《極速快感11》汽車理論知識

一直想寫一篇將極速快感中改裝調試和汽車理論書中所涉及的知識連接起來的文章,既作為我的汽車理論的知識的實踐,也作為一個改裝調試的實踐的升華,我覺得是比較有意義的吧,不求什麼回報,只是如果我的文章能對喜歡多研究一點技術的朋友有所幫助或者啟發,能夠起到拋磚引玉的作用,便會讓我感到很榮幸。在文章開始我覺得很有必要再次強調一個重要原則:任何理論的,技術的分析,不論在邏輯上如何完美和自洽,都要經過實踐的檢驗。所以最重要的就是,調車時候分析要結合試車,最好是寫下試車日誌,記錄車輛的操控特點,然後根據知識分析改裝方向和程度,最後一定要再進入遊戲去體會,修改試車記錄,完成這樣整個過程才可以算是一個循環。 

一 、先看Prostreet中最細致的懸掛系統

具體調校已經有很多文章進行了說明,所以我這一貼就主要把用到的汽車理論中的知識說明一下,一是提供基礎知識供日後分析之用,二是可以把分析方法說得盡量明白:

1.涉及知識:車輛穩態轉向特性,輪胎的側偏特性,車輪的外傾(Camber),前束(TOE)等。
  
汽車的穩態轉向特性

首先我們要了解兩個概念:轉向不足(Understeer)和轉向過多(Oversteer),這是穩態轉向特性中兩個經常被提及但是很少能給出確切回答的概念。因為我們下面需要仔細分析穩態轉向特性的影響因素,故需要知道這個問題的來龍去脈。 穩態轉向特性是根據汽車的二自由度模型推導出來的,這個模型將汽車簡化為只有但前輪和後輪以及車軸的物理模型,並且考慮輪胎的側偏(下面將談到)特性,給出了汽車「橫擺角速度增益」(定義式:ω/δ,ω為汽車穩態橫擺角速度,即汽車在連續轉彎的穩態轉向過程中,以車身為參考系繞自身轉動中心轉動的角速度;δ為方向盤轉角。這個比值的意義為單位方向盤轉角輸入下,汽車所具有的橫擺角速度)與車速的關系:
ω/δ= (u/L)/(1+Ku^2)
u:車速,L:軸距,K:穩定性因數(Stability factor)。K的是一個關於軸距、汽車質量以及質心到前後軸距離等車輛自身特性有關的量,是車輛自身的性質。也就是說,一部車設計好了,它的K值也就確定了,並不因行駛速度等外部條件變換而改變。明眼人已經可以看出,這個K取值便是轉向特性的關鍵所在,的確,K值可正可負也可以取零。對應車輛的三種轉向特性:K>0,過多轉向(Over steer);K=0,中性轉向(Neutral steer);K



《極速快感11》汽車理論知識

1)當α1=α2時,K=0,這時汽車轉向軌跡就是中性轉向的圓周(小圖中K=0的跡線),汽車橫擺角速度ω= (u/L) δ,即中性轉向汽車的ω正比於車速和方向盤轉角,這種性質的汽車在方向盤轉角固定行駛的時候,軌跡是一個圓周;2)當α1>α2時,K>0,這時汽車轉向軌跡向外偏離了中性轉向的圓周,稱為不足轉向,在方向盤轉角固定時行駛,軌跡為向外擴散的螺旋線,此時的實際轉向中心比中性轉向的轉向中心向上移動了;3)同理在α1

我們經常聽到說,FF車型操縱起來是轉向不足的,而後驅車型則較為偏向轉向過多特性,那麼為什麼?我想這也是應該弄明白的問題,因為這影響到不同類型車的調校偏向,比如FF的GOLF GTI 與 RR代表的911系列的調校肯定有着極大不同的。討論這個問題之前,應該先解決上面屢次提到的輪胎側偏特性問題。


輪胎側偏:

輪胎是彈性橡膠構成的充氣體,在有垂直載荷的時候會發生變形,如果靜止時施加僅垂直載荷,輪胎接地處形變關於輪胎中心平面是對稱的,如果這時候還有側向力作用,輪胎會發生側偏(如圖)

《極速快感11》汽車理論知識

 Fy是作用於車軸的側向力,而地面一定有個與其大小相等方向相反的側向反力產生,這一對力偶促成了輪胎的側偏,側偏在靜止的時候沒有什麼特別,但在輪胎滾動的時候,側向力的作用會使輪胎行進軌跡發生偏移,軌跡線和原輪胎中心線所成的角度稱為「側偏角」,如後面圖示,由於輪胎形變,所以接地印跡線也發生彎曲,如圖中輪胎上標記的A1,A2和A3所示,這樣在輪胎向前滾動時(看圖),

《極速快感11》汽車理論知識

接地印跡線會偏離虛線所示接地中心線,偏移後的行駛方向(箭頭所指)和中心線(虛線所示)夾角為α,這個角我們就稱為側偏角。現在情況變得明了起來,原來汽車在轉彎的時候並不能按照輪子的轉角所向的方向行駛(因為側偏角的存在),而是要按照和輪子指向成α角的方向行駛,還是用右圖表示出來比較明顯: δ為車輪轉角,也就是由方向盤輸入可以決定的,α為側偏角,可以看出實際輪子前進的方向並非是與原方向成δ角,而是紅色箭頭所指的,沿側偏角所確定的方向行駛。 所以側偏角如此重要,以至於我們轉向特性中K的表達式,採用了以側偏角為參數的表示方法,現在可以回頭再去分析三種轉向特性與前後輪側偏角的關系圖,結論就變得清晰明了了。

現在可以來簡單分析一下為什麼FF車多會表現出不足轉向的特性了。概括的說,FF布局的車輛前輪兼具驅動和轉向的特性,所以輪胎可以提供的附着力中必須有一大部分用來作為驅動力,所以剩餘用於轉向的附着力就少了,因此容易表現出不足轉向特徵。下面是更細致的分析:在加速時候,軸荷後移,由於輪胎側偏剛度系數k在正常范圍內與垂直載荷W成正比的關系,所以前輪k變小,後輪k變大,在前後輪側向力相同的情況下,由Fy=kα得,後輪側偏角小,前輪側偏角大,根據前面分析,車輛表現出增加不足轉向的趨勢;2、「附着橢圓」給我們的信息,當制動力或者驅動力增加的時候,同一側偏角下的側偏剛度會降低,所以驅動輪不得不增加側偏角來獲得較高的側偏剛度,這樣也會使FF車趨於轉向不足;3、隨着驅動力增加,輪胎的回正力矩也有增加,這樣也導致了轉向不足的傾向。同樣的,如果我們把這些因素放到FR或者RR車上進行分析,可以得出另一個結論,它們是趨於過多轉向的!由於這並非重點,所以不再贅述,只是在調校車輛時候,要因地制宜的來做……

外傾角(Camber)和束角(TOE)

車輪的外傾和約束,也是比較重要的概念,直接或間接的影響着轉向特性。
現代汽車輪胎,其車輪中心平面與道路平面之間有一個夾角,稱作外傾角(Camber)若車輪上部向外傾斜,稱為正外傾角,反之為負。轎車前輪空載時常有微小正外傾角γ=5』-10』,以便車輪盡可能垂直於略微拱形的路面。Toe角度(束角)是描述從車的正上方看,車輪的前端和車輛從線的夾角。車輪前端向內側傾斜(內八字),稱為Toe in;車輪前端向外傾(外八字),稱為Toe out。束角的功用在於補償輪胎因外傾角及路面阻力所導致向內或向外滾動的趨勢,確保車子的直進性。

涉及的知識暫時寫到這里,希望可以啟發大家的思考,對大家有所幫助,

————————————————-

上半部分寫了懸掛系統中涉及的基本知識,下面主要是針對遊戲中選項的具體分析

2.遊戲中改裝選項的分析:
在各大遊戲網站上已經貼出了一篇極品11的調校的文章,大家想必都已經看到了,里面給出了各種選項的調校建議,其中懸掛系統的調校目的就是補償車輛本身的轉向傾向,說得清晰明了。但是並沒有給出為什麼要如此,下面我們就結合具體探討一下懸掛系統各個參數是如何影響轉向特性的。 需要說明的是,這一部分是前面知識的運用,用汽車理論的方法來分析各種參數的影響,希望可以幫助大家找到一個思考問題的方法,所以如果有朋友僅僅是想知道如何調校,那可以略去不看這部分的。

避震器(Shock),是阻尼器(damp)和彈簧(spring)的並聯構成的,阻尼器主要負責吸震,而彈簧會反彈車體和車輪使其恢復原始的位置狀態,這兩個並聯後,系統的振動呈現一個減幅震盪的趨勢,所以他們缺一不可:沒有彈簧,單靠阻尼器輪子不會回彈,單有彈簧又不會迅速衰減振動。這里提供的前四個選項雖然使用了SHOCK作為名稱,但實際上是調節阻尼(列舉基本對應極品11中suspension系統的列表順序):

(一)前/後避震器壓縮率(Front/Rear Shock Compression Rate):
    這屬於調整阻尼的選項,即選擇大阻尼或者小阻尼。這里我們提出三個分析要點:
1.賽車傾向於硬阻尼,所以調整的大方向確定了,即往「硬」,stiffer 方向調整。這樣犧牲舒適性來換循跡性。
【原因探討】當吸震行程阻尼力變大以後,首先在輪子遇到路面波動時,阻尼硬的車子會將更多的懸掛質量施加與輪端,也就是說將車輪更緊的壓在路上,可以提高在顛簸路面的循跡性;其次,選用大阻尼,懸掛較硬,車體側傾也較小,垂直載荷相對更加固定,並不會大范圍變動,各輪子的側偏剛度變化就會較小,因此帶來了較小的側偏角波動,這樣可以起到改變循跡特性的作用。
2.由垂直載荷的動態分配來看,硬的壓縮行程阻尼能夠使載荷分配幅度小但是分配速度快,可以更快建立「過彎姿勢」。但是必須結合車手的反應速度來定,過快的建立速度會讓駕駛者難於適應。
【原因探討】關於動態載荷分配對輪胎側偏的影響上一條剛剛說過。對於過彎姿勢:入彎時候,轉方向盤,輪胎會產生一個側偏角(slip angle),因此產生轉向力,然後就是垂直載荷的重新分配(車身重量轉移),在達到轉向力最大時,這次會建立一個新的平衡狀態,我們稱之為「過彎姿勢」,也就是我們前面仔細分析過的「穩態轉向」。 根據前面知識的論述,這個角的大小和垂直載荷有關,所以更低的垂直載荷分配幅度,就會使彎外側內側輪子差別減低,轉向角更接近實際輪子轉角,轉向感覺更清晰。
3.前後壓縮率設置都會按照1、2所說的改變而變化,但是前後設置有區別,則不僅有上述改變,還會略微影響車輛的轉向特性。
【原因探討】若前硬度高於後硬度(相對高,並非說是前調硬後調軟),則垂直載荷分配是不均勻的,較軟的後輪會分得更多的載荷,因此側偏剛度提高,側偏角變小,會增加轉向不足的特性,對於後驅車型可以這樣調整以修正固有的oversteer。這是理論分析,實際情況下,很硬的阻尼造成的垂直載荷分配程度小,而且垂直載荷的分配還受到汽車加減速的影響,因此最後對轉向特性的影響絕對不會很明顯。所以不建議主要從這兩項上改變車輛轉向特性。
綜上所述,我們得出下面兩個結論:(I)前後兩個壓縮比例都要適當調硬,但不可最高,(II)根據車量布局類型微調兩個值,但不要以此兩項為主試圖明顯改變車輛轉向特性,一是收效不大,二是有副作用。如RR車型,可以前硬後軟,可以在多數情況下稍微補償過多轉向。

(二)前/後避震器回彈率(Front/Rear Shock Rebound Rate):
賽車是可以分別調節壓縮和回彈行程阻尼大小的,這在極品11中都反映出來了,目前這兩項就是分別調整前後回彈率的。回彈阻尼主要影響的是輪胎接地性能,回彈阻尼太大的話,彈起的車輪重新貼回地面的阻力就變大,因此接地性變差。在賽車調節中一般為略微調硬或者不動。(實際試車很重要,是這項的主要參考)這里提出兩個原則供參考:
       1. 在不平路面上,如沙漠賽道,應調為較軟;
        2.盡量不要使後輪比前輪更硬,因為後輪接地性變差會影響抓地力,產生漂移,除非你想漂移。


(三)前/後彈簧剛性 (Front/Rear Spring stiffness):
如前所述,彈簧控制振動頻率,剛度系數K大,振動周期就短 (T=(m/K)^1/2)。簡要說明兩個分析要點:
        1.前後作為整體來說,若調硬,在壓縮行程,彈簧與阻尼一起控制垂直載荷分配程度與速度,使車輛的瞬態相應改善,防側傾效果好,在起伏路面上,過硬的彈簧會使車輪過於忠實地傳達地面的波動,因此車體更有可能彈離地面,所以不可以一味提高彈簧剛度,應該結合防傾杆一起來控制側傾。談到這里,有一個情況您可能也注意到了:彈簧硬也可以使輪子迅速回彈貼地,不也提高了接地性能嗎?單看輪子,確實是這樣的,但是這個問題的主要矛盾是過硬的彈簧會使車體受地面的不平坦的影響變大,車體振動加劇,由於動量定理我們知道,質量較小的非懸掛部分會具有更大幅度的波動,即車輪會更加「粗暴」的振動,造成貼地性能不佳,如果要衰減這種不需要的振動,就要加大回彈阻尼來幫助衰減這個振動,這樣反而又會削弱貼地性能,因此就陷入了一個惡性循環中,我們越改進貼地性,反而性能越差。這就告訴我們,只靠這一種調節已經無法完成我們想要的目標了,後面的防傾杆設定中我們會看到一種解決方法。
        2.類似於前面的選項,這里前後剛性的差異,也會影響到車輛轉彎特性,若前硬後軟,則在彎道中前輪垂直載荷變化小,後***,所以後輪側偏剛度大,側偏角小,會使車輛趨於增加不足轉向特性(Understeer);反之亦然。
綜上,(I)前後剛性都應要參考前面回彈阻尼的設定而適當調硬,但同樣遵循過猶不及的原則,最終需要實踐來確定方案;(II)前硬後軟可適當糾正OS,前軟後硬可適當修正US。

(四)車高(Ride Height):
    車高也就是指的離地間隙,空氣動力學常識大家一定熟知,即空氣流速越快,壓強越小,而且在越狹小的風道中,空氣流速會越快,所以車底的離地間隙相當於一個風道,我們減小它的高度,就會加大流經其中的空氣的速度,則流經汽車上下表面的空氣就會有壓力差,這種下壓力會把車壓在地面上,增強了車輛行駛的穩定性。顯然,車高太低會對通過性有很大的隨害,所以具體調校時候大家還是用實驗的方法確定。可以通過Drag賽來實驗。

(五)前後防傾杆硬度(Front/Rear Rollbar stiffness)
防傾杆作用如其名稱:防止車身側傾。負責削弱在轉彎或是左右輪不同步顛簸時候的車身側傾,從而提高了懸架的側傾角剛度。對於極限狀況下的轉彎性能有提高。其實單純換用更硬的懸架彈簧或是壓縮阻尼也會達到相應的提高角剛度的目的,但是這樣也會影響所有行駛工況下的行駛性能,尤其是平路直進時候的平順性。因為防傾杆僅僅是在左右懸掛不同步運動的時候才會起作用,而改動了彈簧和阻尼則會改變所有的情況。 從另一個角度來看防傾杆,我們其實可以把防傾杆當作是獨立懸架和非獨立懸架一種妥協,因為防傾杆將原本脫離直接干涉的左右兩個獨立懸架重新建立了聯系。那麼防傾杆的調校需要考慮什麼要點呢:
        1.賽車防傾杆適當調硬,更好控制轉向時候的側傾,而且如果僅欲改善過彎穩定性,則和上面調節彈簧和阻尼的硬度比較,優先調節防傾杆,因為可以規避彈簧變過硬帶來的負面影響。
        2.前後防傾杆分別調節也會改變汽車的轉向特性,若加硬前防傾杆,則過彎時候前軸的垂直載荷分配比較均衡,但是後輪的載荷分配幅度大,所以後輪側偏角會比前輪更顯著的變小,所以車子會偏向understeer;同理如果加粗後防傾杆,則前輪受轉向側傾影響比較明顯,前輪側偏角變小,偏向oversteer。說到這里有一點我要說明:在我實際調節911GT2這款車的時候,對比調節前,發現防傾杆設置為前硬後軟的情況下(前硬度+4,後硬度+2),感覺到車子轉向會更加的偏向OS,和分析正好相反,朋友們可以試驗一下。我想說明的是:本段的分析我仔細推理過並沒有錯誤,實際車輛改裝時候也是這個規律,那麼要麼是NFS11對911懸掛設計有問題,要麼是911GT2本身還有未知的因素在影響着轉向特性,我以後會進一步測試不同車輛的調節效果,來驗證我的推斷。我們再一次看到:試驗始終是重要的,如果想調好一部車,要一項項的來,在分析指導下測試,測試完畢後驗證分析。

(六)前/後胎壓(Front/Rear Tire Pressure)
大家肯定認為很了解輪胎,這麼個充氣皮圈有什麼好說。但我還是想細說一下輪胎,或許您聽完我說的這些,對輪胎細節問題會有個新的認識。首先是輪胎中充氣,氣體是什麼作用呢?我們都知道氣體充得足輪胎就硬,那麼是氣體在承重嗎?顯然不是的,整個胎內部是聯通的,氣體壓強相同,是不會承重呢。氣體其實僅僅是起着一個調節輪胎側壁剛度的作用,氣體足,輪胎側壁就硬,便可以擁有更大的支撐力和抗側偏特性,所以調節胎壓是可以調節車輛穩態轉向特性的; 其次,輪胎可以用什麼模型來描述呢?我們一直都是注意輪胎的彈性,卻忽略了它也有阻尼的特性,其實它就相當於是一個避震系統(shock system),是可以抽象為彈簧和阻尼的並聯的模型,具有阻尼是因為輪胎具有「彈性遲滯損失」的緣故,即加載和卸載到同一個重量時候,輪胎加載過程中的形變要小於卸載到這個重量時候的形變,也就是說輪胎恢復是滯後的,這一點和阻尼性質一致,都將機械能部分轉化為了熱能損失掉了。
所以,調節輪胎胎壓,原則類似阻尼和彈簧的設定,這里簡要說明下:
        1.先說前後輪胎壓調節均有的性質,提高胎壓可以提高輪胎的側偏剛度,有利於減小側偏角,對操控有利;但若太硬就會如懸掛系統一樣由於顛簸過於激烈而失去了良好的循跡性能,如果不巧懸掛又很硬,那就會雪上加霜了。
        2.前後輪胎壓的差異化調整會改變車輛的穩態轉向特性,如果前較硬,則前輪的側偏剛度高前輪側偏角小,車輛趨於Oversteer;若前軟後硬,車輛趨於Understeer。

(七)束角(TOE),外傾角(Camber)和後傾角(Castor)
把這三個選項放在一起,是因為這屬於車輪定位四個參數中的三個,另一個是「主銷內傾角」,但並未出現在這一代極品中。
        1.TOE在這里是指的前束,對於改善汽車直進性能來說,TOE-IN是可行的,它將前輪的運動向內約束,可以在直線運動中束緊前輪,改良直進穩定性但是前進阻力有所增加;TOE-OUT有利於改善轉向靈敏度,因為向外的束角相當於讓車輪做好了入彎姿勢。當然缺點也是很明顯的,削弱了汽車直進穩定性。一般彎道中賽車可以稍微調節為OUT。


《極速快感11》汽車理論知識



 
        2.外傾角(Camber)是用來補償TOE的一個參數,所以這兩者的調節必須相輔相成,互為約束。如圖中的右邊部分(淺色箭頭所指為由於TOE-IN而產生的行駛方向,而正外傾角引起的行駛方向是深色箭頭所指,這兩個因素聯合約束後實際行進方向應該是紅色箭頭所示的正前方。) 外傾角的採用是出於減低轉向阻力考慮的,如圖所示,由於外傾角(左邊圖中角A)和主銷內傾角(左邊途中角B)的存在,車輪實際轉動是以主銷中心線為轉動中心的,這樣比直接繞垂直地面的輪胎中心軸線轉動所受地面阻力更小,轉向則會更加靈活。實際調校中可以用適當增加外傾角的方法來改善轉向,但是上面剛剛說了,外傾角偏正的話就要配合TOE-IN的增大,這又是不利於轉彎的調整,所以我們必須尋求一個平衡,這個平衡的原則從哪里來?就是實際試車!

《極速快感11》汽車理論知識


        3.後傾角(Castor)描述的是主銷上端向後傾斜,主銷軸線與前輪中心垂線間的夾角。其作用和摩托車的前叉作用相同(例如哈雷的前叉後傾非常大)。如圖所示,後傾角的採用,讓主銷延長線位於了輪胎接地點的前方,這樣的布局有利於自動回正,後傾角後傾愈大,回正性越好(因為相當於主銷在牽引輪子向前走),汽車直進穩定性越好,但是轉向越沉重(通過分析轉向阻力的力臂長短來理解這個結論)。調校中可以以此項改變車輛的轉向阻力。

懸掛部分完結語:這第二部分是對於極品11中出現的懸掛系統的調校選項,經過聯系汽車理論和結構中相關內容給出的分析,其實可以看到,幾乎所有的調教選項,雖然這些選項各不相同,但是最終基本都是通過影響輪胎的側偏特性,改變輪胎側偏角來影響汽車的轉向特徵,行駛特性,因為汽車的輪胎是車輛唯一和地面作用的部分,也是各種作用與車輛的力的最主要來源,希望大家考慮懸掛系統改裝調校的問題時,要善於結合輪胎的側偏去考慮,進而推理出某一項改變會如何改變車輛的穩態轉向特性,這也是我上面所寫的實際分析內容所極力想傳達給朋友們的。

懸掛部分完畢~~



來源:遊民星空