【NPC】Camber, Caster and Toe

04-19

在本期的 No Practicality Considered 中，我們簡單聊一下 camber（外傾角）、caster（主銷傾角）和 toe（前束角），他們對車輛操控的影響，以及背後的原理。

懸架幾何的調校是一個系統的工程，其中的原理和方法不是一篇專欄文章就能說清楚的；並且，更深入的理論，我也並不了解。但是，就新手應付賽道日而言，因為只涉及比較簡單的調整，所以可以在這篇文章中簡單說明一下。

上面這張圖片就是我的 MX-5 Miata 懸架調整的數據。可以看到我將 camber 從 0 調整到了 -1.6° 左右，caster 從 7° 降低至 5.2-5.4°，而 toe 基本保持為 0。個人認為這是應對偶爾下賽道的工況，比較均衡的一組數據。

Flyin Miata（https://www.flyinmiata.com/tech/alignment.php）給出的數據建議 ND 採用 -1.8° camber, 8° caster, & 1/16" toe-in。但是這裡面有兩個問題。首先原廠懸架完全達到這組數據有一定困難（下面詳細介紹），另外這組數據比較適合每年 5-6 次賽道日的工況，而我的計劃僅為 3-4 次，所以相應採取了稍微家用化一些的數據。

好了下面詳細介紹每一項內容。

Camber 是指在上圖所示的平面中，車輪中心線與豎直線的夾角。為了達到均衡的輪胎磨損，大部分家用車都採用的 camber 都在 0 左右。但是，適當的負 camber 有助於提升車輛在彎道中的性能，這主要是通過兩種途徑來實現的。

首先，當車輪處於負 camber 狀態下時，車輪與地面之間的接觸力不再是均衡分布的，而是內側受力大，外側受力小。而當車輛處於彎道中時，由於離心力這一假想的慣性力的作用，車身有將外側輪胎向外推的傾向，這就導致輪胎外側受力變大，最終與靜止狀態下不均衡的受力相平衡，達到均衡的受力分布，從而改善過彎時的操控和彎道對輪胎的消耗，如上圖所示。

另外，在彎道中，由於車身的側傾，車輪不再與地面保持互相垂直的幾何關係，而是會向彎道外側傾斜，這將導致輪胎與地面之間的接觸面積（contact patch）減小。負傾角相當於在靜止狀態下增加了一個外側輪胎向內的傾斜，因此在彎道中可以抵消車身側傾帶來的影響，保持盡量大的接觸面積，從而提供更好的抓地力。

但是，camber 並不是越大越好的。首先，過大的 camber 會減少直線上的接觸面積，從而降低車身在直線上的穩定性，甚至過於激進的負 camber 在彎道中也沒辦法完全補償回來。其次，負 camber 會增大日常駕駛中輪胎的磨損，所以對於我這種買菜為主兼顧賽道的用途，不適用過於激進的 camber。

Caster 是指在上圖所示的平面中，主銷的連線與豎直線的夾角。caster 最直觀的反映就是車輪的回正。caster 越高，回正力量越大，轉向越重，直線穩定性越好。因此，人們普遍希望更大的 caster 值。並且，在彎道中，正 caster 會一定程度上轉化為外側輪胎的負 camber，即 tire lean，因此對提升彎道的操控也有積極作用。但是，在不改變車身高度的前提下，caster 和 camber 是互相影響的。ND Miata 的原廠懸架，在不影響 caster 的情況下，camber 大概可以打到 -1.0°~-1.2° 左右，在此基礎上增加 camber 就要以犧牲 caster 為代價。很多人認為，如果不希望影響到操控和手感，caster 的下限在 5° 左右，在此基礎上繼續犧牲 caster 來追求 camber 就得不償失了。

Toe 是指在上圖所示的平面中，兩車輪之間形成的夾角。對於前後輪，車輪前方距離比後方小為 toe-in。在 toe-in 的作用下，在直線上車輪之間會形成互相對抗的力，從而增大直線的穩定性。而在 toe-out 的作用下，由於順應了轉向時內側輪胎轉向半徑小於外側輪胎的本性，因此 toe-out 可以增加轉向的靈活性。但是任何一種 toe 都會顯著增加輪胎的磨損，並且 toe-out 如果調節不慎可能會使車輛對路面的反饋過於靈敏，從而影響操控。

後驅車常在後輪採用輕微的 toe-in，這是因為對後輪磨損最為嚴重的在加速工況下，懸架的壓縮會將這部分 toe-in 抵消掉，從而減少輪胎的磨損。同理，前驅車常在前輪採取輕微的 toe-out。不過，僅就賽道日而言，大部分車輛原廠的調教就可以使用。