小米用户称天冷前轮转向会发出「咯噔」声,官方称是正常现象,车企口中的「阿克曼角」现象到底是怎么回事?
确实是正常现象,基本上所有现代乘用车都存在类似现象,尤其是对动态控制有一定追求的车型。
首先,可以直觉地建立一个概念。车轮转向时,车轮在转动的方向上提供驱动车辆的牵引力,垂直于转动平面的方向上提供车辆转向的向心力。
然后,简单画一个四轮车的图就会发现,假如转向时两个转向保持平行,那么他们提供的向心力也是平行的,并不指向同一个圆心。但汽车作为一个整体只会有一个转动圆心,这意味着,两个平行且不重合的向心力一定有一部分被浪费掉了,同时变成牵引方向的分量阻碍车辆行驶、磨损轮胎、降低抓地力。
因此工程师就设计了阿克曼转向机构,来让两个转向轮形成一定夹角,让它们提供的向心力大致指向同一个圆心。这个夹角就,就被称为阿克曼角。
至于打方向轮胎异响,有两种情况。第一种原地打方向的情况,主要是在主销内倾角、主销前倾角等悬挂几何特性作用下,打方向时轮胎实际上并非原地转动,而是伴随着绕注销转动和左右倾斜的复合运动。这种运动模式导致了车轮会和地面产生相对移动。驻车状态下,车轮被制动器或差速器锁死,无法自由转动,就会产生轮胎与地面相对运动的趋势。
第二种情况,大角度打方向时,虽然有阿克曼角存在,但它终归只是一个几何上的近似。转向角度过大,依然会出现上述两个转向轮向心力方向不指向同一个圆心的情况,就会带来两个转向轮转速不一致的趋势。此时虽然有差速器的作用,但差速器存在差速极限,超出极限的情况,同样会造成轮胎与地面相对运动的趋势。
既然有了相对运动的趋势,那么接下来会发生什么呢?
夏天天热的时候,轮胎橡胶弹性更强,与地面的摩擦力也更强,对应的现象就是轮胎面与地面不发生位移,车轮与地面的相对位移由轮胎形变容纳。
冬天的时候,轮胎橡胶更硬,与地面的摩擦力减弱,对应的现象变成了轮胎形变-超出摩擦力极限-轮胎面打滑-恢复抓地继续形变-超出极限继续打滑的循环,从而形成咯噔咯噔的异响。俗称啃胎,术语scrub。
这里描述有点抽象,但其实拿橡皮在桌面上推拉一下就感觉出来了。