摩托車轉(zhuǎn)彎時的作用力分析
車身往想要轉(zhuǎn)彎的方向傾斜,輪胎因而產(chǎn)生外傾角(車身會往轉(zhuǎn)向方向傾斜)。
摩托車用輪胎的斷面為什么是圓形?
首先,先來研究汽車是如何轉(zhuǎn)彎的,汽車在轉(zhuǎn)彎時是利用「輪胎的側(cè)滑角(slip angle)產(chǎn)生轉(zhuǎn)向力」進而帶動車子轉(zhuǎn)彎,所以當方向盤轉(zhuǎn)往想要轉(zhuǎn)彎的方向時,車身就會朝著想要轉(zhuǎn)彎的方向開始轉(zhuǎn)向,不過因為離心力對車身會產(chǎn)生影響,所以車身會往轉(zhuǎn)向的外側(cè)傾斜。
相較之下,摩托車的輪胎則是「利用輪胎的外傾角度產(chǎn)生橫向力量」,也就是被稱為「外傾推力(camber thrust)」(后述)的力量帶動車子轉(zhuǎn)彎,這時摩托車車身就會往想要轉(zhuǎn)彎的方向傾斜然后轉(zhuǎn)彎。
因此相較于汽車用輪胎,摩托車的輪胎形狀為了能夠取得大角度的外傾角,輪胎斷面的半徑較小,所以形成圓形。
汽車轉(zhuǎn)彎時的作用力分析
把方向盤轉(zhuǎn)往想要轉(zhuǎn)彎的方向產(chǎn)生側(cè)滑角(車身會往要轉(zhuǎn)動方向的反側(cè)傾斜)。
什么是外傾推力?
請試著想像傾斜10圓硬幣等圓盤狀的物體然后進行滾動,圓盤會往傾斜的方向轉(zhuǎn)彎,這個時候圓盤的中心線會產(chǎn)生直角橫向(往內(nèi)側(cè))的作用力,這就是外傾推力,而外傾推力會與外傾角(車輪的傾斜角度)一起同時變大。
一般汽車的外傾角與車身之間會有±0.5°左右的角度變化(+是輪胎往車身外側(cè),-是輪胎往車身內(nèi)側(cè)傾斜)相較之下,摩托車車身最大則有45°-50°的角度變化。
此外,一般汽車的外傾角無法在行進時產(chǎn)生變化,但是摩托車則是配合轉(zhuǎn)彎的情況由騎士改變外傾角度進行騎乘,這也就是說,為了使摩托車在轉(zhuǎn)彎時的外傾角能夠發(fā)揮重要作用,摩托車用輪胎的設(shè)計主要就是為了能夠積極的使用外傾推力,進而產(chǎn)生轉(zhuǎn)向力道。
外傾推力作用分析
由外傾角所產(chǎn)生的外傾推力分析
由外傾推力與側(cè)滑角帶來轉(zhuǎn)向力
為了使車身轉(zhuǎn)向,在轉(zhuǎn)向時需要產(chǎn)生離心力與相對應(yīng)的轉(zhuǎn)向力,也就是藉由車身的外傾角度所帶來的外傾推力,不過根據(jù)轉(zhuǎn)彎的狀態(tài)有時也需要透過輪胎的側(cè)滑角帶來轉(zhuǎn)向力道。
由于外傾角度(車身的傾斜角度)決定外傾推力的大小,因此相較于轉(zhuǎn)彎時的離心力,當只靠外傾推力無法產(chǎn)生足夠的轉(zhuǎn)向力時,就必需要加大把手的切角,藉此產(chǎn)生側(cè)滑角以強化轉(zhuǎn)向力。
摩托車用輪胎的形狀
摩托車用輪胎是采用不論是直向前進還是轉(zhuǎn)彎時,在任何傾斜角度下的接地面積都不會產(chǎn)生太大變化的設(shè)計。之所以如此,是因為當接地面積隨著傾斜角度變大或變小時,就無法帶來穩(wěn)定的路面接地性,抓地力也會因此時而增強時而減弱,變得不穩(wěn)定相當?shù)匚kU。
摩托車用輪胎的形狀設(shè)計成即使輪胎傾斜,接地面積也幾乎沒有太大的變化,進而能夠維持穩(wěn)定的抓地力順利轉(zhuǎn)向。
這也就是摩托車用輪胎的斷面形狀設(shè)計成比汽車用的輪胎更圓的原因之一。