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错综复杂的悬架系统

2017-11-23 10:02 来源:网络 作者:网络

作为唯一与地面接触的车辆部件——轮胎,工程师往往会通过各种调校与设定来使其无论在任何路况下都可以处于最大抓地力状态,从而确保车辆拥有出色的行驶性能以及驾驶可控性。而作为连接轮胎与车身的悬架系统则决定了其是否可以如此高效率的发挥着作用,特别对于超级跑车来讲,你可以想象那究极的悬架结构以及精准的匹配定位对于车辆性能的发挥是有多么的重要。

具有合理刚性的车身是悬架得以发挥功效的基础

无论是多么复杂的悬架系统,其最终都要连接在车身上。现如今,采用铝制空间结构以及碳纤维单体壳结构的车身已逐渐成为超跑的潮流。它们既可以有效降低车身重量,更为重要的是提升了车身的刚度,也就是所谓不易变形的能力,这对于超跑失之毫厘、谬之千里的悬架设定而言,可谓重要至极。

车辆行驶在路上,用肉眼通常观察不到车身会有任何的变形,但实际情况是,车身不断接受来自地面的冲击,同时车辆在各种极限运动状态下也会产生一定的扭曲和变形,虽然这种变化可能只有区区几毫米,但当它超出了合理的范围后,对车辆的操控往往会带来“翻天覆地”式的变化。

车辆作为一个矛盾综合体,总是需要在两个极端之间选择一个最为和谐的“黄金分割点”。总之,只有将车身的变形控制在合理范围内,才能最大限度地发挥出精心调校的悬架的潜能。

悬架的物理结构具有先天的决定性作用

大马力、高扭矩、持续大范围的峰值动力输出这些都是一辆超跑可以很快的基础,但是车辆最终动力的释放还是需要通过轮胎与地面的接触来得到回报,一副好的悬架设定则可以让动力的收益率最大化。

尽管我们经常说后期调校的重要性,但是对于锱铢必较的超跑而言,在设计阶段,对悬架物理结构的选择往往起到了先天的决定性作用。超跑相对普通车辆,对悬架结构以及设定上的变化要更为敏感,所以在选择了一个合理的悬架结构的基础上,再进行有针对性的调校是十分必要的,那什么才是最适合超跑的悬架结构呢?

——双叉臂悬架

双叉臂悬架大家并不陌生,在很多普通车辆上都可以寻觅到它的身影,但同时它又是最适合超跑所使用的一类悬架形式。

『标准的双叉臂悬架结构』

标准的双叉臂悬架由两个A字臂组成,上下A字臂负责吸收横向力,由于三个点才能确定一个平面,因此双叉臂用做前悬架时,由转向拉杆作为第三个点,而用在后悬架时,则需要一根横拉杆。从结构上来说,双叉臂悬架可谓是最坚固的独立悬架。其中上下两根A字臂都拥有类似三角形的稳定结构,不仅拥有足够的抗扭强度,同时上下两根叉臂可以为车辆提供很好的横向支撑,这在车辆高速过弯时,可以为其提供更为精准的定位。

车轮的四个定位参数(主销后倾、主销内倾、前轮外倾、前轮前束)对于车辆的行驶性能,特别是车辆的操控性能影响很大。车辆在运动过程中,这几个数值也在随时发生着变化,一旦其超出合理范围,就会导致车辆的操控性能大幅降低。而双叉臂悬架中的这几项定位参数都是精确可调的,且由于双叉臂结构在设计之初就拥有较高的自由度,工程师可以对双A字臂的铰接点以及双A字臂的长短进行合理设计,就可以将定位参数的变化范围缩小,从而提升了车辆的整体操控稳定性。

『玛莎拉蒂GT的前后悬架都为双叉臂结构』

车辆悬架结构的设定初衷,就是始终让轮胎都与地面拥有最大的接触面积,这也就是说,只要车轮定位参数的变化值较小,就可以使车轮在运动过程中可以在较大范围内与地面保持一定角度的垂直状态,从而拥有更出色的贴地性能,因此时至今日,前后双叉臂悬架依然是绝大部分超级跑车的首选形式。

——多连杆悬架

多连杆式悬架通常是指由三根或三根以上连杆构成的悬架结构,由于每根连杆都可以提供对车轮的定位,因此该悬架结构可以使车轮具有更加可靠的行驶轨迹。

以常见的五连杆式后悬架为例,其五根连杆分别为:主控制臂、前置定位臂、后置定位臂、上臂和下臂。它们分别对各个方向产生作用力。比如,当车辆进行左转弯时,后车轮的位移方向正好与前转向轮相反,如果位移过大则会使车身失去稳定性,摇摆不定。此时,前后置定位臂的作用就开始显现,它们主要对后轮的前束角进行约束,使其在可控范围内;相反,由于后轮的前束角被约束在可控范围内,如果后轮外倾角过大则会使车辆的横向稳定性降低,所以在多连杆悬架中增加了对车轮上下进行约束的控制臂,一方面是更好的对车轮定位,另一方面则使悬架的可靠性和韧性进一步提高。

正因为多连杆悬架具备多根连杆,并且连杆可对车轮进行多个方面的控制,因此在后期调校上就可以对车轮进行更为精准细致的匹配定位。不过多连杆悬架要达到非独立悬架的耐用度,始终需要保持连杆不变形、不移位,在材料使用和结构优化上是十分考究的

簧下质量与悬架系统的轻量化

前面我们单纯的从结构上对超跑上常见的两种悬架进行了解读,接下来我们说一说有关簧下质量以及悬架系统轻量化对超跑行驶性的影响。

簧下质量通常是指不由悬架系统中的弹性元件所支撑的质量,一般包括有车轮、弹簧、减震器、悬架系统以及其它相关部件等。更小的簧下质量也意味着该车拥有更好的乘坐舒适性,同时悬架系统也会拥有更好的动态响应能力,从而提升车辆的操控性,对于超级跑车而言,减轻簧下质量所追求的就是第二个结果。

我们会看到超级跑车采用各种铝制连杆、轻量化的锻造轮圈、陶瓷式刹车盘等。更轻的簧下质量其实就相当于百米运动员穿着一双超轻的跑鞋,更小的运动惯量带来的是更好的加速性能。那么除了在材料上尽量减重处理外,还有没有其它办法来进一步降低簧下质量呢?

水平悬架系统

通常弹簧和减震器是属于簧下质量的范畴,但是通过巧妙的机械结构可以将它纳入到车身结构上,这就是源于赛车的水平悬架系统。

从图中可以看到采用了推杆式水平悬架系统的兰博基尼LP700,其中每个车轮只依靠一根推杆匹配较硬的弹簧设定来支撑车身重量。这种设计的巧妙在于将原本属于簧下质量的弹簧和减震器划归到簧上质量的范畴里,减轻的簧下质量为车辆提供了更广阔的调校空间,使车辆拥有更好的操控性。

后期调校——在两个极端中寻求平衡点

全文总结:

对于超级跑车而言,具有合理刚性的车身结构是悬架系统得以发挥潜能的先决条件,而现今超跑所使用的悬架结构主要还是集中于双叉臂和多连杆结构上,不过它们在材质的轻量化、悬架结构精准的匹配定位上是普通车辆所望尘莫及的。然而在追求更为极致的操控道路上,相信水平悬架系统在未来会更多的应用于超级跑车上。








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