆代替下臂,看得出来这样的前后悬挂设计,将使得Mondeo的后轮稳定性远优于前轮。 摩擦力=向下力×摩擦系数 在讲车重与抓地力与转向特性的关系之前,我要先说一句话:上面那一个公式是正确的。可是在现实环境的体验下,大家都觉得好像不对,原因很简单:『轮胎的摩擦系数会变』相信很多人都知道轮胎有工作温度这一回事,到工作温度时的摩擦力最大,低时摩擦力小些,高时摩擦力大幅滑落,而这些热都是摩擦造成的,摩擦力越大温度上升就越快,知道这一回事的话,很多日常可见的车辆动态现象就很容易了解了。
    OK!为了方便说明起见,我举个例好了:一部前后配重600kg/400kg的车,前轮的温度会比后轮高,假设某个瞬间前轮的摩擦系数下降为0.77,后轮下降为0.82,这时前后轮的静摩擦力为462kg/328kg,这样当车以0.75G的加速度过弯时,前后所受到的横向力为450kg/300kg,还不会使轮胎打滑,当以0.80G的加速度过弯时,前后轮所受到的横向力为480kg/320kg,这时前轮就会打滑,而后轮却还没有,但事实上这部车不会到0.80G这种加速度,只要一超过0.77G,前轮就会开始打滑,而转向G值就不会在上升。这样举例你就知道为何前置引擎会造成转向不足,后置引擎会造成转向过度的原因,因为轮胎摩擦系数会随着温度改变,而轮胎温度会随着承受到的力量而改变。 同样的底盘在JAGUAR X-TYPE 2.5上,改采用4WD的设计。前悬挂长得跟Mondeo一样。后悬挂就不一样,采用上下控制臂的设计。
    继续讨论重量分配对轮胎温度的影响,重量除了前后分配的情况之外,也有高低的不同,因为重心高低对于轮胎向下力的影响是仅次于重心前后位置的,当重心越高时,外侧轮胎的向下力会越大。完全听不懂是吧!我再举例好了。假设一部车重心高1m、轮距2m、车重1000kg,这样当车受到横向0G的加速度时,左右轮的向下力为500kg/500kg,当车受到横向1G的加速力时,这时左右轮的下压力为1000kg/0kg。再假设一部车重心高0.5m、轮距2m、车重1000kg,当它受到横向1G的加速度时,左右轮为750kg/250kg。这样你就了解到,重心低的车让轮胎承受到的下压力比较小,这样轮胎温度就上升的比较慢,摩擦系数下降的也就比较慢。再再假设一部车重心高0.5m、轮距1m、车重1000kg,当受到横向1G的加速度时,左右轮为1000kg/0kg。这样你就知道宽轮距与低重心有同样的效果。所以有些前置引擎车在设计时,会设法降低前轮重心提高后轮重心,加宽前轮轮距缩窄后轮轮距,以弥补车头太重所造成的转向严重不足现象。
    大致讲完重量分配的影响后,接下来讲到驱动轮的影响,正所谓一心不能二用,这道理用在轮胎上也是说得通的,不过不是驱动力+横向力=轮胎抓地力这么可怜,而是驱动力^2+横向力^2=轮胎抓地力^2。反正要了解的是,当你使用引擎加速或煞车时,都会使驱动轮的横向力降低。所以你已经知道为何前驱车会转向不足/后驱车会转向过度的原因了,而且马力越大越明显喔。
多变量的四驱车
    再来讲讲比较多变量的四驱车。四驱车变量多的原因在于中央差速器的限滑比跟扭力比的设计,这些设计在一般的差速器上是不会出现的,要不然会发生左右弯转向特性截然不同的现象。而四轮驱动车的中央差速器就没这种问题了,利用限滑比或扭力比的设计,可以使一部车的前后转向特性不同,以达成所需的转向设计。先讲比较常见的限滑比好了,一般我们常听到什么25%、50%、75%限滑比,指的是当对向轮胎打滑后,另一侧的轮胎还能保有多少原本的输出力。当然,这个数值在前/后差数器上是两边等值的,但在中央差速器上是可以做到前后不等值的。这样当车辆在打滑的时候,前后轮所保有的输出力将会不等值,如果这个数值后大于前,会使车辆在打滑后的特性接近于后驱车。
    在欧洲车方面,更常用一种主动式的扭力比设计,这种中央差速器采用行星齿轮式的设计,与一般扇齿设计完全不同。扇齿设计的差速器,左右的扭力分配在无外力干扰的情况下(过弯、打滑),左右的扭力分配为50:50。而行星齿轮式的差速器,可以在外力无干扰的情况下,使前后的扭力分配设成所想要的值,一般为简单起见,多设为前34/后66的扭力分配数值。扭力比跟限滑比比较起来有一项显而易见的优点,就是当轮胎尚未打滑之时,既提供前后不同的输出力道,让一般不会将车开道及限边缘的驾驶人,也能感受到略偏后驱车的驾驭感受,而限滑比则要在有轮胎打滑后,才会有略偏后驱的驾驭感觉。
    最后再提限滑差速器对行车动态的影响。一般差速器当轮胎打滑之后,驱动力就全往打滑轮输出,使得接地轮毫无驱动力可言,当这种情况发生时,这车可视为无驱车,这时车辆的动态特性就与驱动轮在那完全无关。但有了限滑差速器之后,当轮胎打滑时,接地轮仍然有驱动力的存在,这时的车辆动态特性仍与打滑前差不多。这也就是说前驱车在装上限滑差速器后会更偏转向不足,而后驱车会更偏转向过度的意思。
[ 本帖最后由 灰蓝地带 于 07-07-03 13:29 编辑 ]

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发表于 2007-07-03 13:24    IP属地:未知

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技术不懂地~
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发表于 2007-07-03 13:24    IP属地:未知

悬挂

    悬挂的花招最多,虽然影响性远不及车身重量分布与驱动轮配置,但却是各厂商最能大显身手的地方。在车身刚性与悬挂臂刚性都没问题的前提下,讨论各式的悬挂设计才是有意义的,在现代车辆中,前悬挂常见的设计有滑柱式(麦弗逊)与上下臂式(双A臂),后悬挂常见设计有滑柱式、上下臂式、拖曳臂式、车轴式。不过,不见得前悬挂用哪一式,后悬挂用哪一式,车辆的动态特性就会如何变化。
    先讲前悬挂,不论是用滑柱式或上下臂式,最重要的是悬挂臂的长度,悬挂臂的长度越长,轮胎在上下运动时的角度变化量就越少,轮胎表面温度也就平均,不易发生居部过热而减低摩擦系数的问题。但是,在车头要让悬挂臂长度长是一件很困难的事,因为车头通常有引擎与变速箱,这两者所占的空间都会使得悬挂臂做不长,这情况在横置引擎的车辆上尤其严重,在很多情况下,上下臂的设计不见得比滑柱式的设计更好,因为上臂更容易因引擎等外在因素做不长,太短的上臂除了让轮胎接地角度大幅变动之外,也会使悬挂冲程变短,会发生荷重全转移到外侧轮的情况,使得轮胎温度大幅提升。所以先决要件在于悬挂臂的长短,只要够长够硬,哪一种设计都没差,不过上下臂的设计比较能达到够硬的要求罢了。
    在后悬挂方面,滑柱式与上下臂式的要求与前悬挂相同,不过在少了引擎与变速箱卡位之后,往往比前悬挂好设计多了。而车轴式的设计只要设计得好,往往后轮都是90度垂直着地,整个后轮的安定性会极佳。至于拖曳臂式的设计则要分两方面来讲,先讲非独立拖曳臂,这型的拖曳臂有扭力梁连接左右拖曳臂,使得左右拖曳臂同上同下,造成在过弯时,整个后车身的重量都由弯外轮承担,将使得后轮的胎温较前轮高。而独立式的拖曳臂或半拖曳臂或多连杆拖曳臂,设计要点均如滑柱式或上下臂一样,越长越安定。
    前面将影响车辆动态特性的三大要点交代过之后,接下来开始说明车厂是如何将车辆做到转向不足。首先,前置引擎的车本来就会转向不足,而前轮驱动的更会转向不足,所以除非车身后半重心过高,或是后悬挂臂太短,否则一般人开FF车很难发生转向过度。 FR车则要注意到后悬挂系统的设计,因为后轮的驱动力过大可能会使后轮失去横向的抓地力,形成动力甩尾,所以后轮一定要用独立式设计,悬挂臂要长,前悬挂采用较短的悬挂臂设计,使得后轮在加减速时,安定度还是大于前轮。必要时加大后轮,使后轮的热含量加大,避免后轮温度过高。
    MR车除了悬挂与轮胎之外,后轮距一定要比前轮距宽,使得车辆在没有加速的情况下,还是呈现转向不足的情况。而911呢?大家都知道911的注册商标就是它的大屁股,911到后来就是用超宽的后轮距,再加上多连杆的后悬挂帮忙之下,使得911桀傲不逊的操控性,变成宛若大排气量房车般,turbo版也在4WD的帮忙下变得很好开,只剩GT2还有些许911传说般的味道了。 一切都是消费者决定的。
    一般汽车杂志常说:『FF车转向不足,FR、RR车转向过度,MR、4WD车辆转向中性』说真的让人很怀疑有没有开过车,在现今车辆上,每部车进弯都会推头,都是转向不足的。差别只是从头推到底,或是先推后甩罢了,还没见过哪部车在以一般的开车方式下会先甩着进弯的。因为,全世界的消费者都能接受转向不足,甚至到转向不足发生车祸都能接受。而转向过度就算没出事,也会把绝大多数的消费者吓出一身冷汗,所以不会有车厂闲闲没事干,作出一部本质上就属于转向过度的车来。于是爱好转向过度的人就只有继续用钟摆转向、动力转向等实质会降低速度的方法来甩尾了。
再论转向不足

    一般的前轮驱动车款都会有转向不足的特色,然而,这项特色在一般学识不精的媒体传播之下,好像成了一个车辆动态操控上的缺点,其实不是这样的!前轮驱动车之所以会有转向不足的特色,乃是“人造”的!为何会要故意让前轮驱动车呈现出转向不足的倾向呢?
    讲到这里,那就必须先阐释一下「转向不足」、「转向过度」的定义,以及它们在车辆动态操控的特色上对驾驶人的意义。
    「转向不足」,顾名思义,就是车辆行进的方向不足以切进预定路径(弯道)的弧度,而会开出弯道之外的意思,而「转向过度」正相反,乃是车辆行进的方向角度太大,超过了弯道的弧度,等于会开进弯道的内侧。当然,对需要正确控制行进方向以确保行车安全的车辆也好、对车内驾驶/乘员的安全也好,二者都是不利的!
    既然如此,那为什么不干脆把车子的转向特色设计成既不会不足、又不会过度的「转向中性」呢?答案是很难办到,如果要办到,那车子会造价高昂又不够实际! 此话怎讲?我们晓得,会影响车子动态变化的,有三项最重要的因素,第一项是减速/加速所引起的车体的前俯(Dive)和后仰(Squat),第二项是过弯时离心力所产生的车体偏摆(Yaw),第三项则是车子辗过路面凸起所引起的顶举(Lift)。而与转向有关的,是偏摆,偏摆力矩的大小是由过弯时的离心力所引起,而此偏摆力矩对车子所引起的影响,则以车头/车尾最为明显;读友们不妨随手拿个电视遥控器之类的东西比划一下、模拟车子过弯的情况,您一定很容易就发现,整部车子最容易甩动、最不安定的,就是车头和车尾,相反的,最安定、最不容易有大幅度动态变化的、就是车体的中心部位。
    经过这么一比划,您就了解为什么一流的性能跑车、F1赛车等,会要把引擎摆设在后轴之前的中置部位了,因为这里最不容易受到偏摆力矩的影响!然而,引擎中置所必须付出的代价,就是没有后座,因为这个原本属于后座椅的位置,现在被引擎所占用了!这就是中置引擎车款不实际、又产量不多的道理。至于为何价格高昂?道理也很简单,既然会讲究到希望引擎必须中置,这一级的买家,当然是注重操控、注重性能的消费者,因此,中置引擎车款当然也就会是性能跑车、才能获得此级买家的青睐,如此一来,您说价格还会便宜吗?
转向过度

    相反地,如果过不了弯的状况是「转向过度」,那么车子就会跑进弯道的内侧,而内侧的圆周是小于外侧的,因此路径会缩短、车子的速度也就相对变快,车速变快、反应空间变小、再加上反应时间变短,您说,对驾驶人而言,要处理「转向过度」是不是就困难得多?正是基于这样的原理,所以说,基本上除赛车外的车辆都是被设计成转向不足的,连后轮驱动车也不例外喔!只是因为后驱车可以有穿越车底的传动轴,再加上挂在后轴上的差速器,因此可以把部分车体重量配平到后轴上,驾驶人也就能够借着油门的收放转移重心,过弯时可以有较多的重量压住后车轮,转向不足的倾向就不会那么明显。
    所以啦,并不是说后轮驱动车就一定是「转向过度」的,那是一个错误的观念,后驱车要发生转向过度,必须是在弯道中加油过猛,导致后轮驱动力过强、负责转向的前轮抓地力不足,才会被没有转向能力的后轮〝推进〞弯道内侧的,因此,只要不是“爱飙一族”的,其实能感受「转向过度」的机会可说是绝无仅有,道理正在于「转向不足」的特性能让车辆的操驾宽容度(Forgiveness)增加,有利于安全考虑和轻松操驾,而「转向过度」却会降低车辆的操驾宽容度,车子的操控特性会变得比较神经质,对安全考虑更不利!
转向中性

    而理想中的「转向中性」,反而却是宽容度最低的设计,当驾驶人“有能力”操控它的时候,「转向中性」设计的车子的确可以用更快的速度过弯,可是,当偏摆力矩也对位置最不容易受影响的中置引擎产生作用时,基于「动者恒动」的惯性定律,那时候可就出大事了!
    回想一下,您可曾看过中置引擎的F1赛车如同WRC越野赛车般地靠横滑移或甩尾过弯?没有吧?为什么?因为它办不到,连中置引擎车辆都开始往外甩的时候,那时的偏摆力矩已经太大了,而中置引擎的缺点也在此显现,它的操驾宽容度很低,警讯出现的一剎那,也就是状况发生的那一刻,几乎是不留给驾驶人半点反应时间的,这也就是为什么除了赛车、顶尖性能跑车之外,很少有以实用性为主要诉求的房车设计成「转向中性」的真正道理!

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发表于 2007-07-03 13:25    IP属地:未知

原帖由 绿阑珊 于 07-07-03 13:24 发表
抢沙发先~
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OH No~~~
被插。。。

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发表于 2007-07-03 13:26    IP属地:未知

原帖由 灰蓝地带 于 07-07-03 13:25 发表
OH No~~~
被插。。。
哈哈~我命中率真高~
谢谢合作~
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发表于 2007-07-03 13:28    IP属地:未知

努力看了一大半,实在太专业的技术贴了,非要我是制造汽车的才会有耐心读完或者再庄严N遍
偶是非专业的,所以没看完,只有顶一下了

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发表于 2007-07-03 13:30    IP属地:未知

顶技术帖

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发表于 2007-07-03 13:55    IP属地:未知

有钱还是买4驱, 特别是北方冬天冰雪路面
四环素高档一点的车好象都是4WD了
就是费油
BH4AJM
老火腿新呼号

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发表于 2007-07-03 14:32    IP属地:未知

学习...........
啥都涨就是股票不涨

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发表于 2007-07-03 15:23    IP属地:未知

不太好懂,要认真学习,先谢谢了
爸爸好好读书,好好考试,买车给宝宝坐,带宝宝到处玩

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