第一章:懸掛系統的種類
在一臺汽車中,由不同部件組成。其中懸掛系統起到了重要作用,它決定了汽車的操控性能。懸掛系統種類不同,但總的來說都起到一個作用——就是連接車身與車輪,并與路面進行溝通。
說溝通比較感性,不過也沒錯。路面是多變的,車輛需要行駛在路上,即不能硬碰硬,也不能完全隔絕,因此需要一套懸浮機構巧妙的解決二者的矛盾。
說到底,對于車輛來說,地面的起伏和車身姿態的變化歸根結底都是能量的問題。地面作用于車身的能量大,人就會感到顛簸。能量不會憑空產生,也不會憑空消失,它只會從一個物體傳遞給另一個物體,而能量的形式是可以互相轉換的。這話大家在高中物理課上應該都聽說過,把這個模型放倒汽車上,懸掛就是用來解決能量大小和形式問題的。
●懸掛的作用
簡單來說,汽車懸掛系統就是指由車身與輪胎間的彈簧和避震器組成整個支持系統。它連接車輪與車身,對車身起支撐和減振的作用,傳遞作用在車輪和車架之間的力,并且緩沖由不平路面傳給車架或車身的沖擊力,衰減由此引起的震動。
典型的懸掛系統結構主要包括彈性元件、導向機構以及減震器三大部分部分。彈性元件又有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧以及扭桿彈簧等形式,而現代轎車懸掛系統多采用螺旋彈簧和扭桿彈簧,個別高級轎車則使用空氣彈簧。
這三部分相輔相成,彈性單元和減震器主要負責將強烈的能力化解為人可以接受的程度。最重要的是導向機構,它負責限制車輪的走向,讓車輪最大程度的與地面接觸。各種各樣的懸掛系統——麥弗遜、雙叉臂、多連桿,它們的不同之處就在于導向機構。
●獨立懸掛與非獨立懸掛
我們在購車時,都會著重關注它是不是使用了獨立懸掛。簡單來說,獨懸和非獨懸兩者的區別在于,獨立懸掛左右兩個車輪之間沒有硬軸剛性連接,每一側車輪的懸掛部件只與車身相連。而非獨立懸掛則正好相反,兩個車輪間不是相互獨立的,之間有硬軸進行剛性連接。
獨立懸掛質量輕,左右車輪間互不相干,能減小車身的傾斜和震動,提高車輪的地面附著力。不過獨立懸掛存在結構復雜、成本高、維修不便的缺點。
非獨立懸掛結構簡單、成本低、強度高、保養容易、行車中前輪定位變化小。但由于其舒適性及操縱穩定性都較差,多用在貨車和大客車上。
●懸掛系統的種類
常見的汽車懸掛系統大致有四種。非獨立懸掛較為簡單,有整體橋和縱臂扭轉梁兩種,其中整體橋也稱作硬軸式懸掛,而縱臂扭轉梁的別名則有扭力梁式、拖曳臂式等等,具體布置也會有略有不同,比如有些會加入防傾桿,或使用瓦特連桿。
獨立懸掛中最常見的是麥弗遜式懸掛,它的變種連桿支柱懸掛常出現在日韓中小型車的后軸上。而雙叉臂懸掛在高級別車型、SUV的前懸掛以及跑車上較為常見。多連桿式懸掛更多出現在高級車型的后懸掛上,少量注重操控的車型也會采用多連桿前懸掛。
●麥弗遜式懸掛
麥弗遜懸掛由A字型擺臂與減震支柱共同組成,車輪通過一根減震支柱與車身相連,下部的連接部件則是一根A字形擺臂。上部的減震支柱由彈簧和減震器組成,除了要承擔車身重量和減震的任務,還要承受車輪上端的橫向力。下部的A臂則可以承擔車輪下端的橫向力和縱向力。連桿支柱是麥弗遜的變種,一般出現在后懸掛中,它的下部不再是A臂,而是兩根平行連桿和一根縱向拉桿。
由于麥弗遜懸掛部件少,可以獲得更輕的簧下質量,可以提升車輛舒適性。但它的缺點在于減震支柱負擔過多,使得其耐沖擊性和抑制側傾能力都較差。
●雙叉臂懸掛
雙叉臂懸掛的下部結構與麥弗遜懸掛一樣,都有一根A字型擺臂,同時上部也有一根A字擺臂與車身相連。減震彈簧和減震器,則一般與下A臂相連。此時的減震支柱只負責支撐車體和減震任務,車輪的橫向力縱向力,則都由A臂來完成。
雙叉臂懸掛的結構比麥弗遜強度更高,所以被大量用在SUV車型上。因為其上下各有一根A字擺臂,可以形成反作用力,抑制側傾和制動時的點頭現象。
●多連桿懸掛
多連桿懸掛顧名思義,就是通過各種連桿將車輛與車身相連的懸掛系統。它的原理和雙叉臂差不多,只是上下擺臂“A”字連接處是分開的。這些連桿可以根據需要做成任何形狀,甚至是彎曲的。
多連桿的“多”字是相對的,一般3根以上,且沒有A字擺臂的結構都可稱為多連桿懸掛,常規一般在4-5根。有些廠商會偷換概念,將只有兩根桿的懸掛也歸類為多連桿懸掛,雖然說法上沒錯,但我們還是要分辨清楚。多連桿懸掛結構復雜,性能也很強,但很看調校。對于調價不到位的廠商來說,會起到適得其反的效果。它的缺點是成本較高,且支撐強度低于雙叉臂懸掛。
●縱臂扭轉梁懸掛
縱臂扭轉梁懸掛是結構最簡單的懸掛之一,一般只出現在后懸掛上。它左右兩端各有一根縱向拖曳臂,一頭與車身相連,一頭與車輪相連。在兩個縱向拖曳臂之間,會有一根鋼梁,這根鋼梁可以被扭轉,近似于平衡桿的作用。
它的優點很明顯,就是制造成本低,且與車身連接簡單,有利于車內空間的布置。不過由于其左右輪互相之間有干涉,所以性能要遜于獨立懸掛。
懸掛要解決的問題是車輛的穩定性和舒適性,這本是一對矛盾。出色的穩定性意味著懸掛設定會偏硬朗,而要兼顧舒適又必須有偏軟的調校。為了調節這個矛盾,眾廠商們也是挖空了心思,創造出一系列相關技術。
第二章:懸掛系統的技術
●主動懸掛技術 從賽車到家用車
主動懸掛被更多人熟知,要歸功于上世紀80年代的威廉姆斯F1賽車,在被FIA禁止之前,這項技術可以幫助車手輕易取得榮譽。會“跳舞”的賽車在當時可能超出了很多人的認知范疇,埃爾頓·塞納曾形容搭載主動懸掛技術的賽車“不用去考慮如何應付彎道,車手只管踩滿油門就行。”
民用車領域,這項技術在上世紀90年代初得到應用,但因為其技術先進、結構復雜和成本不菲,故大多只是被豪華車或超級跑車所采用,如保時捷的PSAM、奔馳的Airmatic DC空氣懸掛等等;而國內大多消費者有機會品嘗到“魚與熊掌”的快意,要歸功于君威GS的引入。
搭載PSAM懸掛系統的保時捷卡宴
主動懸掛在其結構中植入了可人工或自動控制發力的調節機構,并能根據路面情況自動調節減震器剛度和阻尼,以獲得更好的行駛舒適性或滿足操控需求。從主動懸掛的組成種類來看,大致可以分為兩類:一類是電子控制式主動液壓懸掛,另一類則是電子控制式空氣懸掛。
前者能通過車載電腦計算出懸掛受力大小和加速度,利用液壓減震器的伸縮來保持車身平衡;而后者也是通過車載電腦計算懸掛的受力及感應路面情況,適時調整空氣減震器的剛度和阻尼系數,雖然介質不同,但二者共同之處在于通過改變減震器阻尼來抑制車身姿態變化。
●日產ARC主動行駛舒適控制系統
嚴格來說,日產ARC(Active Ride Control)并不能算是一項懸掛技術。其工作過程并未針對懸掛和避震做出任何調整,它只是在“抵消”顛簸,而非“過濾”顛簸。不過ARC做到了通過相對簡單、更節省成本的方式達到近似功效。
當車輛遇到顛簸路段時,該系統會通過調節剎車力度以及發動機扭矩輸出來對車身重心變化進行調整,以提升舒適性,準確的說ARC更像是從ESP車身穩定系統上衍生出來的一項分支功能。
●凱迪拉克MRC主動電磁感應懸掛系統
凱迪拉克為XTS裝配了一套MRC主動電磁感應懸掛系統,其技術核心是減震器筒內的一種磁流變體材料。當電磁線圈接通電流后,原來處于分散狀態的磁性體便會重新排列,結構中粒子之間結合的強度與磁場強度成正比,所以只要改變電流就能改變阻尼性能。
控制懸掛的電腦以每秒鐘1000次的頻率收集信息并做出反應,從而保證車輛將不必要的晃動進行過濾,控制車輛的重心轉移和前傾后仰程度。當然,在車輛做出激烈的閃躲動作時,該系統同樣能夠很好地控制車身搖擺,以微秒級的反應速度使得MRC成為目前全球響應最快的主動懸架系統。
由于主動懸架系統往往具備相當多的電子元器件,成本高昂之外,也擁有較高的耗電量。所以,凱迪拉克將懸架消耗的能量回收起來,他們將這項科技稱之為GenShock。減震筒外附加的模塊是系統的核心,主要由專屬的電子控制單元、電動馬達與全新的電子液壓齒輪所構成。
總結:
懸掛系統是汽車上必不可少的部件,因為它的存在,駕駛者才能擁有更好的操控和駕乘體驗。我們已經經歷了懸掛技術從賽車到豪車、從豪車再到平民車的下放。隨著科技的發展,越來越多的科技將會運用的懸掛系統上。未來,遠比你像想的更精彩。
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