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为什么机动车方向盘转向不设计成一比一的转向角度?

电脑版   2020-11-26 15:48  

为什么机动车方向盘转向不设计成一比一的转向角度?:机动车方向盘是不可能设计成1:1的转向比的,甚至连F1赛车都做不到;F1的方向盘可以左右各打90度(极限),可

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机动车方向盘是不可能设计成1:1的转向比的,甚至连F1赛车都做不到;F1的方向盘可以左右各打90度(极限),可车轮转向幅度是达不到90度的;能做到转向比1:1的只有卡丁车;先不去讨论着种设计会令车头多灵敏,而是在机械结构上就很难实现,各位可以想象一下如果车轮转了90度会出现什么状态,两个前轮就开始横过来了,而且横向空间也就不够了(想象不到情景的朋友可以看下图)!

这幅图其实可以很好的说明问题,如今的车子都有各种转向助力,所以方向盘可以转动的圈速偏少,但通常最少也能左右各打到一圈半以上,方向盘能转一圈半,图中的前车轮也能转动一圈半么?如果未来汽车的转向可以应用万向轮或许能实现转动好几圈,但目前用的车轮是做不到的,它想转圈就会把发动机的位置给占用了(比喻),甭说转圈了,就算前轮想转90度都做不到,从图中我们可以看出,车轮最多转了30度不到,而且这已经将方向盘打到极限了(由最小转弯半径可知,此时的方向盘已经打到极限)!
如果上文的描述还是产生不了感觉,那么再看看这幅图吧,这就是车子的转向部分,从这张图上用肉眼即可看出转向轮是没办法做到转动一圈以上的,最简单的说驱动轴在挡着它;所以如果想把转向比做到1:1,那么首先得保证方向盘的转向角度得小,民用车车轮转向角度最多30几度,所以方向盘也紧紧是能左右各打30度左右,这才能做到所谓的1:1,如下图就是转向比的说明;所谓的转向比为1:1,就是方向盘转动多少度,车轮就转动多少度,只有卡丁车的转向比可以做到1,因为它的自重比较轻,连F1赛车都做不到,目前F1赛车的转向比是根据实际赛道临时调试的,但通常的在8:1、9:1、10:1之间,各别多弯赛道(貌似摩纳哥?)会调教成6:1!卡丁车的转向比可以做到一,是因为其自身的重量很轻,所以即便是1:1的转向比,没有助力我们也打的动;而由于其自重很轻,所以路面回馈到发向盘上的力我们也承受得住,而如果在我们的民用车上弄个为1的转向比,即便依靠助力我们可以轻松打动方向,但是平均重达1.5吨的车子转弯时路面返回到方向盘的回馈力就大的离谱了;这份回馈力会拼命抢夺方向,过完车速越快,这份回馈力就越大,如今民用车转向比都在10:1、甚至以上,很多朋友还嫌抢方向、打手呢,如果把转向比设计成恐怖的1:1,那么转弯时的回馈力能让您直接方向盘脱手,毕竟家用车不是卡丁车,这样的回馈力度不是咱们能承受的;再一点就是一旦转向比做到了1:1,就以为着您只要轻轻打动防线盘,车头就会大幅度变向,这样的状态对于您日常驾驶是没有任何好处的;想体会1:1的转向比可以去开开卡丁车,开几次就能明白咱们的家用车为什么转向比不能设置成1:1了!

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我曾经也有过这样的疑问,那就是问什么机动车方向盘转向不设计成1:1的转向角度,也就是说方向盘转一度,转向轮也同步转一度。后来自己深入了解下转向系统才明白原因。

其实,能提出这样的问题,说明我们的思维还停留在自行车把转向时代,奔驰一号都不用“自行车式”转向系统,而是通过转向手柄、齿轮、转向拉杆来控制,所以工程师的起始思维都比常人的优秀,毕竟搞机械设计很多年哈。

汽车发展这么多年,转向系统的模式基本没大的改变,改变的要么就是给力的方式——液压的还是电动的,要么就是转向的组合方式——两轮转向还是四轮转向,要么就是转向的时机——随动转向还是随速转向,那就来探讨下题主提的问题吧。

反向思考,回答这个问题

假设设计成1:1的,你发现方向盘一般可以打一圈半或者两圈,那就是540—720度,那车轮也应该转540—720,但实际生活中,你见过哪个汽车转向轮可以转圈圈的?

也许你说,如果设计成1:1的,那方向盘肯定就不能打的超过一圈甚至两圈,肯定要根据转向轮的转向幅度重新设计。那按照这个想法,转向轮的转向幅度在30度—40度之间(为什么是这个区间,转向时需要空间的哦),那按照1:1的设计,是不是方向盘只能在40度之内转动了?那就带来一个问题,你能精准的操作方向吗?一般高速行驶时候,转向角度也就几度而已,你能保证你的方向不跑偏?即使你能保证百分百精准,你能保证转向系统不老化,不出现空隙?

所以反向思考下,1:1的设计是有点不太能投产的!

那转向系统的设计是如何考虑的呢?它又是怎么工作的呢?

随着汽车科技的不断进步,转向系统也在不断的进化,从奔驰一号上面的转向手柄(纯手动转向)到液压助力转向,到电子助力转向,到随速转向,到四轮转向,它的一个基本原则就是安全,在安全的基础上再考虑转向的便捷性。

为了提升转向的便捷性,车辆就引入了助力系统。因为不带助力的转向,转起来真的很费劲,引入助力系统,即使是柔弱的女性,也可以轻松的操控车辆。

根据助力动力来源不同,助力转向又分为液压助力和电动助力,电动助力比液压助力反映更快,更先进,现在好点的轿车上面都采用电动助力转向。电动助力确实让打方向盘更轻便,但也带来了安全问题,高速行驶时候,过度灵敏反而不好,那怎么办呢?

好在工程师又想出了一招,接着往下看。

不管是液压助力还是电动助力,肯定绕不开转向齿轮。转向机构就又分成了两种,一种是齿轮齿条式,一种是循环球式。

先说下齿轮齿条式,就像它的名字一样,转动方向盘时候,通过一系列机构,可以带动小齿轮转动,这个小齿轮与一根齿条啮合,带动齿条左右支线运动,并推动转向轮左右摆动,从而实现转向。


这个齿轮,也不是平齿轮,而是有一定螺旋形状的齿轮,实现表明可以改善转向柔顺感。

另外还有一种是循环球式,利用滚球沿着沟槽运动来传递转向力的转向器。由于循环球的作用,能使驾驶者获得圆滑的转向手感。

了解了这两种结构,接下来就得考虑转向安全问题,以齿轮齿条式来说,你方向盘打多少,它对应了一定转向角度,那么无论是高速还是低速,这种转向幅度不变的。

但我希望低速的时候转向精准灵敏,但是高速上转向精准但不要太灵敏,怎么办?

于是,可变齿比的转向机构出现了,这种齿条中间齿比较密集,两边齿比较稀疏,高速行驶的时候,让转向传动轴上的齿与齿条的中间部分啮合,你方向盘转动的幅度大,到我这里就给你减小了,就显得不灵敏了,低速时候,让转向传动轴的齿与齿条的两端部分啮合,你方向盘转多少,我给你一个对应的幅度,感觉转向精准了。

到这里,你就明白了吧,转向系统会通过一系列的结构,将你打方向盘的幅度最终演变成一个安全而又实用的转向幅度,所以1:1是不可行的。

一般轿车的转向传动比在16:1到18:1之间,而有些车,比如宝马,可以做到10:1到20:1之间,根据车速不断变化。

例如,宝马,低速时候,你转动方向盘10度,前轮即可转动1度,而普通轿车需要转动16-18度,才能让前轮转动1度。开宝马的同志们,是不是感觉打方向很轻巧?

宝马高速时候,你转动方向盘20度,才能让前轮转1度,而普通车(无这套系统的)也是转16-20度,才能让前轮转1度。相比之下,转20度方向盘从而转1度前轮的设计更加安全。

你刚刚提到四轮转向,又是什么?

四轮转向又是更高级一点的转向系统了,就是四个轮同时但不同幅度转向。低速时候前后轮转向相反,以减少转弯半径,提高转弯灵敏度;高速时候前后轮同时转向,以增加车辆的平稳性和过弯的流畅度。

难怪有些车一直再加长,按理说车越长,转向起来约笨重,但有些加长车转向反而没多少影响或者更轻巧了,感情都是因为这个四轮转向系统的缘故。


好了,就说这些了,希望能帮你弄清楚这个问题了,觉得说的对,别忘了关注哦~~~

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因为如果设计成1:1的话汽车的方向盘会非常灵敏,低速行驶还可以控制,而且转向灵敏度高,但是车速一旦跑起来后会非常危险,稍微动一点方向盘就会带来车轮大幅度转向,非常危险。

大家小时候骑自行车一定尝试过大撒把吧,即使双手松开车把一样可以骑行。而且同样是机动车的摩托车,它的转向就是1:1的,但是有些摩托车跑起来时速也能轻松上一百,为什么摩托车就不存在转向过于灵敏的情况呢?这主要与转向轮主销后倾角有关。

上图解释了什么是主销后倾角,就是车轮转向轴线延长线与车轮中心与地面垂线的夹角,主销后倾可以使转向轮高速行驶中更稳定,而且还可以提供车轮自动回正的动力。主销后倾越大稳定性越好,但是需要的转向力更大,而且转向角度作用到车轮上后车轮实际偏转角度更小。简单来说就是方向盘转动同样的角度,主销后倾角越大,车轮实际偏转角度越小。

摩托车前叉普遍后倾角度大,因此摩托车转动车把后车轮在行驶方向上偏转角度更小,所以虽然摩托车转向是1:1的,但是较大的主销后倾角保证了它的稳定性,而且车把即使轻微转动也不会引起车轮剧烈转向。
而汽车的主销后倾角普遍很小,这就使得汽车的转向更为灵敏,如果仍使用1:1转向比
的话高速行驶中方向盘轻微的转动就会引起车轮比较明显的转动,这相当于急打方向,非常危险。

最后用这张图来说明:这哥们儿轻轻动一点方向车轮就会随着做出相应的转动高速行驶中很不稳定,而且这辆车他是很难做出撒把动作的。

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对于很多70后,80后老司机,以前学车时使用的解放牌大卡车,转向都是无助力的,最大转向时方向盘都是左三圈,右三圈的的打,并且车辆停止时转向会很重,但只要车辆移动起来才能够转向,就是因为无助力并且转向重,所以增加圈数就是主要是为了省力。现代的小轿车基本是左一圈半,右转一圈半,跟以前比足足减少了一半。

除了省力这个原因外,开过高速的都知道,车辆一点转向就能转过很大的角度,如果一比一估计很多人都不敢动,一丁点偏差都会转向,估计一个喷嚏就能车毁人亡,所以是出于安全考虑,比例越大,高速情况下就越安全,跟车距离可以相近一些,车辆容易控制。

另外一个原因就是在颠簸路上,车轮的转向不会过多影响方向盘的朝向,一旦进入平稳状态就能立即自行修复,并且传导到当向盘的力量也相对小,容易控制车辆,更加安全。试想如果是一比一的情况下颠簸路时,方向盘长时间快速的左右摆动,首先将无法抓住方向盘是多么危险,高速下一个小石头都可能脱把,颠簸路控制车辆两手都会发麻。

所以,虽然现代汽车都有助力转向,但为了高速稳定和颠簸路段更加安全及使用舒适性,都不会将车辆设计成一比一的转向控制的。

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这个在市区区别不太大,

到了高速公路上,如果是一比一,许多新手在变道时会瞬间冲出高速公路。

方向盘转的多一些对经常上高速公路的绝对有好处!

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转向设计成1:1的转向角度理论上是完全可以实现的,而且比现在的转下机构更简单,但这并不能满足汽车行驶条件。

1、设计成1:1,转向就会过于灵敏,手上的轻微变化就可能导致汽车出现大幅度偏离车道。而且路面的情况通过车轮和转向机构传递至方向盘,也就是我们所说的路感就会很强烈,一个石子或凹坑就会对驾驶员产生很大冲击。这不满足驾驶要求!

2、现在的转向机构,都会根据车轮角度的不同和行驶速度的不同,而响应不同的转向比,比如在车轮角度较小的时候,会设计的灵敏一些,保证精确转向,在高速的时候,会设计的迟钝一些,保证不会因为驾驶员轻微变动就让车辆偏离,产生安全事故,设想一下,在高速行驶时,打个喷嚏带动了一下方向盘,车辆就发生侧翻或偏离,是多么恐怖的事情。

所以,转向设计,必须是符合驾驶条件和安全性能的设计。

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可能题主把机动车的方向盘设计想的太简单了……

你在方向盘上用的力,不是纹丝不动的到车轮上。在这个过程中经过多重转换,才能使轮子的方向发生转变。原理就是转向机构通过齿轮齿条把圆周运动转变为直线运动,通过转向拉杆推动车轮旋转,实现转向的功能。

如果一比一转向会发生什么呢?就是把这个转向的一系列过程省略了。用在转向盘上的力直接就到车轮上,可能会有人觉得这样不是更简单吗?还能节省时间。但是你有没有考虑过车轮承载的是什么?是整车的重量。

你想用两只手的力气改变整辆车的运动轨迹,你感觉现实吗?这个重量可不是一般人能够承受的,你可以把车熄火放在那转一转尝试下什么感觉,估计也省得去健身房了。还能省钱,多好。估计你转一会就觉得烦了……

除此之外,安全也是很大的问题。自行车的车头原理就是一比一的,我们在骑自行车的时候如果车速过快会有一种车头难以控制的感觉。甚至转弯过快还有可能出现摔倒的可能。在自行车上是这样,在机动车上也是如此啊。

最后,在机动车行驶的过程中,一比一转向的驾驶方式肯定没有现在的转向方式具有安全感。毕竟如果一比一的转动,稍微一个力量分配不均可能就是转换方向了。而现在的方向盘设计,一个力量分配不均也就是稍微的改变下而已~

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机动车方向盘都带有转向助力机制,通过增加转动形成来减小转向时候所需的力,这样开车的时候会比较省力和舒适。一比一设计的机动车不是没有,参考一下F1赛车,为了提高转向灵敏度,赛车被设计成非助力转向,这样的设计并不会出现在量产车上,因为普通人没有赛车手的操控力和反应速度,不仅会让乘车体验下降,对于乘车人的安全也是一种威胁。

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1:1的缺点:

(1)1:1的设计至多打0.25圈能达到转向的目的,而现设计要打一圈半才能达到,谁要花的力气大?很明显1:1的要力气大

(2)当1:1设计的车的轮子撞到障碍物时,轮子方向被动改变,方向盘也会被动改变,这时候,你根本无法控制方向盘。

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最主要的应该是安全问题

如果是低速,应该是很好控制的,就像我们平常骑自行车电动车一样的道理。

如果汽车在高速行驶时方向的细微转动会比较安全。

助力问题,如果方向太活的话,助力会有一点点惯性,这样在拐弯的同时也要把握细微方向,短时间驾驶就会造成劳累。

五征柴油农用大三轮车现在都用的现代化方向助力系统,大大提高了拐弯的安全性。

方向太活或太死都是不好的,拐弯造成的车祸很多。


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