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汽车是怎样跑起来的 [:1700046569]
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4.5.4 转向时轮胎依然直立
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您可以想象一下，车身在转角处横滚时，轮胎处于怎样的状态呢？您是不是觉得它们也在和车身一起倾斜呢？
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转向时如果轮胎倾斜，其触地面也会发生偏移，使得轮胎与路面的接触面积变小。这样一来，抓地力减小，轮胎抵抗离心力、支撑汽车的力量也会减弱。而为了能够快速安全地转向，我们都不希望抓地力减小。因此最理想的状态就是，转向时仅汽车车身倾斜，而轮胎仍垂直于路面。尤其是希望里侧的轮胎保持垂直状态，因为在转弯处车身横滚时，里侧轮胎承受了很大的负担。
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悬架摆臂就实现了我们的愿望。它由铁棒和铁柱组成，连接车身和轮胎。最近还出现了使用比铁轻的铝等材料制成的悬架摆臂。
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悬架摆臂有多种配置方式，这里我就以由上下两根铁棒支撑的双叉式为例，介绍转向时轮胎仍能直立的原理。这是因为双叉式分工明确，易于理解悬架的原理。此外还有连杆支柱式和多连杆式。
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在装有轮胎的轮毂（车轴）上，上下各有一个悬架摆臂（图4.12）。仔细观察双叉式就会发现，其上下摆臂的长度不同。当车身倾斜时，正是这对长度不同的上下摆臂使轮胎直立。
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图4.12 悬架摆臂与横滚的关系※上下悬架摆臂的长度不同，使车身在横滚时轮胎仍能直立。
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您可以以悬架的运动为中心，考虑一下汽车车身向里侧倾斜的状态。当车身倾斜时，里侧的轮胎靠近车身，而外侧的轮胎远离车身。如果换个视角从悬架看的话，就会发现里侧的轮胎向上移动，而外侧的轮胎向下移动。
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轮胎的上下移动进一步加大了上下悬架摆臂的长度差。由于上下摆臂的转动轨迹不同，装有轮胎的轮毂角度也就不同。
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让我们来看一下摆臂的轨迹是如何变化的（图4.13）。您可以把图中的两个大小不同的圆的半径分别看作上下悬架摆臂的长度。在转角处轮胎上下移动时，两个悬架摆臂也上下移动了相同的距离。但由于两个圆的半径不同，它们的横向移动量也就不同。这就使得连接悬架摆臂的线的角度发生了变化，即轮毂的角度发生了变化，轮胎就倾斜了。
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图4.13 上下悬架摆臂的轨迹※上摆臂的轨迹是半径小的圆，下摆臂的轨迹是半径大的圆。上下移动距离相同，但横向移动距离不同，使得轮胎能够直立。
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回看一下我们会发现，悬架摆臂处于倾斜状态。如果调整轮胎角度（从倾斜的悬架摆臂看）和路面的关系，我们从外界就能看到轮胎处于与地面垂直的状态。如何设定上下悬架摆臂的长度，以使在转弯处汽车车身倾斜时，里侧的轮胎仍与路面垂直，就是悬架设计者的工作。
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您可以观察一下正在转向的汽车轮胎。如果里侧的轮胎与路面垂直，那么这辆汽车就能平稳地转向，也就是一辆具备了优秀操作系统、性能稳定的汽车。相反，如果您看到汽车在转向时轮胎与路面之间有斜角，那么就可以说这辆汽车在转向时缺乏稳定性。
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汽车是怎样跑起来的 [:1700046570]
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4.5.5 转向时轮胎的触地面发生变形
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之所以在转向时轮胎仍能垂直于路面，就是因为增加轮胎的触地面能够增大抓地力。但实际上，轮胎的变形会减小其触地面积。
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在本章的开头我讲过，轮胎是由橡胶和纤维等易变形的材料制成的。轮胎的触地面会因变形而变得平坦。同样，转向时轮胎也会因离心力横向变形，使得轮胎触地面的形状和面积发生变化（图4.14）。
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图4.14 悬架摇臂与横滚的关系※直行和转向时变形的方向不同，触地面的形状也会发生变化。
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虽然轮胎多少有些差异，但汽车停止和直行时，轮胎触地面的形状大体上都是四边形。如果在实验中将路面的一部分换成玻璃，从玻璃下方观察轮胎在通过时的情形就很容易发现这一点。
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转向时四边形的轮胎触地面会横向变形，形成三角形。仅看从四边形到三角形的变化，也能理解触地面积的减小。
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触地面减小，相应地抓地力也会减小。因此在即将转向时就必须降低车速，防止离心力过大。转向时车身倾斜，由于负重转移，车身重量会集中在里侧轮胎上，增大抓地力。但当触地面积减小时，抓地力的界限也会相应地变小。