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汽車懸架 比發動機技術含量更高?

懸架,先從彈簧說起。

懸架并不是近現代的產物,早在發明車輪之初,懸架系統就有了初步概念。

車的概念在中國最早用于軍隊,比如千盛之國,就是形容一國國力強大,一乘為四馬一車,車上3人,車下72人,后勤25人,是為百人。古時戰車的構造十分簡單,一般為木制車輪,使用木軸固定。這就構成了早期的懸架系統



由于整體采用硬連接,沒有減震、緩沖結構,加之道路狀況不佳,所以古時的戰車具有一些致命缺點,舒適性極差,行駛穩定性也十分差。即便經過一些小障礙物時,車身也會產生較大起伏。如果戰車速度足夠快,遇到坑洼后,輕則撞斷車軸,重則發生傾覆。于是,人們開始尋找“減震”的裝置。

懸架系統的概念

從現代汽車的角度看,懸架系統是指車身與輪胎之間的整個承載結構。它最主要的功能就是支撐車身,隨著時代進步,懸架不僅滿足于支撐車身,而且承擔了舒適性、運動性等駕駛感受的重任。

而今,我們會有“這是寶馬”或“這是奔馳”的認知,這是因為這些品牌在懸架系統的調校上擁有豐富的特色和經驗,是品牌最重要的競爭力。可以說,懸架系統幾乎是整個汽車行業里最考驗技術水平的部件,它甚至要比發動機和變速箱更深奧。




懸架系統并非底盤,這是很多人常犯的錯誤。底盤的概念要大過懸架,是一個很復雜的幾何體。底盤的作用是安裝汽車發動機以及周邊部件、總成,形成汽車整體造型,它大致由傳動系、行駛系、轉向系以及制動系四部分組成。通常我們說的懸架只是底盤行駛系(車架、車橋、車輪、懸架)中的一部分。

目前懸架系統可以大致分為非獨立懸架和獨立懸架,這兩種懸架又有不同的分類,至于兩者各自的優勢,后面文章會具體解釋。無論哪一種懸架,其最終都離不開彈性元件、導向機構以及減震器。這其中彈性元件以及減震器的作用又尤其大。

彈性元件的分類

出于對減震考慮,人們率先發明了片狀彈簧,其采用的大致是由鋼帶繃緊的輻條式結構,同時人們也把目光轉移到車輪上,尋求突破。自行車發明后,速度越來越重要,減震變得迫不及待。約翰?鄧祿普因此發明了充氣式輪胎,安德烈?米其林隨后發現充氣式輪胎有一些缺陷,比如跳動等。

這種跳動其實就是早期彈簧的概念,也是后來誕生防傾桿等扭桿彈簧的原因。最初的一段時間,車輛上最常使用的彈性元件便是片狀彈簧。片狀彈簧最先被發明有它深層次的原因,橫向剛性而且價格低廉。



片狀彈簧現在又稱鋼板彈簧,它利用的是數片長度相同或不同的彈簧片組成的略彎曲的彈性梁。這類彈簧在受力時不僅可以依靠自身形變,而且可以依靠彈簧片之間的摩擦抵御外力。

鋼板彈簧雖然制造簡單,但其舒適性很差,重量較大,對車輛縱向空間要求較大。更重要的是,這類彈簧形變不大,也就導致車輪上下形變軌跡受限,不靈活。因此,這類彈簧目前主要應用在載重較大的車輛上,比如商用載貨汽車以及純越野車型上。


螺旋彈簧誕生時,時間已經來到了20世紀中期,這種彈簧最初被應用在重型車輛上,但隨后受到青睞。原因是,這類彈簧的阻尼系數不僅固定,而且可以定制。人們可以根據不同的需求,對彈簧的疏密進行更改,以滿足不同需求。


最常見的彈簧是圓形螺旋彈簧,它的結構十分簡單,占用空間也十分小,重量輕,吸收能量也較高,是目前絕大多數車輛使用的彈簧類型。

更高一階的是空氣彈簧,目前被應用在高端豪華車型上,它利用的其實是在可伸縮密閉容器里充入不同量空氣這一原理。這種彈簧可以通過充入壓縮或排出空氣,實現彈簧的伸長和壓縮。

目前高端車型采用的空氣彈簧大部分可控,通過空氣壓縮機、蓄壓器、控制單元以及前后橋車身高度傳感器等控制車身姿態。如果車輛急加速,感應器接收到信號之后會傳送給控制單元,控制單元則會控制后懸空氣彈簧變硬,以保證車輛不至于抬頭,保持良好的駕駛姿態。



如果高速行駛,空氣彈簧還可以降低車身高度,從而保證車身重心下降以提高空氣下壓力和減少車底亂流通過,營造更好的駕駛感受。

扭桿彈簧最常見的便是車輛的防傾桿了,它利用的是金屬彈性元件保持原狀的能力。防傾桿最重要的功能是保證操控的平衡,限制過彎時車身側傾以及改善輪胎的貼地性,也就是抑制我們常說的跳動情況。扭桿彈簧直接應用在車輛上作為懸架已經不常見了。



減震器與彈簧相輔相成

車輛只有彈簧是不可行的,因為彈簧不能吸收能量,它只是作為一種緩沖存在。將瞬間的產生的力轉換成長時間較小的力,駕駛質感依然不會太好。這就需要減震器了。


減震器的最主要的目的是抑制彈簧吸收力之后反彈給車身的震蕩。它可以最大程度的吸收沖擊,保證車輛行駛的平穩性。我們日常見到的減震器都與彈簧結合在一起。結構類似于發動機氣缸,只是減震器內部充滿了粘稠的油液,活塞上也布滿了小孔,一旦彈簧接收到地面的沖擊,巨大的壓力會使活塞擠壓油液,油液便會從活塞的孔里滲透,最終完成吸收能量的過程。不過,隨著科技的進步,減震也已經不再拘泥過去油液的方式了。最新比較知名的減震器有凱迪拉克的MRC主動感應懸架,其實它隸屬于可變阻尼減震器,它的阻尼可以根據不同情況而發生變化。


之所以如此,是因為它采用的是一種可以磁化的軟鐵顆粒,這種微粒常規狀態下是液態,具有油液的特點,不過在添加磁場后,這些磁化軟鐵微粒可以以特定的順序排列,變成像鋼材一樣的硬連接,增加懸架剛度。至于磁場,可以通過電磁鐵實現,而電磁鐵的強度則可以通過電流大小調節,最終減震器越來越智能。

小結

懸架的概念看似簡單,其實大有門道。這些彈簧的設計力度、安放角度,減震器的力度、角度以及其他橫臂、縱臂的角度和受力,是一項巨大的工程,因此,才出現了市面上不同駕駛感受的汽車,可以說,懸架系統的調校是整車中最需要技術的部分。



          
 
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