機車過彎力學
[轉彎基本力學]
機車轉彎是一種圓周運動, 前輪胎與地面的摩擦力可以看成拉著機車轉的無形的繩子, 因此, 我們可以利用離心力與速度的關係來窺知其力學現象.
面對機車, 圖中黑點是重心, 十字原點是輪胎與地面接觸點.
V = 車速
M = 人加車的質量
R = 迴轉半徑, 也就是轉彎的路線囉
G = 重力加速度(定值)
A = 重心與地面的夾角, 也就是 90度 減 壓車的傾角 的值
f = 輪胎摩擦系數
r = 輪胎到重心的距離
力學標記 :
W = M x G 重力, 就是你和車加起來的重量.
C = M x V平方/R 就是離心力
F = N x f 輪胎的摩擦力
N = 地面對機車的反作用力.
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力平衡公式 :
機車沒有滑倒的狀況下,各方向的總力要等於零.
N = W
F = C
所以, M x G x f = M x V平方/R
=> f = V平方/(R x G) -------------- 結式A
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力矩平衡公式
機車沒有轉倒的狀況下,各方向的總力矩要等於零.
w X Cos(A) = C x Sin(A)
=> Tan(A) = (R x G)/V平方 --------- 結式B
[轉彎原理]
由以上兩個結式可得 :
1. 不考慮側風吹的情況下, 車子重量與人的重量和車子過彎穩不穩完全無關.
=> 太肥不是摔車的藉口.
2. 轉彎半徑越小(就是越彎的路線), 或速度越高, 則輪胎的摩擦系數要越高才不會滑倒...
=> 這是買好輪胎的好理由.
3. 速度快一點點, 輪胎摩擦力要好更多更多才行.也就是說, 時速140時, 輪胎抓地能力要兩倍才能達到和時速100的同樣穩定度
=> 騎車要慢呀, 要不然你得練就羅西的動力滑胎技.
4. 當遇到人孔蓋, 油污, 或是標線而滑胎時, 產生的現象是F變小.C力大於F力的結果是車子會往彎道外側平移, 也就是所謂滑胎現象. 平移只會把車子平平的滑動, 並且稍微改變行進的方向(看是滑前輪或是後輪), 但不會讓車子轉倒. 因為車子的滑動而驚慌搖動重心, 或是騎姿不良有壓重量在前輪, 滑前輪導致重心下降, 或是驚慌收油門, 導致W大於C, 才是 low side 轉倒的主因.
=> 好車手善用滑胎過彎, 人孔, 標線, 油污 不是轉倒的藉口.
5. 過同一個彎, 速度越快, 傾角要壓越深(A越小), 才不會轉不過去翻車.
=> 以結式B計算列表 :
一般20R的彎 :
時速30km/h時, 重心與地面夾角70.5度就可以囉
時速40km/h時, 重心與地面夾角要57.8度
時速50km/h時, 重心與地面夾角要45.45度, 幾乎是斜一半了.
時速60km/h時, 重心與地面夾角要35.2度, 會有恐怖的感覺了.
時速70km/h時, 重心與地面夾角要27.4度, 若是同傾的話, 腳張開此時有機會磨膝了.
時速94km/h時, 重心與地面夾角要16度, 若是同傾的話,這時車子已經磨到轉倒球了.
30R的彎道過彎時速可以高到115km/h.稱為高速彎.
6. 機車的結構不能傾到零度, 就算是傾角最深的機車, 在16到25度左右, 車子的輪胎就已經吃不到地面了, 吃滿胎之後再斜就是磨擦力驟降, 也就是滑倒. 在轉彎速度加快的情況下, 例如20R彎道要到時速120的轉彎速度, 為了讓重心傾倒更多, 但是輪胎不要滿胎, 唯一的辦法就是把身體掛到彎道內, 這樣雖然重心傾角可能已經低到與地面十度, 但是車子可能只斜20度, 就不會吃滿胎或是吃不到胎面了. 這就是GP賽車的內掛原理.
7. 這也就是為什麼一般人入彎都要減速到40km/h或以下.這是講真正的轉彎速度. 一般人因為轉彎要專心, 所以只會記得入彎煞車的速度, 所以如果你注意到入彎前的速度是70km/h, 其實你真正在迴旋的那時候可能時速只有40km/h.
- 以減速到底仍有50km/h以上速度入彎, 若你還不傾斜車身到自己覺得開始有點怕的斜度, 那就會轉不過去囉.
8. 賽車是怎麼做到那麼高速過彎的?
- 賽車手是以時速70~120之間過20R的彎道的, 傾角是內掛做出來的, 車子可能只與地面傾16~20度, 但是重心傾角可能十度附近了, 所以都會磨膝. 因為16度到35度角度差異不大, 所以賽車手的膝蓋要練就成精密的量角器, 才能準確探知在目前的速度下, 是斜得是否過火或不夠. 這就是技術.
9. 不磨膝也能高速過彎嗎?
- 可以的. 以一般市售仿賽騎乘, 熟練的車手可以在膝蓋完全碰不到地的情況下創造單圈最高紀錄. 磨膝是為了測傾角, 但是不磨膝而測得傾角也是可以的.
10. 轉彎速度與整體速度的關係.
- 彎道的重點是能夠在入彎前以最短的時間煞到入彎速度, 而在最短的時間脫離轉彎狀態加速出彎. 並不是 "轉彎的速度".
- 舉例來說, 一個彎道, 真正的轉彎的距離可能只有二十公尺到幾十公尺. 以彎道的轉彎長度四十公尺的大彎為例, 70過彎與90過彎只差0.46秒, 但是為什麼會騎的人過一個彎道就可以海放別人到看不見呢?
=> 原因就是, 人家入彎前減速比你快, 還有人家早早就大開油門出彎了, 而你已經可以拉正車身大開油門卻還在沉迷於傾倒的轉彎爽感. 這才是人家贏你五六秒的地方.
=> 這也是在道路上騎乘, 不磨膝的常常比磨膝的騎得快的奧義. 因為道路不是賽車, 不差那0.46秒, 反而傾少一點, 靈活一點, 能夠更放心更快地大開油門出彎贏你五六秒.
[轉彎的原則]
1. 要高速過彎先要有個好輪胎, 否則還沒到轉彎傾角, 車就滑走囉.
2. 過彎有物理原理限制, 所以過彎要快重點不在彎道速度多快, 而是如何在入彎前把速度一下子減下來, 還有最重要的是, 如何盡快拉直車身加速出彎.
3. 減速不夠就得把車壓到很斜才行, 怕死不敢壓車反而真的會死.
4. 高速過彎時, 寧願壓車壓太斜滑出(low side), 也不要壓不夠而臨時煞車以致翻車或直接撞牆洗溝(high side). 因為low side是車先人走, 所以人只會擦傷, 但是high side是人在車前, 不是先撞到來車或是山壁, 就是被自己的車追撞砸死.
5. 轉彎過程若失神, 結果速度太慢, 而且路線靠外側, 請勿再壓車, 因為之前講過, 減速幫助轉彎, 傾角也幫助轉彎, 你已經太慢, 那用力傾下去就直接是摔車了. 正確的做法是 :
A. 維持速度但是小傾一下, 因為速度慢離心力小, 就會很快彎過去了
B. 或是像高速一樣傾角但是要先加油門加速.
但千萬別AB都做, 低速的情況下又傾很多, 那就太過了, 會摔很快低.
請依上面原理, 類推太高速但偏外, 高速偏內, 或是低速偏內等各狀況處理方式. |
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