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轮胎升级对车辆弯道性能具体有什么影响?

2021-11-23 00:30 作者:一直单推冰糖哦  | 我要投稿

首先放上一张我在神力科莎里测出来的数据图表

每个测试圈均保存了120fps录屏,逐帧分析画面得到精确单圈时间

        其中两种轮胎配方的性能数据文件来均自于ks官方的兰博基尼performante,提取性能曲线后使用cm启动器附带的深度学习轮胎生成器套用在本次测试所使用的个人定制修改版caparo t1 mod上。

        测试时,仅采用轮胎处于合适温度与压力范围内的成绩,过热、超压或者过冷、低压时的成绩不予采用。每次测试都对轮胎负外倾角进行单独优化,保证外侧前轮在弯道中基本垂直于地面,并且胎面温度均匀。

        因为连续弯道中轮胎温度持续变化,因此平均圈速不适合用于评价,这里只采用最快圈速来进行计算和比较。

        空气下压力数据来自官方的wings插件,能够读取物理引擎生成的实时升力与阻力。

        测试选用了两款典型的高性能车辆,一款是轻量化赛道化超级跑车,拥有跑车中还不错的下压力;另一款虽然也是公路跑车,但其性能指标更接近于原型车或者方程式,远远超出了正常跑车的范畴。

        表格中已经对关键数据进行了比较,因此结论其实非常明确。接下来我们对结论进行逐一分析。

结论一:相同轮胎性能的情况下,更轻的车拥有更强的理论稳态转向加速度。

        在表格中,通过半径为50m的弯道时,使用相同轮胎的caparo t1的弯道速度和平均加速度明显高于performante,环道圈速大幅度领先。其中的原因非常简单,轮胎的最大附着系数(微滑动时的摩擦系数)会随着接触面压强的提高而降低,这是轮胎表面橡胶的固有属性。本次测试的两款车,一款重量是另一款的两倍多,但轮胎宽度只增加了一点点(从225mm增加至245mm),因此在低速弯道中,二者的接触面平均压强相差巨大,实际的最大摩擦系数也就出现了差异。

结论二:轮胎性能升级幅度相同的情况下,下压力与整车重量的比值越高的车收益越大。

       表格显示,在半径为200m的弯道中,轮胎从corsa升级到trofeo r后,兰博基尼跑车获得的向心加速度增益仅为12.97%,而类似于原型车的caparo t1获得了31.08%的高额加速度增幅。这是因为,轮胎最大摩擦系数随压强的下降曲线非常平缓,接近一次函数;而下压力随车速增加的曲线极其贴近二次函数。轮胎性能升级之后,基础弯速提升,导致实际弯道中的空气下压力产生更大幅度的增加,虽然也同步增加了轮胎的接触面压强,略微降低了摩擦系数,但轮胎的垂直载荷增幅超出了摩擦系数降幅,轮胎能产生的横向力与横向负载之间的比值更高了,自然带来了更高的转向加速度。

        反过来说,有效下压力与车重的比值越高的车,对轮胎性能就越敏感。对于高下压力车型,轮胎性能下降一点,弯道速度就有可能下降一大截。

结论三:轮胎性能越强,相同下压力曲线的车能够在高速弯中获得的收益就越大。

       表格中,高下压力的caparo t1在使用corsa胎时,通过半径200m弯道时的g值比50m弯道高35.25%,而使用trofeo胎后,高速弯对比低速弯的g值增幅来到了惊人的46.54%;可供参考的数据是,半径50m弯道中,使用corsa轮胎时,该车产生了约80kg总下压力,升级轮胎后这一数值是100kg,增加的20kg下压力相对于655kg的车重来说聊胜于无;在200m半径高速弯中,使用corsa胎时产生的总下压力约590kg,升级轮胎后则达到了约800kg,额外多出的210kg下压力已经接近车重的三分之一,绝对不能忽视。

        原因和结论2里所说的一样,简单点总结就是轮胎性能的线性增强与呈2次函数增长的下压力曲线构成了一对正反馈循环,最终的性能输出幅度总会高于轮胎性能本身的增幅,直至轮胎材料无法承受更高的负荷。

        但表格里的兰博基尼跑车数据出现了“反常”,高速弯中的g值反而低于低速弯,这似乎不科学。这辆车同样拥有下压力,虽然数值不高,但也是正经的下压力,怎么可能造成g值不升反降呢?

        导致反常结果的原因和下压力的关系并不大,是车辆机械特性的问题。首先,正常的可以上路的车辆都必须满足稳态下转向不足的趋势,以实现足够的操纵稳定性,让司机能够安全地驾驶车辆。转向不足就意味着,车辆能产生的弯道g值取决于前轮的最大横向力。测试采用的兰博基尼跑车是四轮驱动的车型,这意味着前轮也要承担一部分驱动的功能,将轮胎的最大摩擦力中的一部分用于驱动车辆前进,能用于转向的横向力就自然减小了。关于这点,查一下摩擦圆的概念就能理解。在低速弯道中,轮胎与空气造成的阻力都比较小,因此前轮只需要较少的驱动力就能维持车辆以一定的速度前进,能够用于转向的摩擦力较多;但到了高速弯道,空气阻力和轮胎的阻力大幅度增加,前轮需要提供更多的驱动力来维持速度,导致能用于转向的摩擦力变小,稳态转向加速度也就下降了。

        仔细看表格的话,就会发现兰博基尼的下压力也是起到了一点克服一部分前轮带有动力导致的高速转向稳态加速度下降的问题的。使用corsa轮胎时,高速弯中的加速度降幅为2.16%,而使用trofeo轮胎后,高速弯中速度提升,车辆实际产生的下压力略有增加,使得这个降幅缩减到了1.61%;考虑到,这辆车在200m半径弯道中实际上只产生了100kg左右的下压力,只有车重的十几分之一,并且前轮更是只分到了30%,所以测试获得的成绩是合理的。

        仅从弯道稳态加速度来看,四轮驱动对比后轮驱动有劣势。但实际的赛道工况中,几乎不存在这种单一曲率的弯道,曲率变化着的行车线总是伴随着线速度的变化,因此四轮驱动系统可以在线速度变化的过程中扳回劣势,线速度变化越剧烈,四轮驱动带来的直线加速优势就越明显。

        有了以上三个结论,接下来我对目前一些关注度比较高的知名高性能跑车进行状况简析。

        首先是兰博基尼自家的huracan sto,它和本次测试中涉及的performante的区别是,增加了下压力,并且移除了四驱,理论上拥有更好的高速弯道稳态转向性能。但实际情况并非如此,媒体测试得到的圈速令人大跌眼镜,弯道速度和g值都很拉跨,没能发挥出下压力与驱动布局的优势。为什么会这样呢?第一个怀疑点就是轮胎性能;sto标配的轮胎并非performante所使用的的trofeo r,trofeo r的性能已经如雷贯耳,是综合性能最强的半热熔之一,sto所使用的轮胎知名度就没那么高了,或许sto在轮胎性能上处于劣势。第二个怀疑点是,sto所增加的下压力聊胜于无;这次测试中可以看到,一百来公斤的下压力对于1500kg的车重来说,产生的抓地力增幅实在有限,即便sto将下压力翻倍,也不是一个很高的数值,放在本就孱弱的街道用轮胎上就更难发挥出下压力的作用了。

        第二个是迈凯伦塞纳,这是一款很激进的高下压力跑车,250kph时的总下压力宣称达到了800kg。然而,它所使用的轮胎却配不上它的定位,245mm宽度的trofeo r前轮胎,在应对1200kg车重与几百公斤的空气下压力时力不从心,试车的媒体、专业车手都表示该车表现出了严重的轮胎瓶颈,转向不足非常严重。trofeo r虽然很强,但别家的旗舰跑车都上了更加极端的cup2 r和更大的胎宽,cup2 r带来的恐怖性能可以抵消很多重量、动力与下压力上的优势,使得塞纳的圈速相比起更低级别的gt2 rs mr、gt bs等赛道化跑车没有强出太多,而与使用超宽全热熔的赛车比起来更是弱爆。

        第三个是最为极端的阿斯顿马丁女武神,它是一款比本次测试中所用的caparo t1还要极端的跑车,虽然重量达到了1100kg的级别,但下压力超级加倍,动力也超级加倍,功率质量比和下压力质量比有过之而无不及。指标如此极端的情况下,它却没有采用很极端的轮胎,官方仅标配了“普通”的cup2,普通版cup2的性能虽然明显强于corsa,但和trofeo r比起来并没有优势,并不是性能最强的半热熔。结合前面的结论,该车如果参数没有注太多水,那么它一定是最受轮胎性能拖累的跑车,原型车的指标配上街道用轮胎,想想就刺激。我发过一个街胎lmp1被gte淦翻的游戏视频,那还是在lmp1拥有电动四驱来拯救低速牵引力的情况下,要是和这车一样纯后驱,还会更惨。已经可以预见这车被各路看似弱很多的热熔胎赛车淦爆的情形了,轮胎才是yyds。



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