FSC悬架—车轮定位参数简析

悬挂调校浅析 - [技术]

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Pointed the Right Way

文/John Hagerman 原文刊载于《Grassroots Motorsports》

何谓外倾角，后倾角和前束

Camber, Caster and Toe: What Do They Mean?

车轮的3个主要定位参数分别为前束(Toe)，车轮外倾角(Camber)和主销后倾角(Caster)。多数车迷对这些名词和其设定的具体内容都耳熟能详，但很多人可能并不清楚特定情况下某些特殊设定的目的何在，以及这些设定将对车子的性能产生何种影响。本文将从基础层面上浅析悬挂调校。

前束

Understanding Toe

从车体正上方向下观察，若左右两个车轮的前端略微向内聚拢，这对车轮即为内束(Toe in)。反之若两车轮前端呈向外发散状，则称之为外束(Toe out)。前束的大小可由车轮相对车身纵面的偏转角度进行度量，或者更通俗地讲，前束即车轮前后端的间距差，前束的设定主要影响以下3方面的性能：轮胎磨损，直线稳定性和入弯时的操控特性。

通常来讲当车子直线行驶时，只有让左右两车轮平行指向前方才能将轮胎磨损和动力损耗降至最低。但由于车轮通常会沿相对其轨迹的方向运动，因此过多的内束和外束都会导致轮胎偏磨。过多的内束将加速轮胎外边缘的磨损，而反之过多的外束将引起轮胎内边缘的磨损。

既然零前束能够实现最低的轮胎磨损和动力损耗，那为何还要为前束设定角度呢？因为前束的设定对方向稳定性(Directional Stability)有很大影响。其机械原理如上图所示。当方向盘置于中间位置时，内束将使车轮倾向于沿彼此交叉的车轮轨迹运动。这样左右车轮将彼此干涉，不会产生转向效果。

当一侧车轮受到扰动，该车轮将会沿主销向后拉动。这同样会拉动另一个车轮，使其转向相同的方向。在扰动非常小的情况下，受干扰的车轮只会转动一个很小的角度，或许这会使车轮沿直线运动而非获得一个

轻微的内束。但注意此类轻微的转向输入对车轮运动轨迹的影响仍称不上是一个转向动作。车轮能够在不明显改变车子前进方向的情况下将路面的不平吸收掉。内束以此来提升直线行驶的稳定性。

如果将车子设定为外束，在轻微扰动的作用下左右车轮将改变运动方向，这可以被称之为一个转向动作。任何偏离方向盘正中位置的微小转向角度都将导致外侧车轮的转弯半径大于内侧车轮。因此车子更倾向于入弯，而非保持直线行驶轨迹。所以显然外束使车子更喜欢弯道，而内束则更倾向于扼杀车子的弯路倾向。

一部车子完美的前束设定应该是在内束的直线稳定性和外束的快速转向反应之间取得平衡。没人希望自己的街车在街上乱舞——无休止的方向修正会把人搞疯掉的。但赛车却很乐意牺牲一点直线稳定性以换取更为凌厉的入弯。所以街车一般都设定为内束，而赛车通常则是外束。

4轮独立悬挂的车子在后轮也需设定前束。后轮前束对轮胎磨损，方向稳定性和入弯方面的影响与前轮前束相同。但几乎没有人把一部后驱(RWD)赛车的后轮设定为外束，因为这将导致剧烈的转向过度，尤其是将动力考虑在内的话。相反前驱(FWD)赛车通常都会将后轮设定为轻微的外束，以此制造一些转向过度抵消部分前驱车固有的转向不足倾向。

车子从静态到动态的过程中将伴随着前束的轻微改变。这点在前驱和独立悬挂的后驱车上表现得尤为明显。当驱动力矩传递至车轮使其向前运动时，轮胎自身将产生一定的内束。这便是诸多前驱动车将前轮设定为外束的另一个原因。同样，当车子的非驱动轮触地时，其自身将趋于外束。这在后驱车上尤为明显。

一部车子的前束值取决于悬挂的随动性和厂方期望的操控特性。为了改善行驶质量(Ride Quality)，街车通常在悬挂连杆与车身/副车架处以相对较软的橡胶衬套(Rubber Bushing)相连，因此在橡胶衬套上加载载荷时其自身会产生较大的位移量。与之相反，赛车使用的是钢制球状轴承(Spherical Bearing)或高硬度氨基甲酸乙酯(Urethane)，金属或是塑胶衬套，以期在提供最佳刚性的同时更好的控制悬挂连杆。因此相对于赛车街车需要更大的静态内束值，以避免衬套变形导致的车轮外束倾向。

值得注意的是近些年来汽车设计师已经开始在街车悬挂衬套的变形上做文章。为了最大限度的提升瞬态响应，设计师希望将后轮设定为轻微的内束，用以加速后胎侧偏角(Slip Angle)和侧偏力(Cornering Force)的形成。通过前悬A字臂横拉杆的小幅变形，车子在入急弯时后轮趋向于内束；直线上无负载时，衬套将保持原状使前束维持在能够降低轮胎磨损并提升行驶稳定性的角度。这种设计属于一种被动式的四轮转向。

后倾角

The Effects of Caster

在车身纵向平面内主销轴线与地面垂线所成角度即为主销后倾角。如果主销轴线后倾(即主销顶点比底点更偏向后方)，主销后倾角为正；主销轴线前倾，主销后倾角为负。

正的后倾角趋向于摆正行进中的车轮，因此能够增加直线行驶的稳定性。超市购物车的前万向轮非常清楚的展示了其中的原理。购物车万向轮的转轴位于车轮触地点之前。向前推动购物车，转轴拉动万向轮运动，由于万向轮被其前方的转轴沿地面拖动，因此万向轮会非常听话的沿直线前进。促使万向轮随转轴前进方向运动的力与万向轮接地面(Contact Patch)到转轴的距离成比例——该间距越大，作用力越大。此间距称为拖距(Trail)。

综合考虑多方面的设计因素，理想的设计是让主销刚好位于车轮轮毂之上。如果主销采用这种布局竖直放置的话，主销轴线将与轮胎接地面中心位于一条直线上，拖距长度为0，主销也不会产生后倾。车轮将会绕轮胎接地面中心任意旋转[事实上由于轮胎拖距(Pneumatic Trail)的存在，轮胎自身会产生少量的后倾角，但与人为设定的机械后倾角相比这个角度要小得多，所以在此我们将其忽略不计]。所幸正的后倾角能