即便你對汽車只有粗淺的興趣,也該知道那些跑得快的車型,發(fā)動機(jī)通常都在駕駛員后方。若將操控性能列為首要考量,把發(fā)動機(jī)布置在乘員艙之后、后軸之前,便是理想之選。
自1966年蘭博基尼在Miura車型的乘員艙后方橫向搭載一臺V12發(fā)動機(jī)起,中置發(fā)動機(jī)就成了豪華跑車的標(biāo)志性特征。
但采用中置發(fā)動機(jī)的并非只有天價跑車,也有不少普通人觸手可及的運(yùn)動車型 —— 從早期的菲亞特X1/9,到如今被譽(yù)為“平民超跑”的雪佛蘭C8科爾維特(參數(shù)丨圖片),皆屬此類。
要解釋中置發(fā)動機(jī)車型為何操控如此出色,我們需要從物理學(xué)角度說起。
Author / 酷樂汽車
倘若你參加過賽車駕駛培訓(xùn)學(xué)校,就會知道學(xué)到的首批知識點(diǎn)之一便是“重量轉(zhuǎn)移”。
當(dāng)車輛靜止停放,或是以恒定速度直線行駛時,其重量分布處于靜態(tài)狀態(tài)。但車輛不會一直保持靜態(tài),重量分布自然也不會一成不變。當(dāng)車輛加速、剎車、轉(zhuǎn)向,或是同時進(jìn)行加速/剎車與轉(zhuǎn)向操作時,重量便會在車身內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)移。
加速時,重量向后轉(zhuǎn)移;剎車時,重量向前轉(zhuǎn)移;向左轉(zhuǎn)向時,重量向右轉(zhuǎn)移;向右轉(zhuǎn)向時,重量向左轉(zhuǎn)移。
這種現(xiàn)象就被稱為“重量轉(zhuǎn)移”。
其實(shí)我們每個人都對重量轉(zhuǎn)移有直觀感受,因?yàn)槿粘I钪须S時都能體驗(yàn)到。但要想提升駕駛速度,就必須深入理解這一原理:輪胎是你和車輛與地面之間唯一的接觸媒介,而施加在輪胎上的重量(即垂直載荷)越大,輪胎的抓地力就越強(qiáng) —— 不過這種增強(qiáng)有一個上限。
舉個極端例子:想象一輛直線加速賽車在起步時前輪離地(即“抬頭”現(xiàn)象)。這種抬頭現(xiàn)象,正是急加速時重量劇烈向后轉(zhuǎn)移的結(jié)果。再試想一下,當(dāng)前輪離地時轉(zhuǎn)動方向盤,車輛根本不會轉(zhuǎn)向。
這就是“轉(zhuǎn)向不足”的極端案例,此時后輪抓地力比前輪更強(qiáng);與之相反的“轉(zhuǎn)向過度”,則是前輪抓地力強(qiáng)于后輪,而“中性轉(zhuǎn)向”,自然就是四個輪胎抓地力均等的狀態(tài)。
那么,這些內(nèi)容與中置發(fā)動機(jī)車型有什么關(guān)聯(lián)呢?
優(yōu)秀的駕駛員懂重量轉(zhuǎn)移,優(yōu)秀的工程師同樣懂。調(diào)整車輛主要重量的分布位置,會改變車輛的靜態(tài)與動態(tài)重量分配,進(jìn)而影響其操控平衡特性。
對于一輛汽車(這里特指內(nèi)燃機(jī)汽車)而言,最重的部件便是發(fā)動機(jī)。想必不用多說也知道,大多數(shù)汽車采用前置發(fā)動機(jī)布局。早在很久以前,人們就認(rèn)為把動力裝置放在前部的小空間里,而將乘員和行李安置在后方一個或兩個更大的空間中,是最合理的設(shè)計。
根據(jù)發(fā)動機(jī)在前部的具體布置位置不同,前輪承擔(dān)的重量比例也會有差異。
一輛普通兩廂車的靜態(tài)重量,可能有65%集中在前輪;而寶馬部分車型將發(fā)動機(jī)布置在前軸之后,其前后重量分配能達(dá)到50:50,這也是寶馬引以為傲的設(shè)計。一些前置發(fā)動機(jī)性能車,還會將變速箱布置在后部,以實(shí)現(xiàn)輕微的后軸重量偏置。
總體來說,前置發(fā)動機(jī)車型的操控特性往往偏向轉(zhuǎn)向不足,因?yàn)榍拜喅袚?dān)了更多重量,很容易超出其抓地力極限。而且對于后輪驅(qū)動的前置發(fā)動機(jī)車型來說,加速時向驅(qū)動輪(即后輪)轉(zhuǎn)移的重量也更少。
調(diào)整車輛主要重量的分布位置,會改變車輛的靜態(tài)與動態(tài)重量分配,進(jìn)而影響其操控平衡特性。
雖然以上分析是基于普遍情況,但中置發(fā)動機(jī)車型的優(yōu)勢依然顯而易見。采用中置發(fā)動機(jī)+后輪驅(qū)動的布局,能讓驅(qū)動輪在加速時獲得充足的重量載荷,同時在剎車和轉(zhuǎn)向過程中又能保持良好的穩(wěn)定性。
這也是為何高性能車型與賽車普遍青睞這種布局的原因。
這里補(bǔ)充說明一下后置發(fā)動機(jī)車型,以保時捷911為例。這類車型在加速時牽引力出色,剎車時穩(wěn)定性也不錯,但明顯的后軸重量偏置容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)向不足,且后置的沉重發(fā)動機(jī)會產(chǎn)生“鐘擺效應(yīng)”,可能引發(fā)突然的轉(zhuǎn)向過度。
隨著技術(shù)發(fā)展,保時捷不斷將911的重量分配向前調(diào)整,使其駕駛感受更接近中置發(fā)動機(jī)車型。
其實(shí)在二戰(zhàn)前,就有人嘗試過中置發(fā)動機(jī)車型,最著名的當(dāng)屬費(fèi)迪南德·保時捷設(shè)計的奧迪聯(lián)盟大獎賽賽車,但這種布局直到20世紀(jì)50年代才真正流行起來。當(dāng)時保時捷推出了用于跑車賽事的550 Spyder,而英國的蓮花、Cooper、BRM等車企,則率先在一級方程式賽車中采用中置發(fā)動機(jī)的開輪式設(shè)計。
20世紀(jì)60年代初,“后置發(fā)動機(jī)革命”席卷了印第安納波利斯500賽車大賽,如今,幾乎在任何賽事中,專門設(shè)計的前置發(fā)動機(jī)賽車都已極為罕見。
這里還有另一個關(guān)鍵影響因素 ——“轉(zhuǎn)動慣量極矩”(又稱“極慣性矩”)。
對汽車而言,應(yīng)盡可能將所有質(zhì)量集中在車身中心位置,這樣能讓車輛更易于轉(zhuǎn)向,Ross Bentley在《終極速度秘訣》一書中的就寫到:
想象你舉起兩根杠鈴,一根的配重塊位于桿體兩端,另一根的配重塊靠近你的手部。顯然,后者更容易轉(zhuǎn)動,因?yàn)槠滟|(zhì)量更靠近中心,轉(zhuǎn)動慣量極矩更小。
當(dāng)然,前置發(fā)動機(jī)車型也能實(shí)現(xiàn)較低的轉(zhuǎn)動慣量極矩,有些轉(zhuǎn)動慣量極矩相對較高的車型,操控性能同樣出色,比如本田思域Type R,但如果從零開始設(shè)計一款追求操控的車型,工程師一定會優(yōu)先考慮將質(zhì)量集中在中心位置,而最簡單的實(shí)現(xiàn)方式,就是把發(fā)動機(jī)布置在駕駛員后方。
這一點(diǎn)也能解釋保時捷Boxster和Cayman車型為何操控格外出色:它們不僅采用中置發(fā)動機(jī)布局,其水平對置發(fā)動機(jī)在高度和長度上都更緊湊,這不僅能降低車身重心,還能減小轉(zhuǎn)動慣量極矩。
反觀有些中置發(fā)動機(jī)車型,由于搭載了較長的發(fā)動機(jī)(尤其是V12發(fā)動機(jī)),駕駛難度會顯著增加 —— 這也是因?yàn)?strong>后置的大型沉重發(fā)動機(jī)會產(chǎn)生鐘擺效應(yīng)。
目前,關(guān)于轉(zhuǎn)向過度、轉(zhuǎn)向不足或中性轉(zhuǎn)向的車型哪種更快,業(yè)界仍有大量爭議,且這種爭議還在持續(xù)。
爭議之所以難以平息,是因?yàn)椴煌{駛員有不同的偏好:對于駕駛技術(shù)頂尖的車手來說,他們可能希望車輛在入彎時略帶“松散感”(即輕微轉(zhuǎn)向過度),這樣有助于車輛快速轉(zhuǎn)入彎道;但在過彎中期和出彎階段,中性轉(zhuǎn)向或輕微轉(zhuǎn)向不足的特性,會讓車輛在加力時更易于控制。
大多數(shù)量產(chǎn)公路車,即便采用中置發(fā)動機(jī)布局,也會被調(diào)校成略帶轉(zhuǎn)向不足的特性,因?yàn)檫@種設(shè)定對普通駕駛員而言更安全、更易操控。對汽車愛好者來說,這聽起來可能不是好事,但對大多數(shù)駕駛員而言,駕駛一輛略帶“推頭”特性的車,才能在保證安全的前提下實(shí)現(xiàn)更快的行駛速度。
當(dāng)然,影響車輛操控的因素還有很多,情況也更為復(fù)雜。
例如,搭載四缸發(fā)動機(jī)的保時捷718 Boxster,其前后重量分配為45:55;而奔馳SLS AMG采用前置發(fā)動機(jī)+后置變速驅(qū)動橋的布局,前后重量分配為47:53,兩者差異并不大。
再看中置發(fā)動機(jī)的蓮花Emira V6車型,其前后重量分配為39:61,后軸重量偏置比現(xiàn)款保時捷911 GT3的40:60還要明顯,因此這款中置發(fā)動機(jī)的蓮花,操控感受反而更接近老款911。
發(fā)動機(jī)通常是汽車中最重的部件,但除了發(fā)動機(jī),車輛還有其他沉重部件。
工程師會巧妙地調(diào)整這些部件的位置,以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)重量分配。盡管靜態(tài)與動態(tài)重量分配對操控至關(guān)重要,但影響車輛操控的因素還有很多:輪胎、懸架部件、驅(qū)動輪形式、差速器類型、簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量的比例、重心高度等等。
當(dāng)然,駕駛員自身也是關(guān)鍵因素之一,無論發(fā)動機(jī)布置在何處,若駕駛員操作笨拙、油門控制過猛,都可能導(dǎo)致車輛出現(xiàn)嚴(yán)重的轉(zhuǎn)向不足或轉(zhuǎn)向過度,而優(yōu)秀的駕駛員則懂得如何在任何工況下,將四個輪胎的抓地力發(fā)揮到極致。
總而言之,中置發(fā)動機(jī)并非出色操控的唯一保障,駕駛中置發(fā)動機(jī)車型也不會讓你自動成為更優(yōu)秀的駕駛員。但將發(fā)動機(jī)布置在駕駛員后方、前軸之前的設(shè)計,確實(shí)具備諸多優(yōu)勢。
這也是為何在以操控為首要目標(biāo)的車型中,這種布局會被廣泛采用。
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