问题：﻿赛车的转向不足或转向过度，是什么原因造成的？该如何调校？ 是否存在故意调校成转向不足或过度的情况？
话题：﻿汽车、赛车、驾驶
回答：﻿车辆的转向动态在车辆工程上属于操控性（handling）的部分。要分析车辆的转向特性（转向不足/转向过度）则要首先理解车辆转向的数学与动力学原理。上图为车辆工程中对车身动态矢量的定义，这里讨论到的转向则主要在于车身绕Z轴旋转速度及其响应的问题，即横摆角速度（yawrate）。从上图中可以看出，当一辆车通过一个弯道的时候，除了车身绕自身Z轴旋转外，整个车还存在一个由运动轨迹围绕的旋转中心（GTC）。即车辆转弯时，同时存在两个旋转中心（重心CG和轨迹中心GTC）和旋转角速度（横摆角速度yawrate和轨迹角速度）。当车辆的横摆角速度与轨迹角速度相等时，车辆在转向时的姿态不会变化，即侧偏角不会变化，这时候我们称其为中性转向。当横摆角速度大于轨迹角速度时，车辆的侧偏角会逐渐增大，我们称其为转向过度(oversteer)。当横摆角速度小于轨迹角速度时，车辆侧偏角会逐渐减小，我们称其为转向不足（understeer）。需要注意的是，以上分辨方式并没有考虑轮胎转角和轮胎滑移角以及驾驶员操控与其预期的影响，仅仅是进行最基本的数学模型思考，并不属于车辆工程上的分辨方式，但这种思路有利于我们去理解整车在转向中横摆角速度的影响，甚至一定程度上理解车手的感受。在车辆工程上，我们一般以前后轴轮胎滑移角（slipangle）关系来判断转向状态。当前后轴轮胎滑移角一致时为中性转向，前轴轮胎滑移角小于后轴时为转向过度（oversteer），前轴轮胎滑移角大于后轴时为转向不足（understeer）。在这种以轮胎滑移角为判定标准的情况下，过度或者不足转向并不足以准确说明车身的转向动态。因为在一些情况下，会出现前轮比后轮滑移角大但同时车身横摆角速度也比轨迹角速度大，或者前轮比后轮滑移角小而横摆角速度也小于轨迹角速度这样的现象。以轮胎滑移角来判断的好处在于，我们可以了解轮胎的工作情况，从而进行更细致的底盘/悬架动力学分析和计算，进而得出更多有价值的工程数据来。而从车手角度来看，如果车辆的横摆响应与其期望相当则被视为中性。如果横摆响应大于其期望，则被视为转向过度。如果响应小于其期望，则被视为转向不足。当然了这种看法也许只是一部分车手的看法，其他车手也许会有更多种判断的方式比如说去感知轮胎的滑动等，所以我们不能一概而论。当一辆车在通过一个弯道时，由于在通过整个弯道的过程中，车辆的工况并不是一成不变的，故而我们粗略的应该以车辆在通过一个弯道的不同阶段来分别描述其转向特性，而更精确一点则是具体描述出对车辆的操作方式和车辆所处的环境来描述其转向特性。千万不要笼统的说一辆车的转向特性就是不足的或者过度的。在其他答案中，有人提到了”车辆操纵稳定性因数K”这个值。车辆操纵稳定性因数K可以很清晰的反映出对直行的车辆输入一个转角信号之后车身响应的稳定性，即到底会表现出转向不足趋势还是转向过度趋势。但这个值的计算数据必须是线性的，而轮胎的附着力并非线性。故而为了保证在有关该值的计算和试验中结果的准确性，必须保证输入的数据处于线性区间，在大量试验后，用于计算的车辆侧向加速度通常设定在0.3~0.4g而不能更大。在赛车中，为了将车辆跑得更快以致需要榨干车辆的每一丝性能，故而车辆在侧偏工况下会把轮胎抓地力完全用尽，这时候轮胎的附着力已经远远的离开了其线性区间并游走于打滑的边缘，所以我们不能用这个数据来轻易评判车辆的转向特性，尤其是在竞技驾驶这种极限工况下。理解车辆转向稳定性因数K这个数值的意义在于，我们能很明确的知道，绝大多数（因为并不是所有车厂都在机械控制上下足够多的功夫，也许有些车厂更倾向于用电子系统来修正，所以我并不敢妄断）整机厂的产品都会考虑到控制K值以获得一辆稳定性更好的车从而让我们的道路驾驶更加安全，所以不管你买一台前驱/后驱还是四驱，前置引擎/中置引擎还是后置引擎的车，无论这些布置下车辆的先天特性是如何，整机厂都会用包括控制K值在内的各种手段让车变得拥有更多的不足转向倾向从而获得一个更稳定的操控特性——而绝不是优先考虑“操控性”（好吧那些纯粹做操控玩具的厂家例外）。很多地方都会说，前驱的车会推头，后驱的车会甩尾，前置引擎的车好漂移，后置引擎的车推得厉害。从一些角度来说这种说法是正确的，但非常笼统模糊而不准确。从之前的数学模型我们就已经知道，要描述一辆车的转向特性，就一定要先尽可能清晰的描述出车辆的工况。首先我们要知道的是，不管一辆车是什么样的布局什么样的驱动形式，只要这辆车想要开始转弯，就需要让车身开始旋转，也就是获得横摆角速度（yawrate）。根据牛顿第OX定律（请大家原谅我不记得这个数了），要改变物体的运动状态就需要对物体施加一个力，所以我们的车在跑直线的时候是不那么愿意开始转弯的。而对车身施加一个力以让车身转起来的任务，则到了转向轮身上。从上图的力矩变换可以得出，前轮产生的侧向抓地力将同时对车身产生旋转力矩和改变运动轨迹的力（向心力）。而后轮产生的侧向抓地力则对车身产生抗旋转力矩和改变运动轨迹的力（向心力）。但前后轮的侧向力产生时间有一个相位差，即前轮先产生侧向力，过一段时间之后后轮才开始产生侧向力，所以实际上车辆开始转弯时候的横摆角速度曲线如下图这样。车身开始获得横摆角速度的能力，主要取决于车身的质量、质量分布、轮胎抓地力水平以及制造横摆的力矩。一般来说车身质量较大，质量分布不够集中，轮胎抓地力水平较低，则会导致车身获得横摆角速度的速度（横摆角速度增益）以及横摆角速度峰值都下降。所以车辆质量较大、抓地力较差、引擎等重物离重心较远的车会明显要比轻量化、高性能轮胎、紧凑布置的中置引擎车辆对转向操作的响应慢很多。而另一方面，制造横摆力矩的的大小则由轮胎抓地力和抓地力到重心的力臂长度来决定。因此就引擎布置引起的重心位置和质量分布来说，中置、后置引擎的车辆对前轮角阶跃输入（简单来说就是从直行开始打方向转弯）的响应速度和峰值是大于前置引擎车辆的。所以在入弯响应上，前置引擎的车辆相比中、后置引擎的车辆要显得更转向不足一些。而在弯中的情况下，我们假设车辆前后轴都用了相同的轮胎，并且悬架并没有做倾向于前或后轴抓地力的设定，轮胎的空间数据都能达到发挥最大附着力的设定，并且车辆处于稳态转向状态且没有加、减速的操作，四轮完全输出侧向抓地力。那么根据轮胎附着力特性（如下图）可以知道，重心越靠近哪个轴，则那个轴的轮胎附着系数越低，所以重心靠前的车辆在这种情况下则会更倾向于不足转向，重心靠后的车辆则倾向于过度转向，而两轴载荷相等的车辆则能拥有最好的侧向抓地力。在轮胎侧偏力影响车身横摆的同时，不平衡的驱动/制动力同样可以影响车身横摆响应。上图为一前驱车辆转向时加速的驱动力输出分力图（出于技术原因并没有画出前轮转角），途中车辆配有开放式差速器。由于差速器为开放式，故而左侧车轮（外侧）能输出的最大驱动力与右侧车轮（内侧）的附着力相等。此时右侧车轮的附着力已经完全用于驱动车辆（F2），左侧车轮的附着力一部分用于驱动车辆（F1）另一部分依然输出侧偏力（FL）。由于此时的工况为车辆全力加速，故前轴一部分载荷转移至后轴，产生一定不足转向趋势；同时右侧轮胎全部抓地力和左侧轮胎一部分抓地力用于驱动车辆加速，故前轴产生的侧偏力进一步减少，再次产生一定不足转向趋势。另一方面，由于左侧轮胎的驱动力力臂（L1）大于右侧轮胎力臂（L2），故而在驱动力上形成促进过度转向的力矩。但此时产生不足转向的趋势大于产生过度转向的趋势，故而车辆表现出不足转向动态。如果我们能控制车辆动力输出，当动力输出大小达到一个位置时，将有可能达到过度转向趋势大于不足转向的趋势状态，这时车辆将表现出过度转向动态（很多配置开放差速器的前驱车辆在轻度减速时会表现出明显的过度转向动态）。上图与前一例中为同一车辆并且工况相同，但我们将车辆的差速器更换为了限滑差速器（LSD）。由于有了LSD，左侧轮胎（外侧）的动力输出可以不再受到右侧轮胎（内侧）附着力的限制而输出更多动力。此时左侧轮胎的抓地力矢量发生了变化，我们可以看到虽然驱动力矢量(F1)的力臂并没有发生变化，但由于输出了更多驱动力而消耗了轮胎侧偏力，而被减小之后的侧偏力（FL）与驱动力（F1）形成的合力矢量（FT）力臂（LT）明显要比配备开放式差速器的情况下（我只画了线但故意没有标注）更长一些，即配置LSD的车辆在加速时能制造更多过度转向力矩，车辆会更容易表现出过度转向动态来(与此同时车辆的出弯加速能力也显著增强了)。后轮驱动车辆的原理与此相同，且由于后轮驱动结构的稳定性，受力反而要比前驱简单得多，故在此并不多加分析。除了车辆布置上的影响，轮胎的附着力特性也会对车辆转向特性产生非常大的影响。我们可以先看看如下两张轮胎侧向附着力图（请忽略两张图中轮胎抓地力的峰值，我只是想说明不同轮胎的特性而已）。这两个图中可以看出，两种轮胎的侧偏刚度是完全不一样的。第一张图中的轮胎侧偏刚度相比非常高，在大约5度滑移角下就会达到最大侧向力，随后则迅速衰减。而第二张图中的轮胎则拥有较低的侧偏刚度，在大约12度滑移角的时候达到最大侧向力，并且随着滑移角的增加并没有迅速失去附着力而是能一直持续到接近20度才衰减。如果我们在同一辆车上安装这两种侧偏刚度显著不同的轮胎，那么车辆的转向特性将会得非常不一样。从车辆重心影响的那一部分可以知道，车辆获得横摆角速度的时机在于前后轴达到最大侧向力的相位差。而这个相位差则主要由悬架刚度和轮胎侧偏刚度来决定。当轮胎的侧偏刚度较高时，后轴可以在非常短的时间内就达到最大侧向力，从而阻止横摆角速度的继续增加。而轮胎侧偏刚度较低时，则需要后轴轮胎达到一个更大的滑移角（即更大的车身横摆角）来达到最大侧向力，结果则是较低侧偏刚度的轮胎会容许车辆在入弯时制造更大的横摆角以及横摆角速度，从而让车辆更趋向于过度转向。在以上因素之外，空力套件同样也会影响车辆的转向平衡。大多数情况下，车手们都希望在较低速的弯道中车辆能够反应敏捷，到较高速的弯道中则不希望车辆反应过激。而整机厂家则多少都希望车辆在高速工况下能拥有与低速工况下同样甚至更好的转向稳定性（因为随着车速的增加K值会越来越接近不稳定界限）。如上图所示，蓝色为车辆重心，绿色为车辆空力中心。空力中心前后位置取决于空力套件（车身）产生下压力的分布，高度位置取决于空力套件(车身)产生风阻的分布，而空力套件（车身）的效率则决定了下压力与风阻形成合力的矢量方向。图中红色的线通过车辆重心并与空力合力的矢量方向平行，红色的线与空力中心的距离形成力臂，力臂与空力合力在重心处形成车身俯仰力臂（pitchtorque），从而对车辆的抓地力分布产生影响以改变转向特性。当该力矩会导致车尾下沉车头上扬时，随着车速增加，车辆将变得拥有更多不足转向倾向；当该力矩相反时，则车辆会变得拥有更多过度转向倾向。以前段所述的思想，我们可以知道绝大多数情况下，我们会倾向于将空力套件设定得让车尾拥有更多一点下压力以获得更好的高速弯稳定性（图是我胡乱画的大家不要在意这些细节QAQ）。普通的家用车则由于很多方面的原因而不会产生多少下压力（是的某些设计不良的产品确实反而会产生上升力，当然随着车辆动力学理论的进步现在已经很难见到这样的坑爹设计了），空力上的载荷分布更多的由风阻形成的力矩来改变（其实并没有多少）。前面的部分说明了车辆自身的特点对转向特性的影响，但真正决定一辆车转向状态的，则是驾驶者的操控。很多例子都证明，一台前驱车可以在一定操控下做到甩尾甚至类似漂移的动作，而一辆后驱车也可以在一定操控下显现出强烈的不足转向。比较典型的例子是拉力赛中常用的斯堪的纳维亚滑行（即我们常说的钟摆）动作，这个动作在入弯之前会先让车身向弯道的反方向转，接着才改变方向切入弯道。由于拉力赛经常会在抓地力较差的泥地、沙石以及冰雪等路面上驾驶，在抓地力较差时车辆会更难以获得入弯所需的横摆角速度，而斯堪的纳维亚滑行动作通过先行的反向转向操作为车身制造了更多获得侧偏角速度的时间（后轮滑移角更大的改变量）和力矩（在将方向切向弯内时，前轮产生入弯方向的侧偏力而后轮由于相位差产生的反方向侧偏力能形成一个大得多的转向力矩）从而获得了所需的侧偏角速度，让车辆产生过度转向的动态。这种操作动作在拉力赛中可以获得所需的侧偏角速度，而在更多的比赛及日常驾驶中，则会让车辆发生可怕的失控。在这些事故中，很多驾驶者因为失误或误操作而最终做出了与斯堪的纳维亚滑行非常类似的方向控制操作，以至于让车辆产生了一个惊人的侧偏角速度而失控。另一个典型例子是后驱车踩下油门时候的动态。很多人说后驱车踩油门就会打滑甩尾，但这种说法比较武断。虽然后驱车踩下油门时确实会因为消耗后轮抓地力并由于LSD(限滑差速器，并非所有车辆都拥有这一配置)制造转向扭矩而获得一定的过度转向趋势，但这并不是后驱车发生过度转向的充分条件。当一辆后驱车踩下油门开始加速的时候，除了后轮会把抓地力用于加速并因为LSD的介入而获得转向扭矩外，还会因为加速而导致载荷转移到后轴而让后轴拥有更好的抓地力。这辆车在这种情况下到底是会发生不足转向还是过度转向，则取决于载荷转移产生的不足转向趋势是否强于驱动产生的过度转向趋势。如果驾驶员踩下油门的动作比较柔和，则车辆会由于拥有足够的时间转移载荷而显得不足转向一些；驾驶员如果激烈驾驶猛踩油门，则车辆来不及转移足够的载荷到后轴，轮胎会迅速开始打滑（我们假设车辆动力足够且发动机响应够好）。一般来说前置引擎车辆由于后轴载荷较少而抓地力也会稍低一些，所以对于油门的响应也会显得更容易甩动一点；中/后置引擎车辆的后轴拥有足够多的载荷从而能在载荷还没来得及转移时承载稍多一点的动力（以前置引擎而言）。然而不管怎么说，柔和准确的操控永远都是行走于极限边缘所必要的驾驶技能。============以上小弟拙见，我知道知乎大神多，如有什么不对的地方还望赐教。（2016.12.17增加驱动力矩的影响）