在冬季很多车友会遇到转向异响的情况,尤其是刚开车低速大角度转向时,吱吱吱的声音听上去很烦,但在行驶一段时间后这个异响又会自动消失,感觉很诡异,那是不是我们的爱车出问题了?答案当然不是,这个是转向机构先天的“缺陷”,下面我们就这个话题详细聊一聊。
汽车顺畅转弯全靠它:阿克曼机构
要回答为什么会产生转向异响,首先要引入一个比较学术的概念,叫阿克曼机构,听上去是不是很高大上。套用比较学术化的描述就是,阿克曼转向几何(Ackermann转向几何)是一种为了解决交通工具转弯时,内外转向轮路径指向的圆心不同的几何学。明白了吧,是不是一脸懵逼?
它的大概意思就是在车辆转向的时候,前边两个车轮划过两条弧线,这两条弧线肯定各有一个围绕运动的圆心,另外后边的车轮没有左右转动,所以后边两车轮垂直于车轮轴线方向。而阿克曼机构就是为了让前边两车轮围绕同一个圆心“画弧线”,并且这个圆心要在后车轮轴线延长线上。如果实在理解不了,就对照文字看下图。
没阿克曼机构是不是不能转向了?
按我们已有的想法,前边两个转向轮不管是直线行驶还是转弯,都不应该是平行的吗,对吧。如果按照前轮永远保持平行的说法,那么负责转向的杆件必须构成一个平行四边形(矩形),因为只有平行四边形无论怎么变化它的两个对边永远是平行的。其实这样也是可以转弯的,但是车轮会发生小幅度滑移,而且杆件也要承受更大的力。
因为车辆正常转弯都需要一个指向弯道内测的向心力,这个向心力是由四个车轮与路面产生的摩擦力提供,而摩擦力的方向正好是转弯弧线所指圆心的方向,以及后轮轴线延长线方向。团结力量大,只有四个车轮轴线尽量指向同一个圆心,才能产生更大的合力,既转向所需的向心力,转弯才会更轻松、更顺畅。
那么如何才能让前转向轮的转向弧线指向的圆心交汇到一点,并且还要与后轴延长线(瞬时,因为车是运动的)相交呢?要实现这个就要让弯道内测的车轮比外侧的车轮转向角度大大约2°-4°。这是聪明的德国车辆工程师"Lankensperger"于1817年提出的,之后由他的英国代理商Rudolph Ackermann于1818年提出专利,最后就叫阿克曼机构。
按照阿克曼机构设计出来的转向杆件(转向导杆、转向羊角、左右车轮转轴连接线)连接形状大概是个等腰梯形,这样在转弯的时候,可以保证车辆在转弯的时候,弯道内测车轮的转向角比外侧车轮转向角大一点点。当然这个不只是组成一个等腰梯形那么简单,转向杆件的长短和倾斜角也是要计算进去的,所以转向的调校是很复杂的。
最后
我们再回到文章最初的问题:冬季车辆转弯转向机构异响。因为冬季气温低,转向杆件受热胀冷缩影响,破坏了设计之初的阿克曼机构,所以在转弯的时候,尤其大幅度转向时,转向杆件连接点之间会产生摩擦异响。如果看完全文还是不怎么明白,那么请收藏文章慢慢细品。还有转向发生异响不要怕,不是爱车出了问题,等开一会各部件筋骨活动开了就好了。
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