【久违的技术贴】为什么要选择MR
相隔上一次发帖已经有几个月了,这次我又带来了一篇不错的文章,结合图阅读更佳。另外我还有一本NSX的
书也已经全部翻译完成,直接在百度搜本田NSX,20周年就能找到,想看的自己去搜,我这不算违规吧?!
为什么要选择中置后驱
这个理由就在汽车的参数上——————————
要讨论中置后驱跑车的运动特性就要从Z轴周围的yawing力矩上说起。但是在转向开始的时候yawing的运动中
心已经在后车轴上。如果注目这个地方,就会明白中置后驱车独有的重量分配,以及为什么后轮那么大,这都
是为了决定车辆的性格。
为了叙述方便我会用简写代替一些文字或是直接英文
FF:前置前驱
FR:前置后驱
MR:中置后驱
RR:后置后驱
CG:车辆重心
HP:驾驶员坐在车里的位置
yawing:自转运动,Z轴
rolling:左右侧倾运动,X轴
pitching:前后沉浮运动,Y轴
CP:cornering force=转向力
先来一个基本概念
汽车6个方向的自由运动
1:从前后贯穿汽车中心线的轴为X轴,X轴周围会发生rolling。
rolling运动轨迹:从车正面看,车辆朝左或右侧倾。转弯的时候,车辆外侧会发生侧倾(比如右转,那么左侧
就是外侧),这个时候的rolling还混杂了前后方向的力。
2:车辆CG和地球中心相连接线为Z轴,Z轴周围会发生yawing,也就是汽车的自转运动。汽车并不是因为yawing
的原因而转向,而是因为yawing首先引发自转,然后经过稍微的延迟车辆进入公转的过程,即转向。
3:从侧面看CG的位置是一个点,以这个点为中心横插一条线,这条线就是Y轴,Y轴周围会发生pitching。
pitching会让车辆产生前后摇动。理论上只在汽车驱动和制动的时候发生,但事实上,会有一边制动一边转向
的情况发生,pitching会重合rolling一起发生。
辆的参数决定了汽车的基本运动性能,这一点放到现在也是不变的。
MR的优势就在于将重量物布置在Z轴附近,以及Z轴到转向轴即前轴的距离短——————曾经有几种日本
制MR面世的时候,我记得有很多人都这么说。
Z轴即使车辆的重心位置=Cennter of Gravity(CG),是和地球中心相连接的一根轴。汽车在和地球引力
抗衡的时候同时也在做前后/左右/上下6个自由方向的运动。所以Z轴在车辆中心线上的哪一个位置是非常重要
的。
CG是由前后车轴的重量分布,引擎等重量物的搭载位置,车辆全长,全高,全宽的平衡,轴距,前后轮距
等汽车参数决定的。从正侧面看,CG和驾驶员坐在车里的位置=Hip Piont(HP)相重合的话,驾驶员就能毫
无延迟地感受到油门操作时的重力加速度的方向和强弱,所以汽车参数很重要,也许这就是真理吧。
如果深究这一点的话,那么就只能坐在汽车中央了。民用车里边的话有麦克拉伦的F1,驾驶室在中央,将
HP稍微向后错开,然后左右是乘客席。从侧面看虽然CG和HP是重合的,但是实际上驾驶员不是在CG的左边
就是在右边。像F1这样的方程式赛车,因为只能坐一个人,所以CG和HP是完美重合的。过去也有些民用车做
过这方面的尝试。
那么,CG到转向轴中心的距离真的是越短越好吗。
上图是92年马自达发售的AZ-1侧视图。轻车规格,全长3300mm,全宽1400mm,2座MR。CG到前车轴a的
距离是1250mm,前后车轴静止状态时的重量分布为前44/后56。虽然同是代发售的本田BEAT也是轻车规格
MR,但是a稍微长一点,有1300mm,前后车轴重量分布为前43/后57。这两台车的共同点就是从侧面看CG和
HP几乎重合。这也是MR的优势。
另一方面,同时代的FR铃木卡布奇诺,CG到前车轴的距离仅有1010mm。如果只从越短越好这一点来看的
话,那么轻规格汽车的FR不局是有优势的。但是卡布奇诺从侧面看的话,CG在驾驶员膝盖的位置,方向盘的
下方。AZ-1的CG在驾驶员的腰椎附近,BEAT的CG也和AZ-1完全一样。
因为这个原因,卡布奇诺把方向盘像左转的时候,反而感觉到HP向右移动。作用于CG的yawing力矩虽然是
朝左旋转。但是在转弯开始的时候驾驶员的屁股会首先感觉到与转向方向相反的力。侧面看CG和HP几乎重合
的AZ-1和BEAT就没有这种情况,只能感受到和操作方向相同的力,在我的记忆里这是非常愉快的感受。特别
是在市区里,保持50-60km/h的速度是最舒服的。
也就是说,只看CG和转向轴中心的距离是不能说明车辆运动性能的。比较CG离地高度,AZ-1是
426mm,BEAT是440mm,卡布奇诺是450mm。从基本参数看,AZ-1要优于后两者。但是HP离地高AZ-1是
215mm,BEAT是265mm,卡布奇诺是280mm,这个和CG的差AZ-1是211mm,BEAT是175mm,卡布奇诺是
170mm,因此不能说CG离地距离低的AZ-1有优势。
只是FR布局的卡布奇诺从侧面看,以座位在中间位置为基准,CG和HP的距离是450mm。而MR的AZ-1和
BEAT只有十几毫米。这就是MR结构上的优势,FR是不可能做到这一点的。 那么HP和转向轴中心的距离又
如何。车高超过1米7的轻面包车和FR的小货车以及驾驶员坐在前轴上方的FR货车,虽然HP离地高度高,但是
从侧面看,HP和转向轴中心距离短。CG比起HP还要在车辆后方,转动方向盘的时候车辆的变化方向也转向方
向一致。
我经常觉得驾驶小货车很好玩,这就是因为转向轴和HP无限接近造成的吧。相反,因为HP和CG的距离远,
会让人感觉到车正在转弯这个过程很长。从这层意思上来看,转向轴中心和HP的距离也很重要。
另外也能这么看,如上图,展示了汽车从直线行驶状态到转弯的过程,在直线行驶时转动方向盘,转向轮改
变方向,前轮发生CP,汽车改变方向。泽濑薰教授在画这幅图的时候,我也向教授请教了他对MR运动性的看
法。
教授是这么说的:“转弯是从后车轴开始的。”
“教授说虽然这个事实很容易被人忘记,但它就是这样的。在转动方向盘之后瞬间,前轮还没有发生CP。这
时的轮胎会和路面产生一个不同于直行时的摩擦,由这个摩擦产生横方向的力,然后发生CP。但是后车轴还是
直行状态,后轮没有发生CP。前轮明明发生了CP,但后轮还是直行状态。所以前轮就像被刹车了一样(制动力
矩发生),这个力矩会变为CP,以这个的发生为开端,CG周围车辆整体发生转动的力,由此引起车辆自转。”
“后车轴的扭矩分配系统就是为了控制这个引发自转的力矩的东西。”
原来如此,我恍然大悟。泽濑薰教授正是三菱汽车AYC(主动yawing控制)实用化的本尊,教授的最终作
品EVO10达到了高度的用后轮扭矩控制车辆动态的成果。连德国人都说在4WD领域里没有工程师不知道泽濑的
大名。不仅是通过方向盘,通过驱动力来提高车辆运动性能也是教授一直以来的课题,教授是一直和yawing战
斗的男人。
对,由于自转车体会产生横滑角,这个角度变得安定的时候,车辆就会发生公转。转弯这个过程就是公转。
如果弯道的曲率(半径)不变的话,那么只需要固定住方向盘就可以一直沿弯道转下去了。在这个状态下一直
公转就是定常圆旋回,前后轮的CP相等,就像前边的图f1=f2。
这就是从转动方向盘————前轮CP发生————车辆自转产生横滑角————车辆公转这一连的流程。
在这里回想一下泽濑薰教授所说的,自转开始前的yawing运动的中心物理上是在后轮和地面的接触面,而左右
的中心又在后车轴的中心,也就是yawing的发生源。MR后车轴负担的重量大,所以经常会表现为靠后轮抓
地,靠前轮转弯,这在力学上也能证明。
泽濑教授这样说道:“一般理论来说,转动方向盘后转弯的精确性,反应的灵敏性是由CG周围的惯性重量决
定的。但是从直行状态下把方向打死,这一瞬间的转弯中心在后车轴上,转弯开始后转弯中心会回到CG上。”
“定常圆运动中的汽车的轻快性是由CG周围的惯性力矩左右的,如果想减小惯性力矩那么就会把重的东西放
到车的中心,那么静止状态下的前后重量比就会是50:50,转动方向盘的最初阶段车辆会以后车轴左右中心为
基准改变方向。”
就是说如果不只是考虑CG周围yawing惯性,而把后车轴周围的yawing惯性也考虑进去的话,那么就能做出
想要的车辆性格。想到这,我就想起MR车转动方向盘时车辆良好的反应,就是这么个原因吧。
“不论转弯时荷重有无转移,惯性力矩都是没有界限的。如果说以一个点为中心绕其旋转会产生多大的惯性
力矩,那么这将由它周围的质量决定。从这层意思上来说,MR在弯道是有利的,这是因为MR从转动方盘到开
始转弯的过渡很轻快,这是MR的本性,很容易做出来。”
惯性力矩是由到中心的距离×质量的积分得到的数值,对于后车轴重量大于前车轴重量的MR来说,把CG位
置做得靠近后车轴是很好的,也许泽濑教授是想说明这么一件事吧。
车辆转弯时是怎么样转的,车辆参数就是它的基准,到现在都还是不变的。只是现在不同于80,90年代只通过
前后轮距,轴距,CG来决定车辆运动性。Z轴周围的惯性力矩小的车比大的车在同一舵角下进入自转运动反应
要快。曾经运动性好的车喜欢把重量物集中在CG附近,这是因为能保持4轮摩擦圆的平衡,这很重要,到现在
都还是这个原则。
但是现在车连参数不咋样的车可以通过各种电子控制来减少不好的影响。所以MR的优势变弱了。其实最根
本还是因为MR和FF ,FR的构造不能共有,开发MR需要巨额的投资,与其这样还不如活用FF和FR的布局,通
过电子控制制造高性能的汽车,这样能获得更多的利润,大厂都是这么想的。
虽然现在是这么个情况,但是如果以后车轴为中心车辆进行转弯为第一原则思考的话,MR的优势并不是消
失了,到现在都还没有失去优势。和FR相比,MR从引擎到后轮的转动系更短,这车驱动系的扭曲刚性来看是
有利的,引擎到驱动轮的传动系长的话,那么这之间的零件的扭矩刚性和共振周波数都是不利的。
那么FF又如何,泽濑教授说:“当然有利。”然后说起了自身的体验。
“EVO4的引擎搭载位置有所改变,之前都是west/east,引擎正方向转动,因为是逆向搭载,所以变速箱是
4轴结构。然后搭载位置变成east/west后,变速箱变成了3轴,结果公司的人就说牵引力变差了。后来仔想了
想,west/east布局的话,变速箱驱动轴和引擎是同一个转动方向,但是east/west布局的话,3轴变速箱会驱动
轴和引擎是反方向转动。那么踩油门的时候,扭矩增加,前轮的荷重就会跑掉一点,这种微妙的地方也被运动
性能支配着。针对防止荷重跑掉来设计引擎机脚也没有用。”
这种微妙的汽车动态通过模拟是无法实现的。所以只有造出试作车,不停的测试才行。汽车一边抵抗着地球
的重力,一边和前面提到的6个自由方向的运动斗争,轮胎也和它们也有密切的关系。轮胎所承受的荷重不停
的变化,必须要让这种变化和车辆的运动相辅相成。
泽濑教授表示转弯不只是依靠从转动方向盘到yawing力矩发生来实现,还可以通过主动增减后车轴左右轮
驱动力来直接操纵yawing力矩。将后轮的横力积极运用到转弯上。还有不通过前后轮胎将摩擦力转变为横力的
弯方式,而是在轮胎抓地领域内直接发生横力,减低摩擦力的同时提高弯道能力。这里我想到的是MR布局的
后车轴装备扭矩分配系统中央差速器的全时四驱的可能性,这样的话MR的战斗力将会切实增强,之后就是布
局了。
泽濑教授还说:“真是有趣,在后车轴放2个电机,然后用机械将其相连,前车轴放一个电机,这种想法也是
可能的。
”难不成教授已经开始什么实验了吗?
书也已经全部翻译完成,直接在百度搜本田NSX,20周年就能找到,想看的自己去搜,我这不算违规吧?!
为什么要选择中置后驱
这个理由就在汽车的参数上——————————
要讨论中置后驱跑车的运动特性就要从Z轴周围的yawing力矩上说起。但是在转向开始的时候yawing的运动中
心已经在后车轴上。如果注目这个地方,就会明白中置后驱车独有的重量分配,以及为什么后轮那么大,这都
是为了决定车辆的性格。
为了叙述方便我会用简写代替一些文字或是直接英文
FF:前置前驱
FR:前置后驱
MR:中置后驱
RR:后置后驱
CG:车辆重心
HP:驾驶员坐在车里的位置
yawing:自转运动,Z轴
rolling:左右侧倾运动,X轴
pitching:前后沉浮运动,Y轴
CP:cornering force=转向力
先来一个基本概念
汽车6个方向的自由运动
1:从前后贯穿汽车中心线的轴为X轴,X轴周围会发生rolling。
rolling运动轨迹:从车正面看,车辆朝左或右侧倾。转弯的时候,车辆外侧会发生侧倾(比如右转,那么左侧
就是外侧),这个时候的rolling还混杂了前后方向的力。
2:车辆CG和地球中心相连接线为Z轴,Z轴周围会发生yawing,也就是汽车的自转运动。汽车并不是因为yawing
的原因而转向,而是因为yawing首先引发自转,然后经过稍微的延迟车辆进入公转的过程,即转向。
3:从侧面看CG的位置是一个点,以这个点为中心横插一条线,这条线就是Y轴,Y轴周围会发生pitching。
pitching会让车辆产生前后摇动。理论上只在汽车驱动和制动的时候发生,但事实上,会有一边制动一边转向
的情况发生,pitching会重合rolling一起发生。
辆的参数决定了汽车的基本运动性能,这一点放到现在也是不变的。
MR的优势就在于将重量物布置在Z轴附近,以及Z轴到转向轴即前轴的距离短——————曾经有几种日本
制MR面世的时候,我记得有很多人都这么说。
Z轴即使车辆的重心位置=Cennter of Gravity(CG),是和地球中心相连接的一根轴。汽车在和地球引力
抗衡的时候同时也在做前后/左右/上下6个自由方向的运动。所以Z轴在车辆中心线上的哪一个位置是非常重要
的。
CG是由前后车轴的重量分布,引擎等重量物的搭载位置,车辆全长,全高,全宽的平衡,轴距,前后轮距
等汽车参数决定的。从正侧面看,CG和驾驶员坐在车里的位置=Hip Piont(HP)相重合的话,驾驶员就能毫
无延迟地感受到油门操作时的重力加速度的方向和强弱,所以汽车参数很重要,也许这就是真理吧。
如果深究这一点的话,那么就只能坐在汽车中央了。民用车里边的话有麦克拉伦的F1,驾驶室在中央,将
HP稍微向后错开,然后左右是乘客席。从侧面看虽然CG和HP是重合的,但是实际上驾驶员不是在CG的左边
就是在右边。像F1这样的方程式赛车,因为只能坐一个人,所以CG和HP是完美重合的。过去也有些民用车做
过这方面的尝试。
那么,CG到转向轴中心的距离真的是越短越好吗。
上图是92年马自达发售的AZ-1侧视图。轻车规格,全长3300mm,全宽1400mm,2座MR。CG到前车轴a的
距离是1250mm,前后车轴静止状态时的重量分布为前44/后56。虽然同是代发售的本田BEAT也是轻车规格
MR,但是a稍微长一点,有1300mm,前后车轴重量分布为前43/后57。这两台车的共同点就是从侧面看CG和
HP几乎重合。这也是MR的优势。
另一方面,同时代的FR铃木卡布奇诺,CG到前车轴的距离仅有1010mm。如果只从越短越好这一点来看的
话,那么轻规格汽车的FR不局是有优势的。但是卡布奇诺从侧面看的话,CG在驾驶员膝盖的位置,方向盘的
下方。AZ-1的CG在驾驶员的腰椎附近,BEAT的CG也和AZ-1完全一样。
因为这个原因,卡布奇诺把方向盘像左转的时候,反而感觉到HP向右移动。作用于CG的yawing力矩虽然是
朝左旋转。但是在转弯开始的时候驾驶员的屁股会首先感觉到与转向方向相反的力。侧面看CG和HP几乎重合
的AZ-1和BEAT就没有这种情况,只能感受到和操作方向相同的力,在我的记忆里这是非常愉快的感受。特别
是在市区里,保持50-60km/h的速度是最舒服的。
也就是说,只看CG和转向轴中心的距离是不能说明车辆运动性能的。比较CG离地高度,AZ-1是
426mm,BEAT是440mm,卡布奇诺是450mm。从基本参数看,AZ-1要优于后两者。但是HP离地高AZ-1是
215mm,BEAT是265mm,卡布奇诺是280mm,这个和CG的差AZ-1是211mm,BEAT是175mm,卡布奇诺是
170mm,因此不能说CG离地距离低的AZ-1有优势。
只是FR布局的卡布奇诺从侧面看,以座位在中间位置为基准,CG和HP的距离是450mm。而MR的AZ-1和
BEAT只有十几毫米。这就是MR结构上的优势,FR是不可能做到这一点的。 那么HP和转向轴中心的距离又
如何。车高超过1米7的轻面包车和FR的小货车以及驾驶员坐在前轴上方的FR货车,虽然HP离地高度高,但是
从侧面看,HP和转向轴中心距离短。CG比起HP还要在车辆后方,转动方向盘的时候车辆的变化方向也转向方
向一致。
我经常觉得驾驶小货车很好玩,这就是因为转向轴和HP无限接近造成的吧。相反,因为HP和CG的距离远,
会让人感觉到车正在转弯这个过程很长。从这层意思上来看,转向轴中心和HP的距离也很重要。
另外也能这么看,如上图,展示了汽车从直线行驶状态到转弯的过程,在直线行驶时转动方向盘,转向轮改
变方向,前轮发生CP,汽车改变方向。泽濑薰教授在画这幅图的时候,我也向教授请教了他对MR运动性的看
法。
教授是这么说的:“转弯是从后车轴开始的。”
“教授说虽然这个事实很容易被人忘记,但它就是这样的。在转动方向盘之后瞬间,前轮还没有发生CP。这
时的轮胎会和路面产生一个不同于直行时的摩擦,由这个摩擦产生横方向的力,然后发生CP。但是后车轴还是
直行状态,后轮没有发生CP。前轮明明发生了CP,但后轮还是直行状态。所以前轮就像被刹车了一样(制动力
矩发生),这个力矩会变为CP,以这个的发生为开端,CG周围车辆整体发生转动的力,由此引起车辆自转。”
“后车轴的扭矩分配系统就是为了控制这个引发自转的力矩的东西。”
原来如此,我恍然大悟。泽濑薰教授正是三菱汽车AYC(主动yawing控制)实用化的本尊,教授的最终作
品EVO10达到了高度的用后轮扭矩控制车辆动态的成果。连德国人都说在4WD领域里没有工程师不知道泽濑的
大名。不仅是通过方向盘,通过驱动力来提高车辆运动性能也是教授一直以来的课题,教授是一直和yawing战
斗的男人。
对,由于自转车体会产生横滑角,这个角度变得安定的时候,车辆就会发生公转。转弯这个过程就是公转。
如果弯道的曲率(半径)不变的话,那么只需要固定住方向盘就可以一直沿弯道转下去了。在这个状态下一直
公转就是定常圆旋回,前后轮的CP相等,就像前边的图f1=f2。
这就是从转动方向盘————前轮CP发生————车辆自转产生横滑角————车辆公转这一连的流程。
在这里回想一下泽濑薰教授所说的,自转开始前的yawing运动的中心物理上是在后轮和地面的接触面,而左右
的中心又在后车轴的中心,也就是yawing的发生源。MR后车轴负担的重量大,所以经常会表现为靠后轮抓
地,靠前轮转弯,这在力学上也能证明。
泽濑教授这样说道:“一般理论来说,转动方向盘后转弯的精确性,反应的灵敏性是由CG周围的惯性重量决
定的。但是从直行状态下把方向打死,这一瞬间的转弯中心在后车轴上,转弯开始后转弯中心会回到CG上。”
“定常圆运动中的汽车的轻快性是由CG周围的惯性力矩左右的,如果想减小惯性力矩那么就会把重的东西放
到车的中心,那么静止状态下的前后重量比就会是50:50,转动方向盘的最初阶段车辆会以后车轴左右中心为
基准改变方向。”
就是说如果不只是考虑CG周围yawing惯性,而把后车轴周围的yawing惯性也考虑进去的话,那么就能做出
想要的车辆性格。想到这,我就想起MR车转动方向盘时车辆良好的反应,就是这么个原因吧。
“不论转弯时荷重有无转移,惯性力矩都是没有界限的。如果说以一个点为中心绕其旋转会产生多大的惯性
力矩,那么这将由它周围的质量决定。从这层意思上来说,MR在弯道是有利的,这是因为MR从转动方盘到开
始转弯的过渡很轻快,这是MR的本性,很容易做出来。”
惯性力矩是由到中心的距离×质量的积分得到的数值,对于后车轴重量大于前车轴重量的MR来说,把CG位
置做得靠近后车轴是很好的,也许泽濑教授是想说明这么一件事吧。
车辆转弯时是怎么样转的,车辆参数就是它的基准,到现在都还是不变的。只是现在不同于80,90年代只通过
前后轮距,轴距,CG来决定车辆运动性。Z轴周围的惯性力矩小的车比大的车在同一舵角下进入自转运动反应
要快。曾经运动性好的车喜欢把重量物集中在CG附近,这是因为能保持4轮摩擦圆的平衡,这很重要,到现在
都还是这个原则。
但是现在车连参数不咋样的车可以通过各种电子控制来减少不好的影响。所以MR的优势变弱了。其实最根
本还是因为MR和FF ,FR的构造不能共有,开发MR需要巨额的投资,与其这样还不如活用FF和FR的布局,通
过电子控制制造高性能的汽车,这样能获得更多的利润,大厂都是这么想的。
虽然现在是这么个情况,但是如果以后车轴为中心车辆进行转弯为第一原则思考的话,MR的优势并不是消
失了,到现在都还没有失去优势。和FR相比,MR从引擎到后轮的转动系更短,这车驱动系的扭曲刚性来看是
有利的,引擎到驱动轮的传动系长的话,那么这之间的零件的扭矩刚性和共振周波数都是不利的。
那么FF又如何,泽濑教授说:“当然有利。”然后说起了自身的体验。
“EVO4的引擎搭载位置有所改变,之前都是west/east,引擎正方向转动,因为是逆向搭载,所以变速箱是
4轴结构。然后搭载位置变成east/west后,变速箱变成了3轴,结果公司的人就说牵引力变差了。后来仔想了
想,west/east布局的话,变速箱驱动轴和引擎是同一个转动方向,但是east/west布局的话,3轴变速箱会驱动
轴和引擎是反方向转动。那么踩油门的时候,扭矩增加,前轮的荷重就会跑掉一点,这种微妙的地方也被运动
性能支配着。针对防止荷重跑掉来设计引擎机脚也没有用。”
这种微妙的汽车动态通过模拟是无法实现的。所以只有造出试作车,不停的测试才行。汽车一边抵抗着地球
的重力,一边和前面提到的6个自由方向的运动斗争,轮胎也和它们也有密切的关系。轮胎所承受的荷重不停
的变化,必须要让这种变化和车辆的运动相辅相成。
泽濑教授表示转弯不只是依靠从转动方向盘到yawing力矩发生来实现,还可以通过主动增减后车轴左右轮
驱动力来直接操纵yawing力矩。将后轮的横力积极运用到转弯上。还有不通过前后轮胎将摩擦力转变为横力的
弯方式,而是在轮胎抓地领域内直接发生横力,减低摩擦力的同时提高弯道能力。这里我想到的是MR布局的
后车轴装备扭矩分配系统中央差速器的全时四驱的可能性,这样的话MR的战斗力将会切实增强,之后就是布
局了。
泽濑教授还说:“真是有趣,在后车轴放2个电机,然后用机械将其相连,前车轴放一个电机,这种想法也是
可能的。
”难不成教授已经开始什么实验了吗?