相信對於汽車有一定了解的人都知道,汽車高速行駛時轉向,前驅車容易出現推頭(轉向不足),而後驅車容易出現甩尾(轉向過度)。有人把這個現象歸結為汽車驅動力的影響,也有人說是因為重心的轉換。好奇心很強得你一定想明白,究竟是何種原因導致前驅車和后驅車高速行駛轉向轉向時容易出現兩種截然相反的現象。
要想搞清楚這個問題,首先我們需要簡單的了解一下牛頓的經典力學。
牛頓第一定律表明,當合外力為零時,原來靜止的物體將繼續保持靜止狀態,原來運動的物體則將繼續以原來的速度做勻速直線運動。
當汽車在水平路面勻速直線行駛時,加速阻力和坡道阻力為零,地面給汽車的彈力與汽車的重力互相抵消,汽車的牽引力與空氣阻力以及地面阻力相抵消。此時汽車處於平衡狀態,合外力為零。
當汽車在進行轉向時,其運動狀態發生改變,此時我們可以先把汽車看做一個質點,假如這輛車並沒有加速或減速,我們可以把這輛汽車此時的運動狀態看作是勻速圓周運動。
當汽車處於勻速圓周運動時,就會在與其運動方向垂直的時刻指向圓心的方向產生一個向心加速度。而這個向心加速度須有由向心力(向心力屬於效果力)所提供。這個向心力,便是由地面給汽車輪胎的摩擦力所提供的。
假設汽車以一定速度v勻速行駛,轉彎半徑為r,整車質量為m,F為地面對車輪胎在指向圓心方向的摩擦力,摩擦力提供向心力(向心力屬於效果力),當汽車能夠正常轉向時,需滿足以下關係:
從以上向心力公式來看,向心力的大小和速度的二次方成正比,和轉彎半徑成反比。速度越大、轉彎半徑越小,則所需向心力就越大。而當轉彎時所需要的向心力大小超過地面與汽車輪胎的最大靜摩擦力的時候,即最大靜摩擦力所提供的向心力不足矣提供此運動狀態下的向心加速度的時候,汽車就會在離心力(離心力是以運動物體自身為參照物的假想力,屬於慣性力,不是真正意義上的力)的作用下進行離心運動。
了解了這個,我們再來解釋推頭和甩尾現象。
在汽車轉向過程中,前輪輪胎與地面接觸面產生側滑,而後輪還沒有產生側滑或者側滑角度小於前輪,則汽車發生推頭現象。而相反,如果是後輪輪胎與地面接觸面產生側滑,而前輪沒有產生側滑或者側滑角度小於後輪,則是甩尾現象。實際上不管是前輪側滑,還是後輪側滑,其側滑的方向均離心運動的方向。
那麼為什麼推頭多發生於前驅車,而甩尾多發生於后驅車呢?
其原因在於,前驅車的前部質量是要大於後部質量的,在速度和轉彎半徑一定的情況下,質量越大,所需要的向心力也就越大,那麼前輪自然也就比後輪先達到最大靜摩擦力的上限了,一旦超過,那前輪便會發生側滑做離心運動,而後輪還未達到,這便是前驅車容易推頭的原因。
而後驅車則恰恰相反,由於重心靠後,那麼後輪更容易先達到路面與車輪的最大靜摩擦力,而當後輪所需的向心力大於最大靜摩擦力且前輪尚未達到是,後輪發生離心運動,產生側滑,而前輪正常行駛,這便是甩尾現象。
這便是前驅車更容易推頭和后驅車更容易甩尾的最大原因,當然前驅車推頭和后驅車甩尾並非就是一定的,具體到么某個車型還是要綜合分析。影響汽車推頭和甩尾的還不止這些,懸架的高度和強度也會對汽車轉向有所影響。
我們日常駕車中,出現推頭和甩尾是比較危險的現象。所以還是建議大家,在轉彎前提前減速,使得地面對輪胎的最大靜摩擦力能夠滿足汽車轉彎時所需的向心力要求,避免汽車發生側滑。
當然,如果真的發生了推頭和甩尾的現象,只要不是很嚴重,我們是可以通過一定的操作來調整回來的。
當推頭現象發生時,慢速回方向盤可以使得前輪的指向更靠近其運動方向,容易恢復抓地力。停止給油,可以使得汽車重心前移(需注意重心前移並不是質心前移,是由於慣性和驅動力變化所引起的)讓前輪與地面有更大的壓力,壓力變大最大靜摩擦力也就變大,使得前輪恢復抓地力。
當轉向過度發生時,這個處理起來比較麻煩。有人會下意識踩剎車,但是踩剎車會使得汽車重心突然前移,後輪輪胎與地面的壓力減小,最大靜摩擦力也隨之減小,對於修正甩尾無益。而此時要做的就是向反方向修正方向盤,同時如果速度較快的話可以略微加油使得重心略微后移,增加路面對後輪的最大靜摩擦力,這樣在一定程度上有助於後輪回復抓地力。