摩托車操縱穩(wěn)定性以及表現(xiàn)形式

劉忠偉

摘 要：摩托車的動(dòng)態(tài)特性采用操縱性（maneuverability）、操控性（handling）和穩(wěn)定性（stability）等術(shù)語(yǔ)進(jìn)行描述。操縱性利操控性這兩個(gè)名詞用于描述摩托車執(zhí)行復(fù)雜操縱的能力;以及從駕駛員的角度衡量，對(duì)摩托車實(shí)施操作指令的難易程度。另一方面，穩(wěn)定性這個(gè)名詞，則指摩托車對(duì)諸如不平坦路面或陣風(fēng)風(fēng)力所引起的外部擾動(dòng)的響應(yīng)，是指摩托車在外部因素干擾下保持平衡的能力。

關(guān)鍵詞： 操縱性;穩(wěn)定性;平衡能力

1 ?操縱穩(wěn)定性定義

操縱穩(wěn)定性簡(jiǎn)稱操安性，綜合表達(dá)“操縱性”和“穩(wěn)定性”這兩種不同的性能。實(shí)際上，摩托車的動(dòng)態(tài)表現(xiàn)中這兩種性能具有錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系，對(duì)整車的操縱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)產(chǎn)生影響。那么，操縱性和穩(wěn)定性究竟是什么呢？

操縱性是摩托車對(duì)駕駛員轉(zhuǎn)向操作意圖的響應(yīng)性能、車輛本身具有的轉(zhuǎn)向特性的統(tǒng)稱，通常用“容易駕馭程度”、“騎乘感”、“運(yùn)動(dòng)特性”等來(lái)表現(xiàn)。操縱性屬于相對(duì)評(píng)價(jià)的性能，性能要求因車型、概念而異，在這種意義上對(duì)性能要求而言可以說(shuō)是足夠即可的條件。

穩(wěn)定性是指遭受突發(fā)性外界干擾的影響、發(fā)生搖擺等自激振動(dòng)、以及收斂的難易程度。也可以說(shuō)是保持穩(wěn)定行駛能力的強(qiáng)弱程度，作為性能要求的必要條件，與車型、概念無(wú)關(guān)，是用絕對(duì)值來(lái)評(píng)價(jià)的性能。車輛制造只有保證了穩(wěn)定性，方能評(píng)價(jià)操縱性。

2 ?操縱性的分類

操縱性可分為車輛被動(dòng)型和車輛主動(dòng)型兩個(gè)部分。車輛被動(dòng)型是指車輛對(duì)駕駛員的輸入忠實(shí)反應(yīng)的特性，比如“響應(yīng)性”、“轉(zhuǎn)彎性”、“轉(zhuǎn)向操作輕重”等。車輛主動(dòng)型是指車輛為保持平衡對(duì)駕駛員要求的特性，“車把轉(zhuǎn)動(dòng)角度自行增大”、“側(cè)傾角自行增大”等就相當(dāng)于這種特性。

那么，如何將摩托車的操安性逐步提高到符合企劃目標(biāo)并保證合理的穩(wěn)定性是摩托車的設(shè)計(jì)部門的重要課題。除了一部分負(fù)載狀態(tài)下的穩(wěn)定性之外，總體布置（L/O）（圖1）階段就基本能夠確保穩(wěn)定性已經(jīng)成為理所當(dāng)然的事情。取而代之，如何實(shí)現(xiàn)符合車型概念的操縱性成為課題，逐步開(kāi)始要求選定總體布置時(shí)，能夠高精度預(yù)測(cè)出目標(biāo)操縱性。

3 ?操縱穩(wěn)定性的表現(xiàn)形式

3.1側(cè)傾、縱傾、橫擺

如圖2所示，通過(guò)摩托車重心的前后軸為X軸，橫軸為Y，垂直軸為Z軸。圍繞X軸的運(yùn)動(dòng)為側(cè)傾，圍繞Y軸的為縱傾，圍繞Z軸的為橫擺。

3.2抖動(dòng)

高速行駛時(shí)發(fā)生的車體擺動(dòng)，有時(shí)為相對(duì)比較快、比較敏銳的擺動(dòng)。轉(zhuǎn)向也會(huì)擺動(dòng)，但振動(dòng)源始終為摩托車后部周圍的橫擺和側(cè)傾結(jié)合在一起的運(yùn)動(dòng)。這會(huì)導(dǎo)致行進(jìn)線路發(fā)生紊亂。直行和回轉(zhuǎn)時(shí)都會(huì)發(fā)生，但是出彎時(shí)發(fā)生的較多。從輪胎的受力來(lái)看，橫向力量相對(duì)于離心力發(fā)生失衡，前后方向的共振狀態(tài)。輪胎、定位、減震、分布荷重的影響較大，車架剛性不良的影響較多。

抖動(dòng)經(jīng)常表現(xiàn)在車體上下（前后）方向的振動(dòng)，駕駛員通過(guò)車把最能感受到的一種現(xiàn)象;主要發(fā)生在車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，對(duì)摩托車速度和側(cè)傾角的依賴性比較大，振動(dòng)頻率多為11Hz（次/秒），該現(xiàn)象發(fā)生時(shí)的輸出較小，程度沒(méi)有超過(guò)駕駛員的可控范圍，但會(huì)妨礙車輛的控制性。

3.3搖擺（weave）

搖擺是指車體以及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在某個(gè)相位出現(xiàn)的周期性振動(dòng)現(xiàn)象，與抖動(dòng)相同，例如摩托車后部周圍的橫擺和側(cè)傾結(jié)合在一起的運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)頻率為1～3Hz相對(duì)比較緩慢的擺動(dòng)。普通路況直行或者穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)彎時(shí)，以及高速道路的緩彎上容易顯現(xiàn)，行進(jìn)路線不易確定;其中轉(zhuǎn)彎過(guò)程中的搖擺也被成為車位顛簸（tail walking）.此外，有時(shí)也會(huì)將搖擺表達(dá)為抖動(dòng)。另外一個(gè)特點(diǎn)，搖擺對(duì)速度的依存性大，有時(shí)會(huì)在告訴（大概在140km/h以上）下顯現(xiàn)，振動(dòng)狀況因轉(zhuǎn)彎半徑和車速而異。

3.4車把擺動(dòng)（shimmy）

車體及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的振動(dòng)現(xiàn)象，與搖擺相比，車體振幅小，車把振幅大抖動(dòng)、搖擺是來(lái)自摩托車后部的擺動(dòng)，而車把擺動(dòng)是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)左右方向的小擺動(dòng)。一般發(fā)生在100km/h以下，有速度依存性;收油門滑行時(shí)容易發(fā)生，振動(dòng)頻率為3～5Hz。通常在駕駛員的手和身體的衰減性會(huì)穩(wěn)定下來(lái)。100～120km/h直行時(shí)出現(xiàn)的車把敏銳的擺動(dòng)有時(shí)也稱為車把擺動(dòng)，這種情況下，前者為低速車把擺動(dòng)，后者為高速車把擺動(dòng)，以便區(qū)別。

3.5卡胎

卡胎是指橫穿縱向溝槽時(shí)，輪胎上的溝槽與路面上的溝槽之間發(fā)生卡滯，失穩(wěn)形成的瞬間擺動(dòng)，對(duì)道路環(huán)境的依賴性較強(qiáng)。

3.6反沖

原本是指越野車連續(xù)通過(guò)溝槽時(shí)，減震過(guò)阻尼導(dǎo)致壓縮蓄積，然后一鼓作氣回彈的現(xiàn)象。突然從路面踢回來(lái)的意思。另外就是由于路面不平或者側(cè)偏力出現(xiàn)明顯滯后時(shí)發(fā)生的轉(zhuǎn)向的敏銳的擺動(dòng)。猶如轉(zhuǎn)向從路面被突然踢回來(lái)一樣的沖擊傳導(dǎo)現(xiàn)象也使用該詞語(yǔ)來(lái)表達(dá)。它是一種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為主體的振動(dòng)，但并非車輛的自激振動(dòng)，而是外部輸入引發(fā)的現(xiàn)象，直行和轉(zhuǎn)彎都可能出現(xiàn)。對(duì)速度有依存性，高速下容易出現(xiàn)，現(xiàn)象發(fā)生時(shí)的輸出較大，有時(shí)會(huì)超出駕駛員的可控范圍。

3.7震顫

前輪胎的小幅度彈跳振動(dòng)。呈斷續(xù)失去抓地力的狀態(tài)。原因大多出自輪胎、減震、底盤剛性。以前是賽車特有的問(wèn)題，但隨著高抓地力輪胎的出現(xiàn)，街車也有發(fā)生。

3.8車把失控

轉(zhuǎn)彎過(guò)程中，前輪胎的內(nèi)向性與復(fù)原力失去平衡，突然車把轉(zhuǎn)到極限的現(xiàn)象。但是，在表達(dá)通常的內(nèi)向性范圍內(nèi)不會(huì)使用此術(shù)語(yǔ)。

像每個(gè)人所了解的那樣，運(yùn)動(dòng)中的摩托車，即便車輪進(jìn)行了良好的平衡，其前后端仍會(huì)繞轉(zhuǎn)向軸振動(dòng)。通過(guò)試驗(yàn)易于觀察到這樣的現(xiàn)象，例如：對(duì)于一臺(tái)以相當(dāng)高的車速行駛的摩托車，逐漸降低其車速的過(guò)程。當(dāng)車速到達(dá)某一車速時(shí)，可以觀察到摩托車的振動(dòng)，特別是當(dāng)前輪不平衡時(shí)。振動(dòng)達(dá)到其最大量級(jí)后，隨著車速的下降逐步降低，直至完全消失。在通過(guò)一個(gè)橫向的障礙或駕駛員軀體的脈沖運(yùn)動(dòng)（例如突然移動(dòng)）對(duì)后車架產(chǎn)生激勵(lì)時(shí)，均可觀察到后端的振動(dòng)。低速時(shí)，也易觀察到：無(wú)論駕駛員如何操控，摩托車總有向一側(cè)側(cè)翻的傾向。從這些摩托車動(dòng)態(tài)的試驗(yàn)中可觀察出另外兩個(gè)模式：傾覆和擺顫。