被大雨困住、心痒难耐的你，不妨看一下这篇 James Hughes 写的卡丁干货（老王翻译，品质保障），让你在物理上更加了解卡丁车。
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卡丁车转向，物理力和设定的理论与实践
——James Hughes
（了解卡丁车的机械知识，我们就知道改变它的哪些设置会带来哪些变化）
车手们通常在询问底盘和转向设定的问题时，会获得简单的答案，比如改变一些设置或使用其他方法，用来增加／减少抓地力。但很少会得到针对这些变化的物理原理的解释。我希望在这篇文章中解释涉及驾驶卡丁车运动的物理因素，随着这些因素变化产生怎样的影响，以及对改变现有设置各种参数的跟踪。
虽然卡丁车看起来似乎是相当简单的装置，相比较而言，用汽车来解释这方面内容可能是一个更难的题目。这两种车辆有许多共同之处，但有两个主要的区别，卡丁车没有差速器，也没有任何悬挂部件。
获得卡丁车的一些机械知识对我们会有很大帮助，我们会知道当我们改变了一些设置会发生什么，这会显著减少赛道测试时间和费用以及风险。
转向几何学
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当转动方向盘时，转向几何可以被视为前轮的运动和位移。这个运动相当复杂，涉及许多不同的设定。有一个共识——当我们转向时我们必须抬起内侧车轮，这也是我们需要进行复杂的几何分析的原因。
内侧车轮抬起过弯的方式让我们可以在没有差速器的情况下让卡丁车顺利进弯。
因为没有差速器，卡丁车自然向前的行进方向，是很难改变的。转弯时后轮的内侧和外侧车轮的转向半径是不同的。内侧轮子实际上比外侧行驶的距离短，因此需要在转向时少转几圈。然而，这两个后轮是由一个固定的车轴连接，因此必须一起运动，所以为了转向，其中一个车轮需要在赛道表面打滑。在汽车上，差速器会让车轮以不同的速度转动，车轮则不会有打滑的现象。
如果缺少了这个内侧车轮打滑的动作，你很难让一个稳定的卡丁车去转向。你必须克服一个轮胎的抓地力，这会耗费额外多的能量，尤其是使用光头胎的情况下。
这就是提升的内轮的原因，它在弯道中有效地将卡丁车变为三轮车！转向几何使内侧后轮在转弯时抬离地面，这意味着这个车轮可以比在抓地时转动的更快。后内车轮瞬间不接触赛道，因此我们不再需要克服从这个轮胎而来的抓地力，便于转向。
事实上，我们可以容忍一些磨胎的现象，这取决于引擎的动力。小马力的卡丁车可能克服不了抓地力，也很难在进弯中抬起内后轮，大马力的车会很好改善这个状况。无论如何，在车辆进弯时任何磨胎现象都会导致转向不足，所以尽管你的引擎有很大马力，此时仍然需要做到完全的抬起内侧后轮来保证合适的操控。
然而，我们还没有解释前轮几何原理会怎样影响后轮的抬升，为了做到这一点，让我们定义几个术语。
轮胎倾角：这是前轮相对另一个前轮向内倾斜（或向外）的角度。倾角0度的设定意味着两个轮胎水平放置在赛道上。在赛道驾驶中最大限度地提高轮胎橡胶的使用面积是一台卡丁车倾角设定的目的。
主销后倾角：该角度为短轴（stubaxle）围绕旋转的主销向后倾斜所形成的角度。这是在弯道中引导轮胎升起的最重要的一个设定。
图一
前束：这是两个前轮要么指向对方，要么彼此远离的角度。就像一个人走路内八字或者外八字。零度前束意味着这对车轮是平行的。前束是通过改变转向拉杆的长度进行调节。
图二
磨胎半径：这是轮胎接地中心与主销位于地面上投影的距离。在转向时其与主销后倾一同作用使轮胎抬起。磨胎半径通过更换短轴（stubaxle）上的垫片进行调节。
主销内倾：此为主销向内倾斜的角度，其与主销后倾一同在转向时改变轮胎的外倾角。主销内倾通常并不能（或没必要）进行调节，尽管在有些悬架系统上调节轮胎倾角时会涉及。
阿克曼转向：利用短轴（stub axle）拉杆的角度（通常在转向杆上有用来调节的偏置孔）来形成阿克曼转向几何以在转向时使内侧车轮比外侧车轮转过更大的角度。对于普通的汽车来说通常使用这一方式来减少转向时的轮胎磨损，但对于卡丁车来说则通过这一方式在转向时获得更大的抬升效应（制造更多oversteer）。
图三
为了帮助解释卡丁车前部的几何形状如何影响内后轮，让我们假设底盘是完全刚性的，它非常僵硬以至于在任何方向上都不可能弯曲。这个假设让我们更容易理解。实际上卡丁车底盘不是这样僵硬的，他们在一些范围内是有灵活度弹性的。然而，在众多的底盘部件上，不同的刚性也就造成了不同的影响，关于这方面的探讨超出了本文的范围。
当我们转弯时，转向几何（主要是主销后倾与磨胎半径的作用）导致内侧轮胎相对底盘下移而外侧轮胎升高。当这样的情况发生时，由于我们的底盘是刚性的，所以底盘会以内前轮与外后轮的连线作为轴线侧倾，从而导致内侧后轮被抬起。
好的，我们已经解释了前轮几何部件如何在弯道中抬升内后轮。其实同时又会有一些其他的力参与了进来，这个我们下次再说。
卡丁车的力
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在加速/减速期间，卡丁车的力是最明显的。是由轮胎施加动力在赛道上产生的，无论是向前或向后，制动或加速。
要记住这个力是和赛道在一个平面上的，低于卡丁车的重心。为此，对于整个卡丁车施加了一个转向扭矩。在加速时这个扭矩引起重量转移到卡丁车的后部，在制动时造成重量转移到卡丁车的前面。这里没有任何实际质量的运动，但扭矩的力量有效的造成卡丁车的合适部位紧紧的贴附在赛道上。如果我们知道从车辆重心到后轮的距离和加速度，就可以计算出重量转移的量，但这超出了本文的范围。图4显示了旋转扭矩，同时加速。
图四
在弯中车手感觉正在被推往外侧。这实际上是错误的，他不是被抛出，只是他还在试图做刚才的直线运动。卡丁车的轮胎通过抓地制造了一个有角度的加速力迫使车辆转弯。车手感觉是有角度的加速力。通过地面给予的这个转向力被称为向心力，而且好像这个力对应的是我们正在通过的这个弯道的圆心。非常重要请记住根本没有什么离心力！
在图5中，我们看到，向心力被分为两个部分，垂直和水平。我们刚才描述的水平力，但垂直力可被视为在弯道中向前加速情况下的等效情况。由于向心力作用于卡丁车，这造成加速，又一次的，这个力施加在地面上。因此一个力矩效应再次产生，但这次是在卡丁车上，我们得到一个重量转移到卡丁车外侧（垂直分量Y）。这种重量转移也有助于内部车轮抬升，重量转移在一定程度上减少了内轮的重量。这个力量并没有显示在图上，但是很显然它施加在内侧后轮的相反的方向。事实上，一旦转向开始，重量转移造成抬升内后车轮的效果比转向几何部件更重要。
图五
两个后轮之间的距离是如何影响向心力在水平和垂直分布的。在图中，F1是向心力分布在一个宽轮距的情况，F2是一个窄轮距。对于Y分量，X1大于X2，所以当轮距增加时，向心力在侧向抓地力上的分量与载荷侧向转移的分量比例会更多一些。这意味着更宽的轮距会对外侧后轮造成更少的重量转移，而增加了侧向抓地力。一个窄轮距增加了重量转移并减少了侧向抓地力。因此窄的轮距在同一个弯道中的抓地力极限肯定是比宽轮距要低。所以，使用越抓地的轮胎，越宽的轮距可以获得更大的抓地力。
当在弯道加速时围绕着垂直轴会有一个扭矩。普遍认识卡丁车在弯道刹车时会造成转向不足，（卡丁车试图继续走直线），当在弯道中加速时可以改善转向不足。这一点似乎是违反直觉的，因为通常在加速时有重量转移到后轮，你会试图让内侧后轮回到赛道上。然而，这个扭矩造成的围绕垂直轴的重量转移被减弱，因为只有一个后轮在赛道上有抓地力，而且这个轮是从卡丁车的惯性中心偏移的状态。
图六
这个轮子越贴近车辆的重心，在转向时卡丁车就越需要去克服轮胎的抓地力。这也造成了------加速时转向过度，刹车时转向不足。
处理问题——症状和治疗
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开始时转向不足，然后一个突然的抓地力把你带进弯中，并且还很可能让你随即发生转向过度。
这通常是内侧车轮抬升不足，导致最初的转向不足。就像当汽车开始转向，重量转移通过向心力引起转矩对底盘内侧后部的抬升。不幸的是，你现在打了这么多方向试图开始转向，一旦内侧后轮抬升，前轮会突然转向的如此之快，造成了很多的转向过度是通常的结果。
这常常被误认为是缺乏后轮抓地力，因为最后的感觉是转向过度。但事实上恰恰相反，罪魁祸首就是内侧后轮有了太多的抓地力。
我们可以使用转向几何来解决这个问题。正如我们所示，增加主销后倾角使内侧前轮先下降，从而增加内侧后轮的抬升。此外，向外侧移动前轮（增加磨胎半径）会有很好的效果，具有相同的结果。此外，还可以增加阿克曼效应，使内侧轮转向多一点。
转向过度：
当我们打轮转向时，卡丁车立刻迅速改变方向，尾部抓地完全脱离，结果发生了打转，或向后滑去。
这是没有足够的后部抓地力导致的。当开始转向时，内侧后轮抬升，但是外侧后轮没有足够的抓地力用以对付额外产生的侧向力，然后就打滑。所以我们可能是进弯太快，侧向力战胜了轮胎的抓地力，或者说轮胎提供不了需要的抓地水平。
如果内侧后轮提升太久，这可能会导致抓地力问题，因为轮胎是在一个较大的角度上。卡丁车轮胎在处理大角度时表现不是那么好（不同于公路或赛车轮胎能够在一个更大的程度上做出扭曲因为有更大的扁平比），这会降低抓地力。降低主销后倾角可以降低最初的抬升，但是也会造成入弯困难。由于作用在卡丁车上的向心力作用比主销后倾角的设定作用更优先，所以这可能会产生一个底盘问题。车架太大的灵活性会让后部在赛道上滑动太多。把后轮毂往外延伸可以改善这种状况，因为一个宽的轮距会让向心力抬升内侧后车轮变的困难，这时就可以缩短间距从而调整入弯后轮抬升的效果。
如果后部的抓地力还是很容易在刹车或者加速时被破坏，那么很可能是因为我们的后轮分的太开了，这样在速度的变化下会增加转动扭矩。既然这种调校在雨天中使用很多，我们会在下一段中讲述。
也有可能我们的胎压不对，或者轮胎没有在正常的工作温度下提供不了合适的抓地力。胎压也是一个神秘的科学还不能在这里曝光，所以最好的方式是尝试不同的胎压选择，会找出最合适的。
雨天：
这就是事情变得更复杂的地方。最终的目的是一样的，但由于各种变化的因素，所以在雨天会有一些改变，我们进弯会慢很多，而且我们不能着急加速，或重刹车，因为抓地力水平很低。
更低的弯道速度意味着我们不能在弯道获得干地那样的向心力，所以内侧后轮很可能不能正确的抬升。把前轮向外侧移动利用主销后倾角设定强调扭转效应，改善进弯过程。前部几何机构的设定在雨天相比较干地而言会产生比利用向心力更显著的效果。
因为我们仍然有相同的马力功率可用，在低抓地力条件下利用功率所造成的旋转扭矩用以突破抓地力很容易，会导致快速旋转。移动后轮减少这一扭矩，所以更多的马力可以被应用而不是破坏后部的抓地力。有些人会向内移动臀部认为这样可以增加抓地力。这不是完全正确的，抓地力水平保持不变，但马力的确可以更有效的被底盘应用，给予前进的加速力，而不是作为旋转扭矩导致失控打转。
其他的问题：
你肯定会碰到很多其他的问题包括操控上，但是这里没有更多的篇幅去说它们了。希望这些信息可以解决您的问题，知其然也知其所以然。
总结
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正如你所理解的，我们描述了一套最佳的卡丁车几何部件设定和轮胎状态设定。
轮胎抓地力水平会根据赛道 天气 或者赛车制造商的突发奇想的搭配而变化，一些赛道会有一些大半径的弯角，还有些赛道会非常弯曲。我们需要做的是找到一个中性的设定可以覆盖赛道的各种因素。比如，在一条低抓地力的赛道上（或者是在寒冷的天气）我们可以增加主销后倾角来改善入弯状态。在非常冷的天气我们可能会增加前束的角度，强迫轮胎发生磨胎，这样热胎会很快达到抓地力水平。当然，这会造成其他的操控问题，需要去克服。
最重要的是确保内侧后轮在弯道中尽量抬升不要提供抓地力，这样既可以改善操控也可以降低轮胎磨损，还可以不让动力损失。在弯道中保持提升速度，并且保证一个可控的操控是非常重要的。
然而，我们也通过上文的解释看到了改变一个设定会影响很多其他方面。比如，改变后轮的轮距会影响重量荷载转移，在弯道中加速或刹车也会影响旋转扭矩。设定好一台卡丁车，改善一些方面，合理的赛道时间，用好这些知识，圈速可以被显著提高。
James Hughes的文章就写到这里，你有没有对卡丁车多一些了解呢？
