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汽车悬架 比发动机 技术含量更高?

悬架,先从弹簧说起。

悬架并不 是近现代的产物,早在发明车轮之初,悬架系统 就有了初步概念。

车的概念 在中国最早用于军队,比如千盛之国,就是形容 一国国力强大,一乘为四马一车,车上3人,车下72人,后勤25人,是为百人。古时战车 的构造十分简单,一般为木制车轮,使用木轴固定。这就构成 了早期的悬架系统



由于整体采用硬连接,没有减震、缓冲结构,加之道路状况不佳,所以古时 的战车具有一些致命缺点,舒适性极差,行驶稳定性也十分差。即便经过 一些小障碍物时,车身也会 产生较大起伏。如果战车速度足够快,遇到坑洼后,轻则撞断车轴,重则发生倾覆。于是,人们开始寻找“减震”的装置。

悬架系统的概念

从现代汽车的角度看,悬架系统 是指车身与轮胎之间的整个承载结构。它最主要 的功能就是支撑车身,随着时代进步,悬架不仅 满足于支撑车身,而且承担了舒适性、运动性等 驾驶感受的重任。

而今,我们会有“这是宝马”或“这是奔驰”的认知,这是因为 这些品牌在悬架系统的调校上拥有丰富的特色和经验,是品牌最 重要的竞争力。可以说,悬架系统 几乎是整个汽车行业里最考验技术水平的部件,它甚至要 比发动机和变速箱更深奥。




悬架系统并非底盘,这是很多 人常犯的错误。底盘的概 念要大过悬架,是一个很 复杂的几何体。底盘的作 用是安装汽车发动机以及周边部件、总成,形成汽车整体造型,它大致由传动系、行驶系、转向系以 及制动系四部分组成。通常我们 说的悬架只是底盘行驶系(车架、车桥、车轮、悬架)中的一部分。

目前悬架 系统可以大致分为非独立悬架和独立悬架,这两种悬 架又有不同的分类,至于两者各自的优势,后面文章会具体解释。无论哪一种悬架,其最终都 离不开弹性元件、导向机构以及减震器。这其中弹 性元件以及减震器的作用又尤其大。

弹性元件的分类

出于对减震考虑,人们率先 发明了片状弹簧,其采用的 大致是由钢带绷紧的辐条式结构,同时人们 也把目光转移到车轮上,寻求突破。自行车发明后,速度越来越重要,减震变得迫不及待。约翰?邓禄普因 此发明了充气式轮胎,安德烈?米其林随 后发现充气式轮胎有一些缺陷,比如跳动等。

这种跳动 其实就是早期弹簧的概念,也是后来 诞生防倾杆等扭杆弹簧的原因。最初的一段时间,车辆上最 常使用的弹性元件便是片状弹簧。片状弹簧 最先被发明有它深层次的原因,横向刚性 而且价格低廉。



片状弹簧 现在又称钢板弹簧,它利用的 是数片长度相同或不同的弹簧片组成的略弯曲的弹性梁。这类弹簧 在受力时不仅可以依靠自身形变,而且可以 依靠弹簧片之间的摩擦抵御外力。

钢板弹簧 虽然制造简单,但其舒适性很差,重量较大,对车辆纵 向空间要求较大。更重要的是,这类弹簧形变不大,也就导致 车轮上下形变轨迹受限,不灵活。因此,这类弹簧 目前主要应用在载重较大的车辆上,比如商用 载货汽车以及纯越野车型上。


螺旋弹簧诞生时,时间已经来到了20世纪中期,这种弹簧 最初被应用在重型车辆上,但随后受到青睐。原因是,这类弹簧 的阻尼系数不仅固定,而且可以定制。人们可以 根据不同的需求,对弹簧的 疏密进行更改,以满足不同需求。


最常见的 弹簧是圆形螺旋弹簧,它的结构十分简单,占用空间也十分小,重量轻,吸收能量也较高,是目前绝 大多数车辆使用的弹簧类型。

更高一阶 的是空气弹簧,目前被应 用在高端豪华车型上,它利用的 其实是在可伸缩密闭容器里充入不同量空气这一原理。这种弹簧 可以通过充入压缩或排出空气,实现弹簧 的伸长和压缩。

目前高端 车型采用的空气弹簧大部分可控,通过空气压缩机、蓄压器、控制单元 以及前后桥车身高度传感器等控制车身姿态。如果车辆急加速,感应器接 收到信号之后会传送给控制单元,控制单元 则会控制后悬空气弹簧变硬,以保证车 辆不至于抬头,保持良好的驾驶姿态。



如果高速行驶,空气弹簧 还可以降低车身高度,从而保证 车身重心下降以提高空气下压力和减少车底乱流通过,营造更好的驾驶感受。

扭杆弹簧 最常见的便是车辆的防倾杆了,它利用的 是金属弹性元件保持原状的能力。防倾杆最 重要的功能是保证操控的平衡,限制过弯 时车身侧倾以及改善轮胎的贴地性,也就是抑 制我们常说的跳动情况。扭杆弹簧 直接应用在车辆上作为悬架已经不常见了。



减震器与 弹簧相辅相成

车辆只有 弹簧是不可行的,因为弹簧 不能吸收能量,它只是作 为一种缓冲存在。将瞬间的 产生的力转换成长时间较小的力,驾驶质感 依然不会太好。这就需要减震器了。


减震器的 最主要的目的是抑制弹簧吸收力之后反弹给车身的震荡。它可以最 大程度的吸收冲击,保证车辆 行驶的平稳性。我们日常 见到的减震器都与弹簧结合在一起。结构类似 于发动机气缸,只是减震 器内部充满了粘稠的油液,活塞上也布满了小孔,一旦弹簧 接收到地面的冲击,巨大的压 力会使活塞挤压油液,油液便会 从活塞的孔里渗透,最终完成 吸收能量的过程。不过,随着科技的进步,减震也已 经不再拘泥过去油液的方式了。最新比较 知名的减震器有凯迪拉克的MRC主动感应悬架,其实它隶 属于可变阻尼减震器,它的阻尼 可以根据不同情况而发生变化。


之所以如此,是因为它 采用的是一种可以磁化的软铁颗粒,这种微粒 常规状态下是液态,具有油液的特点,不过在添加磁场后,这些磁化 软铁微粒可以以特定的顺序排列,变成像钢 材一样的硬连接,增加悬架刚度。至于磁场,可以通过电磁铁实现,而电磁铁 的强度则可以通过电流大小调节,最终减震 器越来越智能。

小结

悬架的概念看似简单,其实大有门道。这些弹簧的设计力度、安放角度,减震器的力度、角度以及其他横臂、纵臂的角度和受力,是一项巨大的工程,因此,才出现了 市面上不同驾驶感受的汽车,可以说,悬架系统 的调校是整车中最需要技术的部分。