Matiz: 轉向系統 – 束角調整

之前討論前懸吊的時候就聊過了, 車子本身的重量會壓縮前吊懸, 造成輪子的上半部往內傾, 所以才會需要一個正的 Camber (外傾角) 來補償這個內傾的角度, 讓輪子可以跟地面保持垂直, 發揮最大的抓地力.
 
而其實降前懸吊的時候, 也會有同樣的效果, 只是 Matiz 的外傾角沒得調, 沒辦法把這一部份的角度也給補償回來. 所以在降前懸吊的 Matiz 上, 就會看到前輪呈 "直立八字形" (負的外傾角) 的奇景.
 
"立八" 的前輪造成向內的傾斜轉向, 好處是車頭的指向性變靈敏了, 不過卻也同時造成了動力上的損耗. 為了恢復動力上的效率, 只好調小前輪的 Toe-in (束角, 平八, 水平八字形), 或者是調大前輪的 Toe-out (展角, 平倒八, 水平倒八字形), 利用輪子往外跑的水平角度來補償輪子往內夾的垂直角度, 讓輪子再恢復成原來直線行駛的特性.
 
不管是怎樣的外傾跟束角, 只要是左右對稱, 可以相互扺消, 在平坦的直線路段上, 就都還算 ok. 不過如果是在起伏不平的路面上, 那麼在高速的行駛下就容易造成單邊的彈跳. 單邊的抵消力道因為離地而消失之後, 接地的另一邊就會對車子產生突然的轉向效果, 造成操駕應變上的困難. 所以在理論上, 輪子越中性, 越能直線行駛, 車子就越好操控.
 
另外, 由於懸吊系統是一個活動的結構, 本身有一定的彈性在, 所以在加減速的時候, 也就會產生束角的變化. 在 FWD 上, 前輪既是驅動輪也是煞車輪 (請參考相簿). 加速的時候, 車重慣性會掉在後面, 透過懸吊系統拖著輪子, 所以就會有加大前束的效果. 而減速的時候, 車重慣性則是透過懸吊系統推著輪子往前跑的, 所以就會有縮小前束 (或者是加大前展) 的效果.
 
在 RWD 上, 前輪還是主要的煞車輪, 不過驅動的部份卻是改由後輪來負責. 所以在減速的時候, 前輪還是會有加大前展的效果. 不過加速造成束角變大的效果, 就只有在負責驅動的後輪上才會比較明顯. 由於 RWD 前後輪在束角上的變化比較單純, 在設定上就會比較簡單, 就會有比較好的操控性. 而相反的, 由於 FWD 前輪束角的變化比較複雜, 設定上比較困難, 在操控上就比較不利.
 
Matiz 原廠設定的前束角幾乎為 0 度 (10 分 = 1/6 度), 而最大轉向的前展角為 6 度 (41.5 – 35.5, 請參考相簿). 假設現在這個前束角被加大到 6 度, 輕過轉向機構對角度的補償, 最大轉向的前展角會變成 0 度, 內外兩輪法線跟後車軸的延長線就會交成兩個不同的轉向中心. 而由於過彎荷重外移, 外側輪抓地力變大, 所以真正的轉向中心會落在由外側輪所決定的那一個, 讓內側輪打滑, 造成二輪抓地力總和下降, 降低了彎中的極限.
 
在前束角被加大到 6 度之後, 轉向時的彎外輪會比原來多出 3 度, 而彎內輪則是反向對稱地比原來少 3 度. 這兩個反向的角度, 本來是可以互相補償的. 可是因為荷重外移, 彎內輪抓地力變小, 補償角度的效果降低, 所以就會讓彎外輪這多出來的 3 度, 對車子造成突然的轉向. 也就是因為這樣, 大家才會說, 加大前輪的束角可以提升車頭的指向性, 或者是提高入彎時的轉向反應.
 
假設現在這個前束角被縮小到成為 -6 度 (前展 6 度), 最大轉向的前展角, 就會從原來的 6 度被放大成原來的兩倍, 來到 12 度. 同樣地, 因為內外兩輪各有不同的轉向中心, 再加上荷重外移的關係, 彎內輪還是傾向打滑, 造成彎中極限的下降. (請參考相簿)
 
而在入彎的表現上, 由於在前束角被縮小到 -6 度之後, 轉向時的彎外輪會比原來少掉 3 度, 所以一入彎, 荷重外移之後, 輪上轉向角度就會落在方向盤轉向角度的後面, 造成轉向遲鈍的感覺.
 
再從轉向中心來看, 調大前束角會把轉向中心往內拉, 有縮短迴轉半徑的效果, 比較適合彎多路窄的山路. 而相反的, 調小前束角 (調大前展角) 則是會把轉向中心往外拋, 拉長迴轉半徑, 有緩和轉向角度的效果. 在高速直線行駛, 遇到突發狀況要轉向閃避的時候, 就可以避免因為緊張而造成的轉向角度過大, 增加行車安全.
 
一般來說, Matiz 降懸吊之後, 前輪外傾角會變小造成 "立八". 可是因為 "立八" 傾斜轉向的方向是從兩邊向裡面集中的, 跟調大前束角 (平八) 一樣, 會有轉向靈敏, 動力流失, 降低彎中極限, 不平路面上神經質轉向的特性, 所以在降懸吊之後, 就需要再把前輪的束角調小 (或調大展角, 平倒八), 把 "立八" 所造成的 "平八" 效果補償回來, 恢復前輪直線前進的中性特性.
 
另外, 通常在降懸吊的時候, 也會跟著把懸吊調硬, 在引擎動力跟轉向扭力的傳遞上就會比較直接, 轉向跟加減速的反應就會比較靈敏. 加減速靈敏的部份可以補償 "立八" 動力流失的部份, 而降車身提高彎中極限的部份, 則是可以補償 "立八" 轉向中心往內拉, 彎內輪打滑降低彎中極限的部份. 不過, 為了讓降懸吊的效果發揮到極致, 最好還是適度地把前輪的束角調小 (或調大展角) 唄~
 
經過整個這樣子的討論之後, 我們可以發現, 其實車輛設定的調整還蠻 "牽一髮而動全身" 的. 在討論了荷重轉移之後, 我們想降懸吊, 把懸吊調硬; 在討論了懸吊幾何跟四輪定位之後, 我們想調前束角再把降懸吊的副作用補償回來; 而這些調整則都還要再配合常跑的路況以及操駕風格再做微調.
 
所以理論上, 每一項調整都有副作用. 而如果這個副作用是可以接受的, 那我們就接受. 要不然的話, 我們就需要另一項調整再把這個副作用給補償回來. 不幸的是, 第二項的調整一樣也會有自己的副作用, 所以我們就會開始陷入一個又一個的判斷跟微調的迴圈, 直到我們用上了所有已知的理論, 試車的結果也讓我們滿意為止.
 
在跑 F1, WTCC, WRC 的時候, 連職業技師跟車手都會選錯胎, 採用錯誤的設定了, 更何況是一般業餘的車手呢? 所以, 在車輛的設定上, 本來就是眾說紛云, 青菜蘿蔔各有所好滴~ 而也就是因為這樣, 我們才要盡量去瞭解更多, 更完整的理論, 然後微調出真正適合自己的設定, 享受更豐富的駕駛樂趣.
 
註一: +/- 6 度束角只是為了方便舉例說明, 一般束角應該不會有這麼大的變動.
 
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