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是什么提高了扭力梁悬架的操控性?


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写在前面

扭力梁悬架,本来是一个中性的汽车构造术语,但为什么听上去就觉得low呢?它蒙受的冤屈虽然不如“麦弗逊悬架”那么大,但诺诺依然觉得有必要为它洗洗白,看看这一集能为大家带来什么“so~de~s~ne”的干货吧?




今天的帖子比较特殊,我给诺粉准备了两个版本,屌丝看图文,土豪看视频哈。


老规矩,瓜子、饮料端好。


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车企是被舆论带沟里去的

扭力梁悬架,被大家习惯性地归类为“半独立悬架”(诺诺今天暂不纠正,就顺着这个“半独立”聊下去吧),大致意思就是说,它既不能像独立悬架那样左右可以互不相干地跳动,也不能像刚性车桥那样“硬派”,然而这句话却被很多汽车媒体演绎成了“半独立悬架舒适性不好”。


舒适性,其实和悬架种类是没有关系的,只和弹簧、减震器的参数有关。所谓舒适,就是要更好地吸收地面冲击,那我把弹簧选软一点就好了啊,跟独立、非独立什么关系呢?悬架的种类,核心区别在于车轮跳动时,轮平面的运动轨迹,主要影响的是操控极限和车身姿态。




结果,大江南北的车友都觉得,后悬架只要是扭力梁的,哦shit,好不舒适啊,技术好落后啊…车企也觉得不好意思,要么咬咬牙,在后桥上多花点钱上独立悬架吧;要么就在营销时尽量回避这个问题,仿佛半独立悬架真的见不得人似的。



扭力梁悬架的优劣

我曾经在悬架扫盲系列里,简单提到过扭力梁悬架的结构优势,就是占用空间很少,作为后悬挂时,有更多的空间留给油箱、后座(横向空间)以及后备箱,这在紧凑型家用轿车上,是很重要的优势。当然,它的结构和装配简单,成本比较低,都是优势。


(别紧张哈,成本低,不一定意味着车企利润多,结果往往是车价更低,或者可以在别处增加预算,用好东西。相反,成本越高的车子,售价越高,利润比例往往越高。)





劣势呢,就是“没有那么独立”嘛!话说回来哈,独立悬架就真的是独立的么?大家趴车底看看,有哪个装独立悬架的车子不用平衡杆的?平衡杆,目的是为了减少车辆过弯时的车身倾斜(侧倾)。某种程度上讲,它其实也是把独立悬架沦为半独立悬架的神器!平衡杆越粗,你的悬架就越“不独立”。不知道那些改装加粗平衡杆的兄弟,是不是心理阴影面积开始增加?




所以,我们也可以把扭力梁悬架看作平衡杆比较粗的独立悬架。那好了,天下乌鸦一般黑咯,只是大黑和小黑的区别啦。别介意,诺式科普就是那么通俗和犀利。


扭力梁悬架被人忽略的一个劣势

既然舒适性和扭力梁并无关系,那扭力梁悬架有没有矬点呢?其实,它真还有一个很少被人注意的硬伤:悬架侧向刚度不足。




我画了一个扭力梁悬架的示意图,大梁(BC段)的扭转弹性充当了独立悬架里的平衡杆,让左右车轮有了相对独立的自由度,而小梁(AB段和CD段)也存在弹性,这个弹性则是设计师不喜欢的。




过弯时,车轮受到来自地面的巨大侧向力,小梁会发生扭转变形,造成车轮平面偏斜,不再垂直于地面。(夸张后如上图)




而以多连杆为例的独立悬架,根本不存在这样的担心,连杆与车轮的连接点间距较大,对车轮平面的侧向支撑有先天的优势,因此连杆类的独立悬架,天生的侧向支撑就好。在这一点上,扭力梁悬架输了!



为什么要追求侧向刚度

悬架的侧向刚度高,就能保证在巨大侧向力作用下,车轮尽量垂直于地面。那么,工程师为什么希望车轮尽量垂直于地面呢?


其实,车轮能够时刻垂直于地面,是轮胎工程师和悬架工程师共同追求的目标。垂直地面的车轮,可以在轮胎接地面上均匀分摊压强,从而获得最大的附着力。这源于橡胶逆反的摩擦特性,你越是压的紧,它的摩擦系数反而越小(详见我以前关于“改装流言:宽胎抓地力更好?”的帖子)。





需要吐槽一下,轮胎的这个特性让很多悬架工程师大伤脑筋,调教稍不注意,就会损失附着力,车子的极限操控性就会减分,相当考验悬架的调教水平。也正是这一点,让不同的车子有了不同的极限表现和驾控感受,要想有多棒的操控表现全看请得起多牛逼的工程师了。具体我们以后在诺诺汽车学校里再聊吧,总之,车轮斜了,操控就废了。



瓦特连杆荣誉登场

侧向软,能不能改善呢?为了保持扭力梁的紧凑优势,英国工程师詹姆斯·瓦特,发明了瓦特连杆,完美地解决了这一问题。


不知道为啥,在国内外的网站上都搜不到什么靠谱的瓦特连杆工作原理,最权威的网站只是说“减少侧向力对车轮前束的影响”,“减少转弯离心力”,以及“让动力在两侧车轮上更加均匀地分配”。我勒个去,为了不逼詹姆斯从坟墓里爬出来,诺诺最好尽快让大家了解一下真实的瓦特连杆。





图:瓦特连杆实物图(新科鲁兹)

瓦特连杆,在国内用得不多,上次我写《同为麦弗逊,科鲁兹凭什么碾压福克斯?》那篇文章时,留了科鲁兹的后悬架照片,大家可以很清楚看到瓦特连杆长啥样。




这玩意怎么能提升侧向刚度呢?我画了一个简化结构图,中间小杆子的1/2处是个固定在车架上的支点,可以转动。大家可以根据结构关系,想象一下两侧车轮的摆动方向,不难发现,左轮如果向外倒,就会引起右轮也向外倒,所以由于瓦特连杆的约束,两侧车轮出现了镜像对称的运动关系。


至于这个运动关系是怎么提高侧向刚度的呢?一般人想一晚上也不一定想得明白,诺诺给大家举一个简单的例子:

1.一个齿轮放在斜坡上,放手就会咕噜咕噜滚下去;

2.两个啮合的齿轮,放在斜坡上,还会滚下去么?答案是不会的,它俩的确想往一个方向滚,但这违背了它们的啮合运动关系,所以相互矛盾的运动关系让两个齿轮不得不成为一个整体,靠摩擦力静止在斜坡上。




矛盾的运动关系多数时候是需要避免的,比如手动变速箱的选档机构磨损过度,有时可以同时挂入1、3档,那么你一抬离合,发动机就会熄火。简单的说,1档和3档的齿比不同,车轮就不知道到底该听谁的,这个矛盾的机械运动关系,就会造成内部运动梗塞,把发动机拉熄火。


瓦特连杆是“矛盾运动关系”为数不多的积极案例。当车辆激烈过弯时,巨大的侧向力企图让两个车轮发生方向一样的歪斜,这就会和连杆机构发生矛盾,根本不允许车轮歪斜,所以大大提高了悬架的侧向刚度,保持车轮倾角,显著改善了车辆极限弯道下的附着和操控性能。


当然,好多采用扭力梁后悬架的车子,并没有使用瓦特连杆。一方面出于成本考虑,另一方面也看设计取向。我也可以负责任的说,要是把科鲁兹的瓦特连杆悄悄拆了,估计十个车主至少有八个开不出区别,因为用激进风格对待家轿的车主毕竟是少数。但不可否认,瓦特连杆对于家用车,好比晴天带的雨伞,一旦真遇到下雨就“谁有谁知道”了。



写在后面

汽车悬架,集工程师智慧与社会流言于一身,真的有很多东西值得挖掘。


好多媒体都为瓦特连杆点过赞,却没有什么文章认真地科普瓦特连杆的原理,希望这一期诺诺汽车学校可以点燃更多诺粉对汽车悬架的兴趣,关注和支持诺诺的汽车科普。





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