影響汽車操控和舒適性能最重要的因素,非懸架莫屬。在接下來的兩期“科技”欄目中,我們將向讀者詳細(xì)介紹懸架的作用、不同懸架的優(yōu)缺點。
人們談?wù)撈囆阅艿臅r候,通常會比較不同汽車的功率、扭矩、0~1 00km/h加速時間等數(shù)據(jù)。但是脫離了對懸架的認(rèn)識,任何關(guān)于動力性能的討論都變得毫無價值。正因如此,所有的汽車廠商在設(shè)計完發(fā)動機(jī)之后,都要花費大量的時間和資金來不斷完善自己的懸架系統(tǒng)。
懸架的任務(wù)是盡量增大輪胎和地面之間的摩擦力、提供轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性并確保車內(nèi)乘客的舒適性。如果路面是非常理想的平整表面,沒有任何起伏,那么汽車的懸架系統(tǒng)就完全不需要了??墒聦嵅⒎侨绱耍词箘備伋傻母咚俟啡匀淮嬖诳部赖谋砻?。不平的路面會對汽車產(chǎn)生附加力的影響,輪胎會在這樣的路面上產(chǎn)生豎直方向上的跳動,從而會對汽車產(chǎn)生一個豎直方向上的加速度。
如果沒有懸架,輪胎的所有豎直跳動都會直接傳遞給車廂,輪胎也會失去和路面的接觸。隨后,整個車廂和車?yán)锏乃谐丝投紩谥亓ψ饔孟轮苯釉衣湓诘孛嫔?。有了懸架,我們就可以不受這種情況的干擾,把上述豎直方向的跳動在車輪處吸收掉。
所有懸架的作用可以從以下3個方面來全面地考察和衡量緩;中性能、抓地性能和過彎性能。
了解了這些之后,讓我們看看所有懸架的3種基本組成元件:
彈簧
常見的有鋼板彈簧和螺旋彈簧。前者曾在上世紀(jì)80年代末以前比較流行,目前在大型貨車上也比較常見。后者則在當(dāng)前的轎車上非常普遍,幾乎所有的轎車均采用螺旋彈簧來吸收路面的振動。近年來,隨著技術(shù)的進(jìn)步,空氣彈簧和扭桿彈簧也逐漸出現(xiàn)在一些車型中。
避震筒
設(shè)想一下,如果你用手壓縮或者拉伸一根彈簧,在你松開手之后,彈簧肯定會來回振蕩,直至儲存的能量消耗殆盡。同樣,如果汽車的懸架沒有避震筒,只有彈簧,在車輪軋過一個減速帶之后,車身會不停地上下振動許久,車內(nèi)的乘客想必苦不堪言。因此,避震筒應(yīng)運而生。避震筒很容易被壓縮,但是極難被拉伸。這樣,當(dāng)輪胎第一次向上跳起的時候,避震筒也隨之被壓縮,但是在彈簧第一次回彈的時候,避震筒可以拉住車身,以使其不至于來回振蕩。
防傾桿
防傾桿(也叫橫向穩(wěn)定桿)用來增強(qiáng)汽車懸架的橫向剛度。防傾桿連接車輛前部或者后部的左右側(cè)避震筒,當(dāng)一側(cè)的避震筒上下跳動的時候,防傾桿將一部分的跳動傳遞給另一側(cè)的避震筒,從而使兩側(cè)的跳動盡量一致,減小了側(cè)傾的幅度。當(dāng)今的大多數(shù)汽車在出廠時候已經(jīng)在自己產(chǎn)品上裝了防傾桿,即使少數(shù)沒有安裝的,也都預(yù)留出了加裝的位置。
下面我們將具體分析前懸架的工作環(huán)境,比較不同前懸架類型的特點。對于汽車后懸架的分析,將會在下期與讀者見面。
對于目前市場上絕大多數(shù)的汽車來說,發(fā)動機(jī)和變速箱已經(jīng)占據(jù)了前輪軸線上幾乎全部空間,這就要求懸架部件必須非常緊湊,占用空間小。同時,汽車的前輪還擔(dān)負(fù)有轉(zhuǎn)向的作用,只有前輪定位非常精確的懸架,才能保證汽車的轉(zhuǎn)向精確、靈敏。基于上述要求,目前的汽車前懸架根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同可以分為麥弗遜氏、多連桿式和雙叉臂等。
麥弗遜式懸架
麥弗遜式懸架將減振彈簧和避震套筒結(jié)合在一起,是目前結(jié)構(gòu)最簡單、占用空間最小、也是制造成本最低的前懸架,主要應(yīng)用于前輪驅(qū)動的中小型汽車上。因為這種懸架很輕,所以轉(zhuǎn)向響應(yīng)很快,并且可以用一個下?lián)u臂自動調(diào)節(jié)車輪的外傾角,使前輪在轉(zhuǎn)向的時候還保持與路面大面積接觸,有利于提高前驅(qū)車的抓地性能。
正由于麥弗遜懸架結(jié)構(gòu)簡單,前輪定位精度不夠,而且沒有一根橫向的受力拉桿,所以輪胎在轉(zhuǎn)彎時候受到的橫向力幾乎全部傳遞給了避震套筒,而避震套筒卻沒有承載橫向力的機(jī)構(gòu),極容易加劇轉(zhuǎn)向時候的側(cè)傾,讓前驅(qū)車轉(zhuǎn)向不足的缺點更加明顯。
多連桿式車輪
由三根(包含三根)以上連桿連接車輪和車身的懸架都可以叫做多連桿懸架。多連桿懸架由于拉桿比較多,所以可以精確地定位前輪位置,轉(zhuǎn)向感覺比較清晰。另外由于連桿的約束,使輪胎在上下跳動時前束角也能稍微改變,這可以改善前輪的彎道適應(yīng)性。如果多連桿懸架用在前驅(qū)車的前輪(例如Audl A6),還可以在一定程度上緩解前驅(qū)車通常的轉(zhuǎn)向模糊毛病,給人帶來轉(zhuǎn)向精確的感覺。
多連桿懸架最大的缺點就是需要占用較多的空間,而且無論是制造成本還是研發(fā)成本都比其他形式的懸架要高,所以常用在中高級轎車上。
對很多高檔的B級轎車(例如奔馳C-Class和BMW 3系)來說,雖然它們都采用后驅(qū)方式,但它們的前懸架卻一致采用三連桿形式。原因不僅在于高檔車空間大,方便布置體積較大的多連桿懸架,更重要在于BMW和奔馳看中了多連桿懸架對前輪定位精確、轉(zhuǎn)向敏捷的特點。
雙叉臂(也叫雙叉骨或者雙A臂)懸掛擁有上下兩個A字形的交叉臂,用來精確定位前輪的各種角度參數(shù)(麥弗遜懸架無法做到這一點)。從這一點上來說,它應(yīng)當(dāng)屬于多連桿懸架的一種特殊變形。
前輪轉(zhuǎn)彎時,輪胎受到的橫向力由兩個叉臂同時吸收,橫向剛度大,所以轉(zhuǎn)彎側(cè)傾較小。雙叉臂通常采用上下不等長的配置,讓車輪在跳動時能自動改變外傾角并且減小輪距變化、減小輪胎磨損。
與麥弗遜懸架相比,雙叉臂懸架多了一個上叉臂,所以需要在底盤上占據(jù)更大的空間,中小型車的前橋一般沒有多余的空間來布置這種懸掛。相反,在許多大型SUV(例如Q7)上,我們倒可以看到這種形式的懸架。
此外,幾乎所有的純正跑車方程式賽車前懸架均為雙叉臂形式。它的優(yōu)勢是顯而易貝的:側(cè)傾小、可調(diào)參數(shù)多、輪胎接地面積大、抓地性能突出。