两轮车的转向是一个有趣的话题,也是一个比较容易产生误区和争论的话题。
Counter Steering。港台一般称为逆操舵,一个听上去非常专业的名词。用来形容在两轮车(自行车和摩托车)上实现敏捷转向所需要的一种技巧,从它的字面含义上就能看出它与我们转弯时直觉的不同,即当你要向一侧转弯时,为了更快速的操作,你需要朝相反的方向去转一下,也就是“推把”。网上关于这种操作的文章和解释很多,也都是很正确的。写这个文章的目的是在于要怎么去看待和理解这个操作方式。个人惯例不愿意放图(尽量多用文字的表达方式来强化个人思维,不放图虽然不方便读者理解,但也可以反向通过详读文字而去多思考来加深理解,哈哈哈)。
以下是几个概要的观点:
1、你应该把它当成一种小脑层面应具备的条件反射,而不是当成一种刻意去学会的技巧或知识。
2、你也可以把它当成本来就具备的普遍操作现象,而不是多么的高大上的技巧。
3、它的高度和难度,在于在车辆、速度、道路条件的复杂性下对这个操作的精准和高效的实践。
详细的讨论
两轮车(指市面上大多的主流两轮车)与四轮车不同,它有一个非常重要的自由度:倾角。并且侧倾与转向是高度耦合的。虽然不论两轮车还是四轮车,转向时的向心力/侧向力都是由轮胎接触地面的区域提供。四轮汽车的转向,依赖于两个前轮在转向时轮胎的接触面产生了扭转滑移,于是提供了侧向力,专业点说就是轮胎的slip angle与侧向力的关系。我们不考虑四轮车在转向时的侧倾,肯定有侧倾,但是它是具有左右侧轮胎和悬挂去约束的。因此我们在开车转弯时只需要朝想转弯的方向转方向盘就行,至于汽车侧倾的影响,由悬挂以及座椅的包裹去抵抗,就不用担心的太多(我在这里略去了汽车底盘的复杂动态情况,因为它对驾驶者的影响相对两轮车来说在这里比重很小)。
来到摩托车和自行车上,当我们转动车把时,前轮也给我们提供了侧向力。但两轮车是一个倒立的摆,来自地面的侧向力也产生了不可忽略的对重心的力矩,于是相对轮胎而言,这时车辆会朝转向的反向倾斜,简单的说就是车子的重心向弯心的外侧甩,于是侧倾产生,这个侧倾的产生对于骑手是不可能忽略的。在这里我们看见了一个关联关系,转向操作和侧倾好像是存在相反的方向关系。再往简单的说,如果你只是想这样去转向,就会走一小段弯路然后朝外侧翻。
于是我们有了一个常识,而且是视频上经常看见的,为了维持转向时的稳定,整个车子和人的重心朝向弯道里侧倾斜,实现了重力的向内倾倒的力矩和向心力的向外倾倒的力矩的平衡。那么很简单,只要能实现这样的倾斜就好了对吗?我们只要把车和人朝这个方向歪一下就好了。然而问题是,骑手能简单的通过倾斜身子实现整体的倾斜吗?不能。听起来好像有悖常理,但仔细想一下,骑手和车子在一个倒立摆的内部整体中,骑手用力朝一个方向倾斜只能使车子朝反方向倾斜,而总系统的重心并没改变,也就是说一个由骑手A和车辆B组成的整体中,A对B施加的力更多只会导致AB之间相对的位置的变化,而不是产生AB组合重心的位置变化(动量守恒)。要想产生AB组合重心的变化,必须有一个C来完成。C是什么,一是重力,二是地面对轮胎的力。当车身笔直且重心位于前进路线正上方时,重力和轮胎的力没有办法产生任何能使重心倾斜的侧向力矩。重力只有在倾斜后才贡献出侧向的力矩,并且只能渐进式的建立(它一开始不导致倾斜,它只会因倾斜了而变得越来越倾斜)。于是能让重心迅速倾斜的侧向力矩最好由轮胎来贡献,那就是上一段说的前轮转向时能立刻提供的侧向力了。
接下来就是大家常说的逆操舵过程,当朝一侧转向时,为了实现稳定且迅速的操控,将车把朝反方向用力转动,使重心“外抛”到转向侧(有点像high side但不是),然后温柔的回转车把到转向的路线上,产生一个能由重力持续贡献的相对稳定的倾角,从而完成了转向操作。通过逆操舵中的几个步骤,实现了转向操作的快速响应。
有些时候缓缓的转弯,好像不需要这样做或者没有这样做。其实可能还是在初始的瞬间做了一点点这样的操作,例如通过车子缓缓的倾斜来朝一侧转弯,那缓缓的倾斜的初始状态可能就是车把的微小扰动造成。当然因为其他扰动如随着一点点侧风而做的转向就不算了。
个人理解,其实逆操舵这种动作,很多会骑自行车的人有意间和无意间都做了这样的条件反射,在一开始学骑车的时候,条件反射的建立往往不是教会的,而是一种习惯无意识的控制,甚至孩子们在骑无脚踏平衡车时都能感受到,让孩子多练练平衡车的弯道控制对他以后骑自行车甚至摩托车有很大帮助,这是带辅助轮的自行车无法给予的。有一句话很有趣:当你在紧急的时候受迫性去做出反应时,你的一些行为都是基于早期的条件反射而不是后期学习和了解到的知识去做出的。同样的,当这项技能其实是一个普遍具有的操作时,它的技术难点就在于精准的控制实践了。
再说一些题外话,延申到另外两个词汇 High side, low side:
通过轮胎的侧向力产生的“外抛”的力矩,很像是high side的过程。我现在对high side的通俗理解也是如此:弯道中后轮突然获得了抓地力,有点类似通过后轮加速提供的转向(联想以下后驱汽车的加速转向),同时轮胎也突然产生了瞬间转向角速度需要的侧向的向心力,因此也产生了一个向弯外抛的侧倾力矩,于是产生了失控,当然这也与减震等车辆参数有关。弯道中的low side则相反,轮胎从具备侧向力到失去侧向力,重力产生的倾倒力矩占据了上风,倾倒失控的方向向内,但伤害相对较小(毕竟重力的作用是渐进的)。high side 和low side 英文的解释也是失控时的失控方向是朝着倾角的高侧还是低侧趋势进行,中文上一般翻译为高抛和低翻。自行车更多存在low side的情形而极少有high side的情形出现,一是它的车轮侧的扭矩低,二是它的轮胎触点较小更容易失去抓地,而不容易突然重新获取抓地力。
以上是关于逆操舵的认识和了解,就先分享到这里了。以上是个人的一些感受和看法。