前兩期的連載內(nèi)容引起了讀者的廣泛關(guān)注,本期的內(nèi)容則主要涉及技術(shù)水平最高的高檔車后懸架,并介紹其中的奧妙。
上期的“科技”欄目中,我們已經(jīng)向讀者介紹了小型、微型汽車的后懸架特點以及常見懸架形式。這一期,讓我們把目光投向中級,高級汽車的后懸架,來看看在布置空間和設(shè)計成本都比較寬裕的高檔汽車會為自己選擇什么樣的懸架。
在展開下面的內(nèi)容之前,我們首先向讀者引入兩個概念:“簧載質(zhì)量”和“非簧載質(zhì)量”。由彈性元件(包括彈簧和減振筒)所承載的質(zhì)量稱為“簧載質(zhì)量”,主要包括底盤骨架及其他所有彈性部件所承載的質(zhì)量。而自懸架擺臂或者彈性元件向車輪端延伸的部件,均歸屬于“非簧載質(zhì)量”。簡單來說,能和車輪一起跳動的部件屬于“非簧載質(zhì)量”,而只能和車身保持相對靜止的部件屬于“簧載質(zhì)量”。例如,對于非獨(dú)立懸架的汽車來說,由于后橋會隨著車輪的跳動而傾斜,所以應(yīng)當(dāng)屬于“非簧載質(zhì)量”。
“簧載質(zhì)量”和“非簧載質(zhì)量”對于汽車的舒適性有著非常重要的影響。如果一輛車的簧載質(zhì)量較小而非簧載質(zhì)量很大,那么車輪在遇到顛簸的時候,彈簧和減振筒就需要很長時間來吸收振動的能量,車身會上下晃動不止。顯然,這是小型車和微型車才有的特點。中級和高級汽車通常車身都比較重,乘坐的感覺和小型汽車截然不同,原因在很大程度上都在于中級或更高級汽車的簧載質(zhì)量較大。因此,人們通常提起的“汽車越重越高檔”觀點是有一定根據(jù)的,但并不全面。
為此,我們可以自己定義一個“舒適指數(shù)”來衡量所有汽車在固有震動頻率方面的優(yōu)劣。這個指數(shù)應(yīng)當(dāng)是“非簧載質(zhì)量”m與“簧載質(zhì)量”M的比值。這一指數(shù)越小,汽車的固有舒適性就越好。
中級車的兩難抉擇
在汽車產(chǎn)品開發(fā)方面,中級車是一個處境很微妙的階層。中級車的購買者要求車子有盡可能多的舒適性配置,而高檔車身上的諸多領(lǐng)先科技又不能直接搬到中級車身上。這導(dǎo)致很多中級車上的技術(shù)均為豪華汽車上同類技術(shù)的“縮水版”,或者出現(xiàn)一些廠商所謂的“獨(dú)家技術(shù)”。
前面說道,減小m/M比值會讓舒適性顯著的提升。增大車身的質(zhì)量M顯然非一些對生產(chǎn)成本嚴(yán)格控制的廠商所愿意看到(生產(chǎn)成本,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和使用油耗均會增加)。對那些竭力削減成本的產(chǎn)品(例如豐田和大眾品牌的一些中級車)來說,它們更傾向于減小m的數(shù)值。歸納起來,減小m有兩種主要途徑:減少非簧載零件數(shù)目和使用非簧載部件使用更輕、技術(shù)含量更高的材料。這就分別誕生了兩種主流的中、高檔車后懸架:連桿支柱懸架和多連桿懸架。
連桿支柱懸架
首先聲明“連桿支柱”懸架是一種很不正式的稱謂,在汽車市場上的產(chǎn)品說明書上你只能找到“多連桿”的字樣。的確,這兩者的差異也不是很大,在外觀上僅能從前者更粗、更大的減振筒和車輪軸線下方的橫擺臂(通常為Y型)來區(qū)別。前面已經(jīng)提到過,最好的減小多連桿質(zhì)量的方式是使用更輕、強(qiáng)度更高的材料(比如鋁合金),但也有一些廠家挖空心思,通過減少多連桿懸架連桿數(shù)目的方式來減輕非簧載質(zhì)量m。
事實上,連桿支柱懸架在減振原理上和麥弗遜懸架類似。主要區(qū)別在于懸架下部與車身連接的A型臂(與車輪僅有一個連接點)改成了由兩點或者三點固定的形式。這樣的改動不僅避免了麥弗遜懸架橫向剛度不高的缺陷,也讓懸架在吸收輪胎縱向(輪胎前進(jìn)方向)力方面更加得心應(yīng)手。
不過連桿支柱懸架由于結(jié)構(gòu)上的制約,無法避免與麥弗遜懸架類似的糟糕穩(wěn)定性。沒有橫向支撐的減振筒,無法盡數(shù)吸收輪胎傳遞來的橫向力,車子在轉(zhuǎn)向時的側(cè)傾依然比較明顯。相對于小型、微型汽車上的單縱臂扭桿梁式懸架,連桿支柱懸架基本上實現(xiàn)了左右側(cè)懸架的獨(dú)立,而且懸架當(dāng)中運(yùn)動部件質(zhì)量較輕,動態(tài)響應(yīng)較好,屬于偏重舒適性的獨(dú)立懸架。缺點是結(jié)構(gòu)仍然比較復(fù)雜,占用空間比較大。
緩沖性能:★★★★☆
抓地性能:★★★☆
過彎性能;★★★☆
隨動轉(zhuǎn)向后懸架
如果要列舉一些廠家“引以為豪”的“獨(dú)門功夫”,就不得不提一下雪鐵龍的“隨動轉(zhuǎn)向”后懸架。
這種懸架的獨(dú)特之處在于:它不是考慮如何完全吸收輪胎對減振筒的橫向力,而是考慮如何利用這種橫向力來改變一下后軸輪胎的前束角(輪胎平面與車身前進(jìn)方向的夾角)。為了實現(xiàn)這一設(shè)想,雪鐵龍的工程師們大膽地使用橡膠襯墊填補(bǔ)了橫擺臂和車身的連接點。
需要特別指出的是,這種懸架也并非是后懸架問題的完美解決方案。由于橡膠材料的變形很難精確地控制,所以這種懸架的前束角改變具有一定的不可預(yù)料性。而且,并非像部分廠家宣稱的那樣:只有隨動轉(zhuǎn)向懸架才能讓汽車后輪靈活起來。下面我們將要介紹的高檔車多連桿懸架同樣可以實現(xiàn)隨動轉(zhuǎn)向懸架的所有功能。
緩沖性能:★★★☆
抓地性能:★★★
過彎性能:★★★★
高檔車的多連桿懸架
既然以上兩種獨(dú)辟蹊徑的懸架形式仍然帶有某些先天缺陷,看來它們減小非簧載質(zhì)量m的途徑并不理想。真正能體現(xiàn)多連桿懸架優(yōu)點的途徑應(yīng)當(dāng)是使用更輕質(zhì)的合金材料來減小m的數(shù)值,同時車身的重量也必須有一定的保證。在這方面,做得最好的就是以BMW、奧迪和奔馳為首的豪華品牌。
在目前的汽車市場上,這三家傳統(tǒng)的豪華品牌已經(jīng)分別獨(dú)立地開發(fā)出了不同形式的多連桿后懸架。例如奔馳的“E形多連桿”、奧迪的“梯形多連桿”和BMW以優(yōu)異運(yùn)動性著稱的“五連桿”。在汽車轉(zhuǎn)彎時,不同的多連桿懸架基本上都可以輕微地改變前束角,使汽車不管是在加速、制動狀態(tài)下都可以獲得較高的穩(wěn)定性。把讓人感覺極不舒服的側(cè)向加速度,部分轉(zhuǎn)化為人體比較適應(yīng)的前后方向上的加速度??梢哉f,多連桿懸架真正體現(xiàn)了高檔汽車對車內(nèi)乘客舒適性的全面照顧。
正如我們在第一期的“解剖懸架”欄目中提到的那樣:不同形式的多連桿后懸架控制的后輪參數(shù)不外乎外傾角、前束角和剛度。而適當(dāng)?shù)夭贾眠B桿位置和角度,就可以滿足不同使用性能的要求。概括來說,奔馳的“E形多連桿”更加偏重于舒適性,奧迪的“梯形多連桿”偏重可靠性,BMW的“五連桿”則是運(yùn)動性能和舒適性能的極好結(jié)合。多連桿懸架最大的缺點就是需要占用很大的底盤空間,而且制造成本和材料成本遠(yuǎn)高于其他類型的懸架。高檔汽車不僅空間大,而且愿意使用更高成本的材料,來致力于為車內(nèi)乘客提供舒適感(甚至可以說是享受感)。從這兩點上來看,真正的多連桿懸架和高檔汽車似乎是天生的絕佳搭檔。
緩沖性能:★★★★☆
抓地性能:★★★★
過彎性能:★★★★☆