简单粗暴的解释一下“拖曳距”Trail

这篇文章是之前写过的一个东西的收纳。有利于简单理解两轮车里这个参数的意义，当然这背后复杂的物理逻辑涉及到动力学、分析力学的知识，关于拖曳距的影响，其是两轮车动态领域里的主要参数之一，其影响往往是和其他参数（如头管角度、重心分布等）综合进行的，这里不进行展开，先简单粗暴的理解理解一下:

关于自行车前轮的拖曳距，在百度上可以找到非常标准的解释，摩托车更是经常应用：

“拖曳距指的是前叉转向轴线的延长线与地面的交点跟前轮轴到地面的垂线之间的距离。”

拖曳距Trail是关系车辆操控特性的一个很重要的参数。它对车俩直线行驶的稳定性和转向时的灵活性有很大影响。

如果一个自行车有较长的拖曳距，那么稳定性和指向性一般会变的很好，能轻松保持直线行驶，并且影响脱骑行的稳定（但是脱把骑行不只是这一个参数能解决），不易因路上的小障碍物或者颠簸而改变方向。前轮会有一定的自回正能力，当然另一方面来说，转向时也会遇到相对较大的阻力，简单的说，会更适合巡航。

如果拖曳距较小，那么转向就比较灵活，过弯时反应很快也更省力。但相反也意味着稳定性较弱。适合路线多变且非常复杂的环境，比如竞赛和弯道场景。

值得一提的是，曳距设定长些虽然有利于循迹和稳定性，但有很多限定，例如不能忽略的一大个点就是重心恒定前提下轴距的减少，从而影响到前轮制动器的制动安全，当前轮制动时（比如鼓刹或碟刹），如果因为曳距太长使得轮胎接地面过于靠后，这时制动时前翻的概率也会增加，这点要注意。这不是结论，因为影响因素不只单一的拖曳距。

举个通俗好理解拖曳距这个名字的例子。

为什么叫拖曳距（Trail），刷新一下观念：

前轮虽然在我们车子的最前方,但是当我们骑车驱动自行车前行的时候，往往我们的力量不是推着前轮往前，而是前叉在“拖曳着”前轮向前。

很奇怪吗？举个例子，超市的购物车的轮子，我们用力向前推的时候，轮子变到了轮子支撑轴的后面，是不是变成了拖着这几个轮子而不是在推着它们了？

为什么手推车要这样设计？因为拖曳着轮子时，轮子不容易改变方向，而是倾向被拖曳力量的方向稳定住，如果力量在轮子的后面向前推时，非常容易因为轮子位置的不稳定性而发生摆动。用超市的购物车来解释看起来容易理解，但是这只是一个比喻。因为两轮车的情况实际上不是这种简易结构。同时我们也能看到轮子被拖曳时，会有很多的振动，专业一点叫振荡吧，这是两轮车不能接受的，不过先为了简单理解，就不展开了。

我们知道汽车有四个轮子，整体不用过多的担心平衡上的问题，两轮车则会倾斜甚至倾倒。汽车的循迹性和转向性会受到一些悬挂参数的影响：前束角，外倾角，主销后倾角，主销内倾角。越野车还可以通过负值轮毂改变轮距。两轮车不太一样，可以选择调节的参数不多，但除了操控外，稳定性与平衡和安全的联系更为紧密。不考虑极端的情况，四轮车在常规行进过程中，驾驶者是高度稳态的，虽然轮胎、底盘和悬挂是动态的但是整体重心也相对的更稳定，风险多来自意外和失误，而且安全功能完善，大多数轻微事故乃至碰撞后驾驶者的坐标系里的Z轴没有变化。两轮车在常规行进的过程中车辆和驾驶者都是动态的，二者的重心关系都是时刻变化，反过来重心的变化也会改变行驶状态，在高速的时候还影响到气动外形从而变得愈发复杂，风险随时都可以发生，没有太多的防护伤害等级都偏高，事故往往让驾驶者的坐标系完全混乱。一个路面凹陷，开车因为打电话可能就颠簸一下，两个轮子的车很可能因为分心来不及双手去准备应对就会引发摔车。

又有点扯远了，回到主题。多数两轮车有一个特征，头管角度也就是前轮在转向时围绕旋转的轴线是向后倾斜的，类似汽车悬挂里的主轴后倾。基本上没有这个轴线是完全垂直于路面的两轮车。为什么呢？做成这样会怎样？假设你直线行驶，路面一点点的原因给前轮施加了一个侧向力，如果没有一个反向力，前轮就会一直偏移下去。所以除了骑手的控制外，需要一个力矩补偿让其调回方向，但这个力矩不衰减的话，又会让车轮转到另一个方向，于是不停的调节，没有稳定性可言。速度高的情况，一点把手的晃动可以导致不停的摇晃甚至摔倒，操控极为疲劳。

在我们向前以一定速度推动推购物车时，我们会发现转个向非常的困难，会拐很大的弯，这就是拖曳距过大的反面作用；这时候我们停下来把购物车向后拉一下，让轮子变到轮子固定轴的前面，拖曳距变为了负值，就很容易就拐弯，不过这时灵活性太大,也很难在轮子重新移到后面之前让购物车保持一条直线前进。

接下来从购物车的比喻回到自行车。自行车几何中拖曳距的作用想必知道有多重要了。那么拖曳距多少合适呢。。。

解答这个问题是一种研究，但想直接获取答案不太现实，当然经验的数字往往都会有的，很多文章都会有个数字的。如果寻求的答案到此为止，那某种程度上也算是足够了。

至于多少拖曳距设定合适，需要理论和经验的双重判定。个人习得经验是，各种车型合适的拖曳距设定起来是一个相对较复杂的数学和力学模型，并且还有其他参数的综合考量。还有一个有趣的复杂性因素在于减震和转向系统对这个参数的动态影响，简单的理解就是当减震下压时头管角度的变化导致了拖曳距的变化，以及转向时这个参数值的随时变化。当然为了寻求一个平衡的结果，依靠测试是最直接的，最后我们往往看到的结果就是一些车型的角度几何十分接近。但在设计和修改新产品时，仅仅套用经验是不够的，因为其他参数的变化，例如重心位置、质量分布、其他零件尺寸的调整、轮胎参数的调整等，都可能使得原来的几何不再是最可靠的答案。从而还是需要结合理论动态模型去调整，这部分是比较考验实力的部分，也往往容易忽略。

至于深入的分析车子参数的影响，从上世纪开始，从牛顿力学开始，以及虚功、拉格朗日量、哈密顿量的等的物理辅助，已经深入的研究了车辆的动态，分析诸如拖曳距的影响从直管的理解提升到了系统稳定性分析，例如特征值和特征向量等数学概念，以及随着轮胎的重要性越来越强，也有很多基于轮胎的一些模型（例如Pacejka）。这篇简文的讨论到此为止不去展开了。