消費者在買車時,往往都秉承著越大越好的觀念,心裡想的都是長軸距對空間的積極作用,而忽略了長軸距所帶來的巨大轉彎半徑......“發現問題,解決問題”作為理工男工程師的日常工作,自然不能放任超大轉彎半徑帶來的糟糕感受,於是,後輪轉向系統便誕生了!
城市道路中,車道的平均寬度為3.2-3.5米左右。而一臺車長4米8左右的普通B級車在方向盤打死的狀態下,轉彎直徑為11.6米左右(如上圖所示,掉頭時走的是轉彎直徑)。這就意味著,當你在最左側掉頭車道打死方向盤掉頭的過程中,車輛會橫跨對向共3.5條車道。也就是說,對向車道只有滿足4車道時,一臺雅閣、邁騰這樣的B級車才能一把輪完成掉頭。而如果換成奧迪A8L這種車長5米3的D級車,轉彎直徑則會直接達到12.6米,需要把對向4車道完完全全吃滿才能完成掉頭動作。
可現實生活中,能為我們提供4車道的路簡直少之又少,更多的是雙向雙車道的小路。此時,無論是B級車還是D級車,恐怕都倒兩次車才能真正將車頭調轉180°了。
其實車輛轉彎直徑大的根本原因,就是因為汽車把轉向的任務完全交給前輪導致的,相當於無論怎麼轉向,車頭都在拖著一個不會轉彎的車尾。而後輪轉向的誕生便直接解決了大車轉彎費勁的問題。在透過彎道時,如果車輛前輪朝左轉,後輪就會相應朝右轉。如果大家不理解,可以想象前輪向右轉90°,後輪朝左轉90°(如上圖所示),這樣整臺車就能像陀螺一樣原地掉頭了!
當然啦,上面舉的90°例子只是方便大家理解。迴歸現實生活中的量產車,後輪最大轉向角度也就在10°出頭。像是前一陣剛釋出的賓士S級,後輪轉向角就做到了10°,從而幫助這臺車長5米3的車,將轉彎直徑縮短了將近2米。達到了與飛度,這臺車長僅4米1小型車幾乎相同的10.8米轉彎直徑!如此誇張的距離縮短,足以證明後輪轉向的實際效果是多麼立竿見影!
後輪轉向除了能夠在低速時大幅縮短轉彎半徑外,還可以在時速超過大約60km/h後,讓駕駛員的操作以及車身的姿態變得更加從容。大家都知道,在日常駕駛車輛高速變道時,駕駛員除了在變道前需要向目標車道打方向外,還需要在完成變道後小幅反打方向盤,才能讓車頭回到與車道線平行的狀態。
可對於汽車來說,這樣“一左一右”的打方向操作,便會導致車輛出現快速的重量轉移,從而在一定程度上影響車輛的平衡,導致車身在變線過程中的動態變得相對不穩定。
而後輪轉向系統在高速時,便可以透過與前輪呈同向轉動來減弱車身的重量轉移。如上圖所示,當前輪向左轉時,後輪也會隨之左轉。同時由於在變道過程中,前輪的轉向角度通常都很小,所以此時後輪基本都能做到與前輪相近的同向轉角。這也就意味著,車尾和車頭會同步完成變線動作,相當於整臺車是平移過去的一般。那當變線完成後,駕駛員就不需要像沒有後輪轉向系統車型那樣,再多一個小幅反打方向盤讓車頭回正的動作了。同時,車身也避免了一次回正的重量轉移,使變線動作變的更加穩定,同時也大幅提升了車內乘員的舒適性。
和渦輪、換擋撥片等已經民用化的技術一樣,後輪轉向技術的誕生,同樣源自於極致的賽車運動。不過與民用車不同的是,後輪轉向系統在賽車上無論是低速還是高速,永遠都是與前輪呈相反方向來幫助車輛過彎的,從根本上解決了賽車的轉向不足問題。其中第一臺使用後輪轉向的賽車是標緻的405 Turbo 16,在黑科技的加持下,這臺車初次登場就打破了當時派克峰登山賽的賽道記錄。但由於這種後輪永遠都與前輪呈相反方向的設定,會直接導致車輛在高速時的轉向異常過度,駕控難度極高,所以後輪轉向能減少推頭的功效,也就僅限於賽車領域了。
後輪轉向系統目前大體分為兩種:一種是可以根據車輛時速,自行改變後輪轉動方向的主動式;另一種則是純機械結構的被動式。
主動式後輪轉向的實現方法,其實與前輪的轉向方式幾乎是一樣的,所以我們先來看看前輪是如何轉向的。當我們轉動方向盤時,與方向盤連線的轉向柱便會開始旋轉,進而帶動轉向柱尾端的小齒輪旋轉,然後在小齒輪的帶動下,負責控制前輪轉向的齒條便會透過左右移動,使前輪出現角度轉動。
而主動式後輪轉向的區別,僅僅是將前輪轉向時,駕駛員手部轉動方向盤的物理旋轉驅動,改為了檢測方向盤旋轉角度的電訊號驅動。之所以使用電訊號驅動,而非機械結構的原因有兩個:一是因為前輪已經採用了轉向柱的機械結構,足夠保障車輛的安全了;二是因為,主動式後輪轉向分為低速時與前輪反向,以及高速時與前輪同向兩種執行邏輯,因此使用電訊號控制也更方便。此外,由於後輪轉向的角度通常都很小,所以帶動車輪旋轉的齒條也會相應短一些。
被動式後輪轉向,相比起主動式來說就要簡單許多了。其中,絕大部分後輪隨動轉向都是透過在懸架與車身之間增加柔性橡膠襯套來實現的。
比如當車輛向左轉彎時,向後移動的力便會對右側後懸架施加一個向後拉扯的力,此時由於襯套會發生形變,所以右側後懸架與右側前輪之間的軸距就會增加。後輪便會順勢與前輪呈現出相反的角度,進而減小車輛過彎時的推頭屬性。
只不過,負責控制懸架角度的襯套並沒有咱們想象中那般柔軟。因此,一般被動式後輪轉向都需要到達一定速度後,也就是側向力足夠大時才可以生效。比如採用被動式後輪轉向的富康,就只有當時速超過60km/h時,後輪才能與前輪呈現出相反的角度。所以相比起主動式後輪轉向來說,被動式並不能改善車輛低速時的最小轉彎半徑。
既然後輪轉向能夠大幅度降低車輛掉頭時的轉彎半徑,還可以增加車輛的操控穩定性,那麼這項已經誕生了30多年的技術為何沒能像換擋撥片一樣普及到家用車上呢?其中首當其衝的問題就是貴!相比起一般車型只需要一個轉向機來說,擁有主動式後輪轉向的車型,還需要在後輪單獨安裝一套轉向機加齒輪齒條的轉向系統。而額外的零件增加,勢必會對車輛的製造成本帶來影響。
除此之外,車輛的後懸架還得從此前的固定式,改為可以旋轉的懸架系統,以此來滿足後輪轉向的需求。而滿足後輪轉向需求還有一個前提,就是得為可旋轉的後懸架增加兩個可以旋轉的支點(一個無法起到限位作用)。那此時就相當於,在後懸位置又複製了一套成本高昂的前懸系統。同時別忘了,這些多出來的零件並不是一次性消費,因為使用電控結構的主動式後輪轉向功能,在後期使用中還可能因為故障問題,導致車主用車成本的增加。至於被動式的後輪轉向系統,也同樣會因為多出來的柔性襯套導致後期維護成本的上升。
更何況,改善車輛轉彎半徑的辦法除了增加後輪轉向系統外,還可以透過將發動機縱置來為前輪留出更大的轉向角度,進而縮小轉彎半徑。所以,從宏觀的角度來審視縮小轉彎半徑這件事,就能得出以下結論:小型、緊湊型車因為車身長度尚可,所以轉彎半徑都還能接受;中型車如果成本允許,便可以透過縱置發動機,增大前輪轉角的方式來改善;而像是中大型、大型轎車,因為轉彎半徑過大,所以後輪轉向系統不是原廠標配,就是原廠提供選配(海外5系標軸都能選後輪轉向系統)。畢竟能把車做到這種尺寸的,基本也都是豪華品牌了,他們的受眾對售價和後期維護成本通常都不太敏感。
汽車作為已經發展了100多年的成熟商品,其實每款車的成本都是受車型定位以及定價嚴格限制的。所以在“夠用就好”的製造理念下,能最佳化城市內行駛靈活度,還能提升高速行駛穩定性的高成本後輪轉向系統自然就不能服務於普羅大眾,只能“淪為”小眾之選了。