模拟赛车中的重量转移:如何用它让车转向
我们的循迹刹车教程里有一句话,经常被大家拿来引用:你实际上有两个方向盘,一个在你手上,一个在你的右脚下。这是理解刹车的好方法,但它也只是全貌的三分之一。
油门是第三个方向盘。而在那些你几乎不怎么需要刹车的弯道里,收掉的油门是三者中你唯一真正在用的。这一页讲的是这三者对车的平衡做了什么,以及决定这一切能否产生转向的那部分:你在什么时机使用它们,相对于你双手的动作。
开始之前,先说明一下用词。车里并没有什么东西真的在滑来滑去。移动的是四个轮胎接地面各自承受的垂直载荷,所以从这里开始,我们称之为载荷转移。
真正在移动的是什么
三种输入,三个方向。
- 减速会把载荷移到前轴。这种情况在刹车技术中有深入讲解,这里我不打算重教一遍。
- 加速会把载荷往后移到驱动轴上,并让前轴卸载。这是车手想得最少的一项,但它的作用一样大。
- 过弯会把载荷往外移,从内侧轮胎移到外侧轮胎。
第三项值得仔细说明,因为简化的说法把因果关系弄反了。转向并不会把载荷往侧面推。转向在轮胎上建立滑移角(slip angle),轮胎产生侧向力,车产生侧向加速度,而那个加速度作用在高于路面的重心上,才把载荷往外移。它与侧向加速度、质量和重心高度成正比,与轮距成反比,而且它会滞后于你的双手,因为车身侧倾和轮胎响应都需要时间建立。
有两个值得知道的结论,因为它们推翻了一些常见的假设:
- 侧向载荷转移不是可以拿来利用的东西。轮胎抓地力增加的速度比你施加的载荷慢,所以外侧轮胎得到的,比内侧轮胎失去的少。整个车轴算下来是净损失。你要做的是管理它,而不是收割它。
- 更硬的防倾杆和弹簧并不会减少它。总侧向载荷转移由质量、侧向加速度、重心高度和轮距决定,弹簧刚度不会改变其中任何一项。它们改变的是前后的分配比例,这正是为什么更硬的前防倾杆会让车转向不足。要软化哪一端、软化多少、按什么顺序,取决于车本身:调校问题排查工具会根据一辆房车和一辆方程式赛车的真实车库数据把它算出来。
为什么它会改变车愿意转向的程度
转向其实不是关于哪一端更重,而是关于两个车轴之间的侧向力平衡。载荷转移改变了每个车轴能做到的事,因此移动了这个平衡:前轴能力相对于后轴越多,横摆(yaw)就越多;反之则越少。
这件事有一个上限,而这正是最被误解的部分。把更多载荷放到前面,并不会自动带来更多转向。如果前轮已经饱和,多出来的载荷就兑现不了:我有一位学员把大量重量转移到前面,车却还是不肯转,因为他在转动方向盘之前,就已经向前轮要了它们能给的全部。那个案例值得一读,因为它展示了理论失效时是什么样子。
这里的关键词是“饱和”,而它有精确的含义:处于抓地力极限的轮胎实际上在做什么,就是这一页中每一次载荷变化底下的物理原理。
滑移角才是把载荷变化转换成转向的东西
这是最重要的一节,它回答了一个很多车手感受过、却说不出来的问题:为什么收油有时候能让车漂亮地转过去,有时候却完全没用?机制在下面;而刻意运用它、掌握收油时机让车在入弯时转向,则是如何在模拟赛车中诱发转向过度的主题。
说实话是这样的:当你在直线行驶时收油,载荷转移是纵向的。它让车往前点头、加重前轴,这部分确实会发生,而且是真实、有用的。它本身不会产生的是横摆,因为横摆来自作用在离车重心一段距离处的侧向力,而在直线上,基本上没有可以重新分配的侧向力。
现在在轮胎已经在承受侧向工作时做同样的收油。载荷转移完全一样:它没有被改变方向,本身也没有任何变化。变化的是,现在有一个前后侧向力的平衡可以让它作用。多出来的前轴能力被花在转向上,因为转向正是前轮已经在做的事。
收油不会创造转向。它只是重新分配轮胎已经在产生的转向。
由此可以推出三件事,而它们就是这一页的实际要点。
它是按比例变化的,不是开关。一次收油换来的横摆,大致与轮胎上已有的侧向力成正比。在很低的侧向加速度下打两三度方向,几乎换不到什么;有实质的侧向力,就能换到很多。所以有用的指示不是“先转一点”,而是“在要求平衡变化发挥作用之前,先确定轮胎真的在工作”。
变量是滑移角,而不是转向角。这两者分开的情况比你想象的更常见。用步行速度大力转方向盘,会产生很大的转向角,却几乎没有横摆,因为轮胎几乎没有承受侧向载荷。一辆车轮朝正前方、却正在滑动的车,转向角是零,横摆却很大。你在管理的是轮胎在做什么,而方向盘只是你提出要求的工具。
收油不只是一个载荷事件。收油同时也会在驱动轴上产生发动机制动,消耗掉那个车轴的一部分摩擦力预算。在后驱车上,这会增加转向;在前驱车上,它落在你正要求它转向的同一组轮胎上。车库里涵盖了前驱民用车、后驱 GT 车和低惯量的单座方程式,它们的反应并不相同。把下面的内容当成要在你的车上测试的经验法则,而不是定律。GT 和单座方程式各有自己的一页:GT3 模拟赛车教程和方程式模拟赛车教程。两者都建立在不分车型的顺序上,在那个顺序里,载荷转移排在十二项驾驶技术的第七位:在刹车和转向之后,而不是之前。
时机太早的时候
在前轮仍然饱和时要求侧向力,什么也换不到,还会让你丢掉这个弯:多打的方向不会让车转,只是增加了轮胎无法满足的需求。这种失误有它自己的一页:在一圈中发现的五个刹车错误开头讲的正是它,还附有遥测数据。
时机太晚的时候
一般形式是:在轮胎没有滑移角时用掉的载荷变化,换不到任何横摆。你得到了点头、得到了前轴载荷,然后在你还没向它要求任何东西之前它就衰减了,于是你到达时需要转向,却已经没有平衡能产生它,只好在弯道更深处去找。
这里有一个实实在在的矛盾。我们的循迹刹车教程允许你在学一个弯时短暂滑行,这是刻意的:作为脚手架,它拿掉了一个变量,而且有效。它是一个代价已知的学习工具,而不是当你追求转向时该用的驾驶方式。
慢弯:前轮已经很忙的地方
在慢弯里,前轮已经把大部分预算花在让车减速上,而你松开踏板时释放出来的,就是你能拿来转向的部分。这个取舍在轮胎抓地力预算那一篇有完整讲解,这里就不再重复。
不过有一点值得知道,因为它违反直觉:摩擦力的范围是曲线,而不是一条直线的取舍。从踏板最上端那一小段松开,只要付出很少的刹车代价,就能释放出惊人数量的侧向抓地力,这也是为什么松刹车的最后一段,必须比第一段更温和。
快弯:收油是你唯一的输入
这是整页变得实用的地方,因为这是所有刹车教程都没覆盖的情况:需要稍微收油、轻点一下踏板,或者什么都不用做的快弯。
没有实质的刹车阶段时,收掉的油门就是你全部的平衡输入。这让操作的顺序成为你唯一能控制的东西,而常见的错误是把它反过来做。在车头朝直时先收油、等一下、再转向,你就把平衡变化浪费掉了;等到轮胎承受载荷时,那个瞬态早就过去了。
把它反过来。先建立方向,让轮胎真正承受侧向力,然后再收油。同样的输入、同样的弯,车会转过去,而不是推头。
这有两个限制:
- 在确实有刹车区的弯道,不要在刹车区之前加转向。在你开始减速之前的任何转向,都会让你失去赛道宽度,以及那段宽度原本能换来的入弯速度。
- 如果收油之后要轻点刹车,让两者依次进行。先完全离开油门,再踩刹车。两者重叠只会白白加热轮胎。
要收多少油、多早收,取决于车和弯道有多快。原则是顺序;分量要你自己去找。
这一切的前提是你的输入可以重复,而这在成为驾驶问题之前,先是座舱设备的问题。如果你的身体在刹车时会移动,在从踏板曲线解读任何东西之前,值得先检查你的坐姿几何。
油门对平衡做了什么
上面的一切在你加速时都会反过来:载荷往后移、前轴卸载,车变得不那么愿意改变方向。这确实很有用:一点小而稳定的油门,可以让一辆转得比你想要的更多的车稳定下来。
但这是我最希望你不要过度简化的说法,因为天真的版本是真的很危险。油门并不只是让后轮得到更多抓地力。载荷转移只是一半;另一半是,驱动力会在驱动轴上消耗抓地力。哪一半占上风,取决于车:
- 前驱:油门确实会把你从转向中拉出来,因为驱动轴正是你想要增加抓地力的那一轴。
- 后驱:一点小小的维持油门,净效果是正的,能让车稳定。超过这个程度就是动力转向过度,而如果后轮已经超过了它的峰值滑移角,再加油门只会延长滑动,而不是把它救回来。
所以当车尾滑过头时,修正方式是先用双手:回正或反打方向,让后轮滑移角降回来,同时油门保持稳定,而不是加大。把伸脚去踩油门当成主要修正手段,正是把一次救车变成打转的方式。
还有一个大家归功于载荷转移、其实大多不是的机制:车在动力下抵抗转向的方式,很大程度上来自差速器。紧的动力斜坡(power ramp)或高预载(preload),会把驱动轮推向相同的转速,直接对抗横摆;开放式差速器的这种作用则少得多。而在高速下的下压力赛车上,后轴载荷主要由空气动力主导,而不是油门所造成的那一点点质量转移。
这一切都适用于入弯和转向阶段。一旦你已经投入出弯,油门的工作就不同了,而一次干净的给油胜过反复调节,每一次都是。
为什么在拉力模拟器里更容易感受到
在松散路面上花一个晚上是值得的,但理由不是通常说的那个。低抓地力并不会增加载荷转移:转移量随侧向加速度变化,而低抓地力限制了侧向加速度,所以松散路面实际上转移得更少。变化的是可读性。
在砂石路上,轮胎持续处在极限附近,所以平衡变化会表现为车的姿态变化,而不是被悄悄吸收掉。响应也更慢、更大:每一度滑移角所建立的侧向力没那么陡,所以你挑动车,然后等它反应。这正是它容易解读的原因:各种效果在时间上分开得够久,让你注意得到。
感知能力可以带走,输入方式不行:在干燥的沥青路上,刻意的甩尾(flick)反而更慢,因为每一度不必要的滑移角,都是花在让车旋转、而不是过弯的抓地力。
练习课题:只改变时机
三种时机,一个弯
挑一个几乎不需要或完全不需要刹车的中速弯,让收油成为唯一在起作用的平衡输入。其他一切保持完全相同。
- A:先收油,再转向。在车头朝直时收油,停顿一下,然后转向。
- B:先转向,再收油。先建立方向,然后收油。
- C:刻意太早。在仍然重踩刹车时就打满方向,去感受饱和的前轮。
在三者之间比较四件事:你需要多少转向角、车在弯心时落在哪里、你有没有做修正,以及你什么时候能回到油门。B 应该能用更少的方向跑出同样的线路。如果没有,这个弯可能需要比你想的更多刹车,换一个更快的地方试试。
把它当成一个单项隔离练习来跑,使用新手练习课题的同一套评分方式:一个变量、当场判定是否通过,而且不看圈速。
三者之中你做错的是哪一个
两位车手可能提出同样的抱怨(车不肯转),却需要相反的修正。一位是在前轮饱和时要求侧向力;一位是在轮胎开始工作之前就把平衡变化用掉了;还有一位时机正确,只是开的车,驱动轴的表现和写建议时所针对的那辆不同。这里没有通用的答案,而随便挑一个,就是人们浪费掉一整个赛季的方式。
如果你分辨不出自己是哪一种,这就是 GitGud Racing Academy 提供单圈分析的真正理由:教练会把刹车、转向、线路和油门放在一起看,而不是孤立地评判一条曲线,然后告诉你,你实际上是三者中的哪一种。
不管最后发现你是三者中的哪一种,修正方法都是同样三种输入,只是换个顺序。Complete Driving Technique(完整驾驶技术)这门课程,把刹车、转向和油门当成一个系统来教,而不是三个各自独立的习惯。
重量转移常见问题
模拟赛车中的重量转移是什么?
是车在加速、减速或过弯时,垂直载荷在四个轮胎接地面之间的重新分配。车里并没有任何东西真的在移动,这也是为什么“载荷转移”是更准确的说法。减速会把载荷放到前轴,加速会把它往后移到驱动轴,过弯则把它往外移到外侧轮胎。快不是要消除它(你做不到),而是要控制它何时发生、发生得多快,因为时机决定了它是帮你转向,还是跟你作对。
为什么收油有时候能让车转向,有时候却没用?
因为收油不会创造转向,它只是重新分配轮胎已经在产生的转向。在直线行驶时收油,载荷转移纯粹是纵向的:车点头、前轴加重,但几乎没有可以让这个变化作用的侧向力,所以你只得到很少的横摆。在轮胎已经在承受侧向工作时收油,同样的载荷转移就有一个前后侧向力的平衡可以移动。它是按比例变化,而不是一下子打开:已经存在的侧向力越多,收油的价值就越大。
油门如何改变车的平衡?
它把载荷往后移到驱动轴上,并让前轴卸载,这通常会让车不那么愿意改变方向。但这只是故事的一半,而缺少的那一半很重要:驱动力也会消耗驱动轴的抓地力。在前轮驱动的车上,油门确实会把你从转向中拉出来。在后驱车上,一点小而稳定的维持油门能让车稳定,超过这个程度就变成动力转向过度;而如果后轮已经超过峰值滑移角,再加油门只会延长滑动,而不是把它救回来。
为什么收油会造成转向过度?
两件事同时发生。载荷往前移,减少了后轮的垂直载荷,也降低了它们能产生的侧向力。同时,收油会在驱动轴上产生发动机制动,消耗掉那个车轴的一部分摩擦力预算。在后驱车上,两种效果都落在后轴,所以在弯中猛然收油可能会让车尾甩出。这也是为什么它是一种工具,而不只是一种危险:有节制的收油,是让一辆不愿转向的车转过去的方法之一。
更硬的弹簧或防倾杆会减少重量转移吗?
不会,这是模拟赛车调校中最根深蒂固的误解之一。总侧向载荷转移由车的质量、侧向加速度、重心高度和轮距决定,而弹簧刚度不会改变其中任何一项。更硬的防倾杆和弹簧改变的,是这个转移的前后分配,以及它到来的速度。这正是为什么更硬的前防倾杆会造成转向不足:它让前轴承担了一个总量没有变化的更大份额。
前轴载荷越多,转向就一定越多吗?
不会,而假设会这样,是这个概念在实际中最常见的失效方式。载荷转移改变的是前轴能够做到的事;它无法让一个已经饱和的轮胎做得更多。一位刹车重到前轮已达极限的车手,把大量载荷往前移,却仍然得不到转向,因为已经没有剩余的能力可以兑现多出来的载荷。载荷必须到达轮胎仍有余力的地方,这通常意味着更早、更轻地刹车,而不是更重。
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