阿克曼转向与车辆过弯性能的关系

2016/08/062637℃

阿克曼转向几何(英语:Ackermann steering geometry)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,这个想法是由德国车辆工程师“Lankensperger”于1817年提出的,之后由他的英国代理商Rudolph Ackermann(en:Rudolph Ackermann)于1818年提出专利。另一方面,伊拉斯谟斯·达尔文可能早在1758年就提出了这一想法。同样的想法在1870也由法国的Bollée和Jeantaud发展了出来。

通常情况在车辆在转弯中,内侧车轮是行驶半径要小于外侧车轮。因此,内侧车轮应当有更大的转角,以避免拖滑现象。通过设计前悬的几何参数可以达到这一目的。这就是阿克曼转向机构。依据阿克曼转向几何设计的车辆,沿着弯道转弯时,利用四连杆的相等曲柄使内侧轮的转向角比外侧轮大大约2~4度,使四个轮子路径的圆心大致上交会于后轴的延长线上瞬时转向中心,让车辆可以顺畅的转弯。

在转弯时,我们希望内侧车轮的转向角总是比外侧车轮的转向角大一些。假设驾驶员向左打轮输入一个较小的转向角度,由于车轮前束角(Toe-in)的缘故,左侧车轮与正前方的夹角变得较小(如图从带箭头的线变成不带箭头的线),而右侧的车轮与正前方夹角却变得较大。而这与上面的阿克曼转向几何中描述的两轮摆角关系正好相反,会造成额外摩擦力,阻碍车轮转动。

但是这里的阻碍和之前几期主销后倾和主销内倾所提供的回正是不同的,Toe-in并不提供回正力矩。当车辆入弯后,随着车辆载荷向外侧车轮一侧偏移,这种由于车轮前束所造成的阻碍转向现象就会得到消除。也就是说它只作用于转弯的起始阶段。负的车轮前束角(Toe-out)则会倾向于易于发生转向。车轮束角不仅存在于也存在于后轮上。如一些前轮驱动车辆会采用前轮Toe-in而后轮Toe-out的布置,以削弱前驱车转向不足(understeer)的问题。

一些赛车被设计,或改装成具有与阿克曼转向相反的特性。这就意味着内侧车轮的转角比外侧车轮还要小。其原因就是,转向时内侧车轮所承受的载荷很小,就算是有拖滑现象也不会造成什么损耗。另一些车辆上会增大阿克曼转向效应,就是说内侧车轮的转角比实际需要的还要大。无论那种设计都是为了使车辆获得预期的初始转向特性。

发表评论