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赛车为什么需要高下压力?

本帖由 漂亮的石头2022-03-20 发布。版面名称:知乎日报

  1. 漂亮的石头

    漂亮的石头 版主 管理成员

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    [​IMG] 小林,想把汽车变成爱好 公众号:小林的杂七杂八 阅读原文

    因为高压下才能出成绩啊,高考也是,大学最后一年的各种补考也是,入职场以后每年年底的冲业绩也是

    在卷的不行不行的时候,就会出现各种各样的高压手段

    对赛车也是一样的,想要压榨出一台赛车的全部潜能的话,可能不用点力压一压还真的不行。

    [​IMG]

    以上比喻有点简单粗暴无厘头,接下来假装正经的掰扯掰扯。

    极简的解题思路如下,时间宝贵的同学们可以只看这部分:

    本来想视频版一起传的,一直上传失败,等会儿我再试试哈

    • 关键词是赛车,而赛车就是要快
    • 快的话就要充分发挥车辆的驱动力
    • 驱动力要靠轮胎抓地力
    • 而抓地力又和压车的力正相关
    • 因为赛车更轻,车速更高,所以高下压力

    关键词 1:赛车

    这个关键词其实很简单,赛车的造出来目的就是为了能够更快地冲过终点线。

    快,赛车的第一性原理。

    而这里的快又分为“直道的快”“弯道的快”两种,这两种快都与汽车的下压力有关。

    原理其实也基本一致,我们先以直道为例说说。

    [​IMG]

    关键词 2:动力系统驱动力与轮胎摩擦力

    这一组关键词,想引出的概念是:“驱动系统狂暴的动力输出,并不一定就能代表车辆有很强的加速能力”

    因为驱动系统的动力,想真实的驱动车型,需要靠轮胎与地面的摩擦力。

    只有摩擦力足够大的时候,驱动系统的动力才能够完全的传输到地面

    不然的话就会像下面这张图所示的,“生刨”,做无用功。

    当然这张图的工况下还没有涉及到下压力与轮胎摩擦力的关系。

    [​IMG]
    这里我们先记住,轮胎摩擦力会决定车辆加速能力的上下限就好。​

    关键词 3:轮胎摩擦力与法向力的关系

    这组关键词,就慢慢引出下压力的重要性了。

    我们首先看下面这组公式:

    [​IMG]
    Ff=u*N)​

    u 就是摩擦系数

    N 就是法向力(这个法向力我们可以暂时粗暴的理解成向下压车的力)

    而,Ff 的大小是与 N 的大小成正比的,就像下面的图片所示:

    在同样的摩擦系数下,法向力越大,轮胎的摩擦力也就越大,这是我们在这一组关键词中要记住的关键概念。

    [​IMG]

    而法向力就与下压力息息相关了。

    关键词 4:法向力与下压力

    我们来看看法向力的构成,如下面的公式:

    [​IMG]

    它由车辆的重量与“下压力”组成。

    再看“下压力”由的构成,如下面的公式。

    [​IMG]

    可以看出来:“下压力”与空气密度的一次方,车速的二次方,升力系数与正投影面积乘积的一次方成正比。

    升力系数与正投影面积乘积就是我们为车辆提供“下压力”

    从下图我们可以看出来,方程式赛车的在加上各种空力套件后,升力系数会越来越小(下压力也来越大)

    [​IMG]

    这个这个公式在展开就是这样:

    [​IMG]

    所以,下压力越大,我们就可以得到更大的法向力;

    相应的,我们就可以得到更大的摩擦力;

    相应的,我们就可以更充分地发挥车辆动力系统的潜能;

    这样,赛车就可能更快了。

    关键词 5:下压力、车重、车速

    上面其实说的差不多了,但是到底为什么赛车会需要高下压力,我们其实可以再掰开讲一讲。

    我们再回顾下这个公式:

    [​IMG]

    假设下:

    当车重(m)越来越小的时候,当我们还需要更多的摩擦力的情况下,那下压力的占比(重要性)就会也来也大;

    而下压力与车速的平方成正比,所以车速越高,越可以放大下压力对的作用。

    看上面两个关键词:车轻,车速高。

    如果我们把普通的民用车与赛车就这两个参数画一个矩阵图的话,就是如下图这样。

    [​IMG]

    赛车与普通民用车相比,恰恰就是车速更高,车重更轻,而且可能都轻不止一倍以上。

    所以,赛车才会还需要搞下压力啊​

    不然的话,可能就会像这张图片这样了。

    [​IMG]

    其实这里还有个灵魂拷问,普通民用车需要高下压力吗?需要那些夸张的空气套件吗

    关键词 6:弯道与分力

    上面以直道为例,说明了下压力的作用。

    我们再来看看弯道,原理基本一致,主要是靠下压力来提供更多的轮胎摩擦力。

    [​IMG]

    只不过这个摩擦力除了用来驱动以外,还会要用来转向。

    从下图我们可以看出,轮胎的摩擦力被一分为二。

    相应分到各个方向上的力自然就更少了,这个是有下压力就显得更加重要了。

    [​IMG]

    所以其实很多时候,赛车会更重视在弯道时的空力套件设计,而不是直道的。

    因为弯道快才是真的快。

    关键词 7:转向力与离心力

    这个被分给转向的力,其实是与车辆转弯时的离心力做对抗的。

    离心力的公式如下:

    [​IMG]

    与车重的一次方、车速的平方成正比;与转弯半径成反比。

    当我们的转向力小于离心力时,车辆就滑出去了。

    [​IMG]

    当我们的转向力大于等于离心力,是不是就万事大吉了呢。

    其实有两种情况,一种情况是:顺利过弯了。

    另外一种情况,其实还会翻车。

    这个时候摩擦力太大反而不一定是好事。

    [​IMG]

    不过这又是车辆防侧倾范畴的事情,虽然也与下压力相关。

    这次先不展开了,先说到这。

    阅读原文
     
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