用微積分的方法過彎,超越0.01秒還要多努力?
如果你是理科生,相信一定對高數的微積分了(shen)如(wu)指(tong)掌(jue)。相信絕大多數人在大學畢業之後,就徹底和微積分說再見了。可如果你立志於賽車或者去賽道玩耍一下,我建議你還是重新拾回微積分的思想,賽車是一門技術,也是一門科學。
只要你會踩油門,在直線就能和職業車手一樣快。此話不是百分百準確,可代表了一個真理:賽車比的是彎道速度。按照廣義的範圍,一個完整的彎道是從在直道踩下剎車的那刻開始,到出彎踩下100%油門那刻結束,包含了一部分直道和整個彎道。車手需要做的就是三件事剎車、轉向、加速,並且在這三個環節都發揮出輪胎100%的抓地力。
那麼在紙上寫寫畫畫的微積分和開賽車有什麼關係?我們就按照數學極限的思維,把彎道劃分成若干段逐一分析。
第一階段是直道剎車,如果賽車的減速度保持不變,我們只要練習掌握踩剎車的力度,然後穩住不動即可。現實可不這麼理想,賽車在高速狀態因為空氣阻力和下壓力雙重幫助,輪胎抓地力要比低速時高。高速狀態可以很大力踩剎車,隨著速度逐漸降低,輪胎抓地力極限降低。如果你注意看賽車直播,會發現幾乎沒有賽車在高速狀態輪胎抱死,一般都是在即將轉彎速度很低的時候才會抱死冒煙。
還記得微積分嗎?我們可以把剎車距離劃分成若干段,每一段的最大剎車力度會逐漸降低。沒有練習過的普通人也許可以掌握3-5檔力度,熟練車手能掌握10-20擋,頂級車手掌握多少檔?抱歉,編者還沒機會仔細請教那麼高階的人。把剎車過程切的越細,越能發揮100%的輪胎抓地力、縮短剎車距離,換而言之,就是減少時間。
過彎的第二階段,就是抵達入彎點開始轉向,到方向轉至最大值、開始踩油門結束。在聊聊這段時間你該做什麼之前,先引入一個摩擦圓的概念。除了方程式那些空氣下壓力特別高的車之外,一般車輛的縱向和橫向極限加速度大約是1G(一個重力加速度),如果繪製賽車過彎實時的G值,都集中在這個半徑1G的圓里。超出極限的話,就出現輪胎抱死、側滑等失控情況。
以上圖片來自《going faster》
駕校可能教你轉彎的時候鬆開剎車、打方向,賽車技術里必學的科目是一邊剎車一邊轉向,第一個好處是縮短直路的剎車距離,更高階還可以利用剎車調整車身姿態。為了不突破摩擦圓的極限,剎車力度需要隨著轉向角增加而減少。利用數學思維,這個過程也可以切成若干段,手和腳的動作細膩程度,代表了你能切的有多細。
第三個階段是踩下油門加速、往回打方向,到踩下100%、方向完全回正結束。小馬力車因為動力不足,只要走線準確就可以通過彎心之後全力踩下油門。大馬力車型就需要細膩控制油門和方向,保證車輛G值在極限圓之內。
以上是彎道的基礎理論知識,想要從熱血青年晉陞成車手?你需要一匹良駒,勤加練習,方能出人頭地。許多車廠按造賽車的思路造出性能車,這樣駕駛者在日常道路能夠享受駕駛樂趣,偶爾去Track day還能磨練賽車技巧。賓士AMG系列、奧迪S/RS性能車、寶馬M系列,都是這個背景誕生的產物。
要用微積分方法過彎,對車輛性能的要求是很高的,核心要求是剎車性能優異穩定、腳感細膩,轉向精準回饋清晰,底盤均衡,動力強響應快。一部普通的民用車想達到這些要求,得換剎車、換輪胎、換髮動機、換懸掛、增強散熱、強化車身、加裝空氣動力套件。
結果呢,像是寶馬M系列性能車,和原版量產車已經截然不同,等於是一台全新車了。例如賽車最重要的剎車,M3和M4可選裝碳纖維陶瓷剎車盤和前六後四活塞卡鉗,應付賽道的極限壓力和高溫。高性能剎車另一點很優勢是腳感回饋很接近賽車,車手更容易尋找抓地力極限或者在彎中調整剎車力度,這樣才能有效利用微積分方法提升駕駛技巧。
M3/M4的3.0T雙渦輪增壓發動機不僅是動力碾壓普通3系,為了提升動力響應,除了SPORT運動模式,還有M Dynamic模式,踩下油門即時有動力輸出,摸索車輛動態的極限,已經和賽車的即時一樣快速。這些動力輸出、底盤調校、轉向設定、制動匹配,甚至輕量化及空氣動力學優化,是高性能車獵彎的利器。M系列包括M5/M6,X5 M/ X6 M,它們原本是行政級轎車、GT房車、大型SUV,在升級強悍動力之外,裝備了M主動式差速鎖或是xDrive四驅系統,展現出意料之外的彎道性能。
可能你會說,這些性能車隨便點都要賣100萬,說那麼多也是然並卵。對於胸懷熱血但口袋緊張的少年,世上沒有絕人之路。寶馬、賓士、奧迪等品牌都有賽道體驗活動,報名參與是將技巧付諸實練的好機會,還有機會和資深教練面對面學習。寶馬今年的體驗活動升級成獵彎傳奇,在上海、珠海、北京、成都四條賽道舉行,戳【閱讀原文】可以查看他們酷炫的介紹視頻。大家複習了微積分過彎法,還不趕緊報名去?
參考資料
賽車雜誌《going faster》、BMW官方網站
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