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影响汽车操控和舒适性能最重要的因素,非悬架莫属。在接下来的两期“科技”栏目中,我们将向读者详细介绍悬架的作用、不同悬架的优缺点。
人们谈论汽车性能的时候,通常会比较不同汽车的功率、扭矩、0~1 00km/h加速时间等数据。但是脱离了对悬架的认识,任何关于动力性能的讨论都变得毫无价值。正因如此,所有的汽车厂商在设计完发动机之后,都要花费大量的时间和资金来不断完善自己的悬架系统。
悬架的任务是尽量增大轮胎和地面之间的摩擦力、提供转向稳定性并确保车内乘客的舒适性。如果路面是非常理想的平整表面,没有任何起伏,那么汽车的悬架系统就完全不需要了。可事实并非如此,即使刚铺成的高速公路仍然存在坎坷的表面。不平的路面会对汽车产生附加力的影响,轮胎会在这样的路面上产生竖直方向上的跳动,从而会对汽车产生一个竖直方向上的加速度。
如果没有悬架,轮胎的所有竖直跳动都会直接传递给车厢,轮胎也会失去和路面的接触。随后,整个车厢和车里的所有乘客都会在重力作用下直接砸落在地面上。有了悬架,我们就可以不受这种情况的干扰,把上述竖直方向的跳动在车轮处吸收掉。
所有悬架的作用可以从以下3个方面来全面地考察和衡量缓;中性能、抓地性能和过弯性能。
了解了这些之后,让我们看看所有悬架的3种基本组成元件:
弹簧
常见的有钢板弹簧和螺旋弹簧。前者曾在上世纪80年代末以前比较流行,目前在大型货车上也比较常见。后者则在当前的轿车上非常普遍,几乎所有的轿车均采用螺旋弹簧来吸收路面的振动。近年来,随着技术的进步,空气弹簧和扭杆弹簧也逐渐出现在一些车型中。
避震筒
设想一下,如果你用手压缩或者拉伸一根弹簧,在你松开手之后,弹簧肯定会来回振荡,直至储存的能量消耗殆尽。同样,如果汽车的悬架没有避震筒,只有弹簧,在车轮轧过一个减速带之后,车身会不停地上下振动许久,车内的乘客想必苦不堪言。因此,避震筒应运而生。避震筒很容易被压缩,但是极难被拉伸。这样,当轮胎第一次向上跳起的时候,避震筒也随之被压缩,但是在弹簧第一次回弹的时候,避震筒可以拉住车身,以使其不至于来回振荡。
防倾杆
防倾杆(也叫横向稳定杆)用来增强汽车悬架的横向刚度。防倾杆连接车辆前部或者后部的左右侧避震筒,当一侧的避震筒上下跳动的时候,防倾杆将一部分的跳动传递给另一侧的避震筒,从而使两侧的跳动尽量一致,减小了侧倾的幅度。当今的大多数汽车在出厂时候已经在自己产品上装了防倾杆,即使少数没有安装的,也都预留出了加装的位置。
下面我们将具体分析前悬架的工作环境,比较不同前悬架类型的特点。对于汽车后悬架的分析,将会在下期与读者见面。
对于目前市场上绝大多数的汽车来说,发动机和变速箱已经占据了前轮轴线上几乎全部空间,这就要求悬架部件必须非常紧凑,占用空间小。同时,汽车的前轮还担负有转向的作用,只有前轮定位非常精确的悬架,才能保证汽车的转向精确、灵敏。基于上述要求,目前的汽车前悬架根据结构的不同可以分为麦弗逊氏、多连杆式和双叉臂等。
麦弗逊式悬架
麦弗逊式悬架将减振弹簧和避震套筒结合在一起,是目前结构最简单、占用空间最小、也是制造成本最低的前悬架,主要应用于前轮驱动的中小型汽车上。因为这种悬架很轻,所以转向响应很快,并且可以用一个下摇臂自动调节车轮的外倾角,使前轮在转向的时候还保持与路面大面积接触,有利于提高前驱车的抓地性能。
正由于麦弗逊悬架结构简单,前轮定位精度不够,而且没有一根横向的受力拉杆,所以轮胎在转弯时候受到的横向力几乎全部传递给了避震套筒,而避震套筒却没有承载横向力的机构,极容易加剧转向时候的侧倾,让前驱车转向不足的缺点更加明显。
多连杆式车轮
由三根(包含三根)以上连杆连接车轮和车身的悬架都可以叫做多连杆悬架。多连杆悬架由于拉杆比较多,所以可以精确地定位前轮位置,转向感觉比较清晰。另外由于连杆的约束,使轮胎在上下跳动时前束角也能稍微改变,这可以改善前轮的弯道适应性。如果多连杆悬架用在前驱车的前轮(例如Audl A6),还可以在一定程度上缓解前驱车通常的转向模糊毛病,给人带来转向精确的感觉。
多连杆悬架最大的缺点就是需要占用较多的空间,而且无论是制造成本还是研发成本都比其他形式的悬架要高,所以常用在中高级轿车上。
对很多高档的B级轿车(例如奔驰C-Class和BMW 3系)来说,虽然它们都采用后驱方式,但它们的前悬架却一致采用三连杆形式。原因不仅在于高档车空间大,方便布置体积较大的多连杆悬架,更重要在于BMW和奔驰看中了多连杆悬架对前轮定位精确、转向敏捷的特点。
双叉臂(也叫双叉骨或者双A臂)悬挂拥有上下两个A字形的交叉臂,用来精确定位前轮的各种角度参数(麦弗逊悬架无法做到这一点)。从这一点上来说,它应当属于多连杆悬架的一种特殊变形。
前轮转弯时,轮胎受到的横向力由两个叉臂同时吸收,横向刚度大,所以转弯侧倾较小。双叉臂通常采用上下不等长的配置,让车轮在跳动时能自动改变外倾角并且减小轮距变化、减小轮胎磨损。
与麦弗逊悬架相比,双叉臂悬架多了一个上叉臂,所以需要在底盘上占据更大的空间,中小型车的前桥一般没有多余的空间来布置这种悬挂。相反,在许多大型SUV(例如Q7)上,我们倒可以看到这种形式的悬架。
此外,几乎所有的纯正跑车方程式赛车前悬架均为双叉臂形式。它的优势是显而易贝的:侧倾小、可调参数多、轮胎接地面积大、抓地性能突出。
人们谈论汽车性能的时候,通常会比较不同汽车的功率、扭矩、0~1 00km/h加速时间等数据。但是脱离了对悬架的认识,任何关于动力性能的讨论都变得毫无价值。正因如此,所有的汽车厂商在设计完发动机之后,都要花费大量的时间和资金来不断完善自己的悬架系统。
悬架的任务是尽量增大轮胎和地面之间的摩擦力、提供转向稳定性并确保车内乘客的舒适性。如果路面是非常理想的平整表面,没有任何起伏,那么汽车的悬架系统就完全不需要了。可事实并非如此,即使刚铺成的高速公路仍然存在坎坷的表面。不平的路面会对汽车产生附加力的影响,轮胎会在这样的路面上产生竖直方向上的跳动,从而会对汽车产生一个竖直方向上的加速度。
如果没有悬架,轮胎的所有竖直跳动都会直接传递给车厢,轮胎也会失去和路面的接触。随后,整个车厢和车里的所有乘客都会在重力作用下直接砸落在地面上。有了悬架,我们就可以不受这种情况的干扰,把上述竖直方向的跳动在车轮处吸收掉。
所有悬架的作用可以从以下3个方面来全面地考察和衡量缓;中性能、抓地性能和过弯性能。
了解了这些之后,让我们看看所有悬架的3种基本组成元件:
弹簧
常见的有钢板弹簧和螺旋弹簧。前者曾在上世纪80年代末以前比较流行,目前在大型货车上也比较常见。后者则在当前的轿车上非常普遍,几乎所有的轿车均采用螺旋弹簧来吸收路面的振动。近年来,随着技术的进步,空气弹簧和扭杆弹簧也逐渐出现在一些车型中。
避震筒
设想一下,如果你用手压缩或者拉伸一根弹簧,在你松开手之后,弹簧肯定会来回振荡,直至储存的能量消耗殆尽。同样,如果汽车的悬架没有避震筒,只有弹簧,在车轮轧过一个减速带之后,车身会不停地上下振动许久,车内的乘客想必苦不堪言。因此,避震筒应运而生。避震筒很容易被压缩,但是极难被拉伸。这样,当轮胎第一次向上跳起的时候,避震筒也随之被压缩,但是在弹簧第一次回弹的时候,避震筒可以拉住车身,以使其不至于来回振荡。
防倾杆
防倾杆(也叫横向稳定杆)用来增强汽车悬架的横向刚度。防倾杆连接车辆前部或者后部的左右侧避震筒,当一侧的避震筒上下跳动的时候,防倾杆将一部分的跳动传递给另一侧的避震筒,从而使两侧的跳动尽量一致,减小了侧倾的幅度。当今的大多数汽车在出厂时候已经在自己产品上装了防倾杆,即使少数没有安装的,也都预留出了加装的位置。
下面我们将具体分析前悬架的工作环境,比较不同前悬架类型的特点。对于汽车后悬架的分析,将会在下期与读者见面。
对于目前市场上绝大多数的汽车来说,发动机和变速箱已经占据了前轮轴线上几乎全部空间,这就要求悬架部件必须非常紧凑,占用空间小。同时,汽车的前轮还担负有转向的作用,只有前轮定位非常精确的悬架,才能保证汽车的转向精确、灵敏。基于上述要求,目前的汽车前悬架根据结构的不同可以分为麦弗逊氏、多连杆式和双叉臂等。
麦弗逊式悬架
麦弗逊式悬架将减振弹簧和避震套筒结合在一起,是目前结构最简单、占用空间最小、也是制造成本最低的前悬架,主要应用于前轮驱动的中小型汽车上。因为这种悬架很轻,所以转向响应很快,并且可以用一个下摇臂自动调节车轮的外倾角,使前轮在转向的时候还保持与路面大面积接触,有利于提高前驱车的抓地性能。
正由于麦弗逊悬架结构简单,前轮定位精度不够,而且没有一根横向的受力拉杆,所以轮胎在转弯时候受到的横向力几乎全部传递给了避震套筒,而避震套筒却没有承载横向力的机构,极容易加剧转向时候的侧倾,让前驱车转向不足的缺点更加明显。
多连杆式车轮
由三根(包含三根)以上连杆连接车轮和车身的悬架都可以叫做多连杆悬架。多连杆悬架由于拉杆比较多,所以可以精确地定位前轮位置,转向感觉比较清晰。另外由于连杆的约束,使轮胎在上下跳动时前束角也能稍微改变,这可以改善前轮的弯道适应性。如果多连杆悬架用在前驱车的前轮(例如Audl A6),还可以在一定程度上缓解前驱车通常的转向模糊毛病,给人带来转向精确的感觉。
多连杆悬架最大的缺点就是需要占用较多的空间,而且无论是制造成本还是研发成本都比其他形式的悬架要高,所以常用在中高级轿车上。
对很多高档的B级轿车(例如奔驰C-Class和BMW 3系)来说,虽然它们都采用后驱方式,但它们的前悬架却一致采用三连杆形式。原因不仅在于高档车空间大,方便布置体积较大的多连杆悬架,更重要在于BMW和奔驰看中了多连杆悬架对前轮定位精确、转向敏捷的特点。
双叉臂(也叫双叉骨或者双A臂)悬挂拥有上下两个A字形的交叉臂,用来精确定位前轮的各种角度参数(麦弗逊悬架无法做到这一点)。从这一点上来说,它应当属于多连杆悬架的一种特殊变形。
前轮转弯时,轮胎受到的横向力由两个叉臂同时吸收,横向刚度大,所以转弯侧倾较小。双叉臂通常采用上下不等长的配置,让车轮在跳动时能自动改变外倾角并且减小轮距变化、减小轮胎磨损。
与麦弗逊悬架相比,双叉臂悬架多了一个上叉臂,所以需要在底盘上占据更大的空间,中小型车的前桥一般没有多余的空间来布置这种悬挂。相反,在许多大型SUV(例如Q7)上,我们倒可以看到这种形式的悬架。
此外,几乎所有的纯正跑车方程式赛车前悬架均为双叉臂形式。它的优势是显而易贝的:侧倾小、可调参数多、轮胎接地面积大、抓地性能突出。