為什麼前橫置布局的車輛不將引擎放置在前軸後方?

在對比採用前縱置布局的馬自達 MX-5 和其他採用前橫置布局的家用車時,發現 MX-5 從車頭到方向盤的距離並不比其他橫置布局的車長,唯一的不同是 MX-5 的前輪更偏前,即前懸更短。既然四缸引擎能縱置在 MX-5 這種小車的前軸後方,而橫置布局又比縱置更加節省縱向空間,那麼普通家用車將引擎橫置在前軸後方理論上是可行的。那麼為什麼這種可以取得更好重量分配和車身比例的布局非常少見,而大多數廠商都選擇將引擎布置在前軸前方呢?


這個問題很好。最近忙到飛起,寫東西有點少了,不過不得不說。讓我慢慢來解釋這個問題。

首先,汽車有四個輪子,為了讓車能平滑的轉向,左右輪的轉角是不一樣的,見下圖,我們稱這個轉角為阿克曼轉角。

但實際上由於車輛轉向時,由於慣性力作用,外側車輪受力更多,因此車子的兩個輪子的夾角是介於阿克曼轉角和平行之間的。這樣能夠平衡兩個前輪提供的側向力,平衡兩輪磨損情況。

由於車輛在小轉角時一般速度較高,而大轉角時一般是停車之類的情況,慢慢走,所以車輪小轉角更接近平行,而大轉角更接近阿克曼轉角,一般會在20%到80%阿克曼轉角之間變化。

因此前輪轉角關係是幾乎確定的。為了實現這個轉角,工程師們就要設計一套連桿機構,讓兩個車輪轉角達到設定目標。這就是轉向梯形的作用。由於前輪相對轉角控制要求很精確,因此轉向梯形就幾乎沒有調整的可能性,各個車型都差不多。

為了把發動機放到前軸後側去,我們試著對轉向機構做下改動。

先來看下轉向機,大多數車輛的轉相機就是一組齒輪齒條,拉著轉向橫拉杆。而轉向橫拉杆拉著轉向搖臂。顯然,齒條需要一定長度行程。

我們知道,大多數橫置車型的轉向機在後部,而發動機在前面。這也導致車子前懸很長,很多時候顯得低檔。如果發動機往後掛,驅動軸在前面,好像確實好看很多。但是轉向機確實是個大麻煩。發動機變速器一大坨,在下部,一般轉向管柱穿不過去。但有些小發動機,或者電動車,好像是可以鑽過去的(特斯拉就是這麼乾的)。

但對於發動機來說,就算鑽過去也會很偏,我車子好像能往右轉,但往左轉行程好像就不夠了!

我們能不能把轉向橫拉杆減短呢?並不行。轉向橫拉杆長度是有要求的,一般在下部,轉向橫拉杆要和下擺臂等長,這是為了保證輪胎上跳時輪胎的角度。不然輪胎一跳起來,車子就會轉方向,運氣好的話,一起跳,也會造成輪胎磨損。

好吧,我們把減速器放上面去,發動機很高我知道,可是變速器不高啊,放上面去我能放中間。但這對於橫置機常用的麥弗遜懸架來說也是不行的。因為橫拉杆的高度實際上是這個高度下上下擺臂的等效長度(連到橫拉杆和轉向節連接點的跳動瞬心),麥弗遜懸架沒有上擺臂,是個支點,可以等效為一個無限長度的上擺臂,因此橫拉杆越往上,需要的長度也越長。

如果是雙叉臂的懸架,就不會有這種問題。我見過一款比較老的橫置發動機汽車採用了高位布置轉向機,但是忘記那款了。

既然轉向機無法放在前面,如果我保持轉向梯形兩邊角度不動,向後平移轉相機和橫拉杆呢?根據幾何學原理,車輪轉相同角度,需要橫拉杆移動的位移也就越長,也就是說轉向機的齒條需要根據比例拉長。齒條長度又不夠了。

如果只移動轉向機,不改橫拉杆的前點呢?這會造成兩個問題,一個是橫拉杆與齒條的角度變大,傳力不好。另一個更致命一些,很容易就會把轉向搖臂和橫拉杆拉成180°,這樣造成機構死點,車輪就推不回去了。

以上是轉向系統會遇到的問題,其他的問題,比如在發動機皮帶輪系側,由於驅動軸會佔用很大一坨空間,壓縮機和發電機一般會放在與驅動軸相反的方向。如果驅動軸在前部,這些東西只能放後面,不好修。再想想可能還有別的吧。轉向系統問題最嚴重,在理論上是無法解決。這應該就是原因吧。


一定要把前橫置發動機布置在前軸後方,工程上沒問題,但是注意轉彎半徑

把前軸前移,發動機(4缸)退到前軸後,包括變速器在內橫向寬度能解決,散熱不是問題(水道風扇燈依然布置在車頭),轉向也能解決(比如英菲尼迪的線控專線或賓士G那樣的循環球是轉向),車身潰縮區也設計的出來。

但是...

此時前軸離發動機防火牆距離已經很遠很遠了。而為了駕駛員腿部空間,中控台設計不能太短,不能像部分縱置發動機布局的駕駛室那樣中間從兩側偷空間。悲催的是,為了保證座艙空間,就不得不加長軸距。

最終的結果是,一輛車長不到4.7米的家轎,為了能在空間上不輸給現在2.7米軸距的車型,軸距極有可能達到2.9米。2.9米的軸距,那感人的轉彎半徑不用形容了吧?原本一把就能掉頭過去的路都倒一把,酸爽吧?


我們來看馬自達MX-5的透視圖。MX-5軸距2330mm,車身長度4020mm。神車GK5軸距2530mm,車身長度4065mm。

也就是說,GK5和MX5車身長度幾乎一樣,但是多出20厘米的軸距,就多出一排空間。如果MX-5加一排,那軸距要多長呢?還能愉快的攻山嗎?

(GT-R LM是前中置前驅布置的偉大嘗試,讓我們來為nismo的勇氣和心理承受能力點贊!失敗不可怕,你是蠟燭,犧牲了自己照亮了後來人不要走這條路~~)


這個真的有

Toyota iq

都怕了沒!發動機 變速箱 都在前軸後方。

這貨還有阿斯頓馬丁貼牌版的!


理論上是可行的,但前橫置引擎在絕大多數情況都是為了減少成本,增加車內空間。要是真的那麼需要前後配重比,自然而然就用縱置了,沒有必要特意繞個彎路做個橫置的前中置,成本又高,又佔用(相當大的)空間。

像奧迪大眾(包括一些同平台的保時捷賓利)用縱置還前驅已經很奇葩了。


題主問的是為什麼不把前橫置前驅車車頭長度不變的情況下,把前軸前移,發動機放到前軸後,以取得更好的重心布置,進而得到更好的操控性。

而回答里除了幾個講各種散熱潤滑,變速箱,方向機等部件的布置稍微靠譜之外,剩下的都在答非所問,甚至有幾個在講前驅後驅的,堪稱班門弄斧。


【不懂車,強答。】

已經幫題主邀了XYGO。

卞老闆那個答案,我沒看懂跟問題有什麼相關性……

題主的意思應該是以現有的FF結構直接前後翻轉180°進而縮短前懸來改變視覺效果和前後重心分布。

一個猜想,不一定對。歡迎評論。

畫了個示意圖,如果按題主的設想把動力包挪到前軸後面,那傳動機構就得扔到前面……然後通過複雜的連桿控制變速箱,然後轉向機構的布置也是個大問題?研發、製造成本和可靠性都要受到影響。

所以說,現階段能被採用的方案都是最優解啊~~汽車也好,其他工業品也好。

後記

將來要是用上了純電子毫無機械連接的方向盤和檔把(這個已經有了),就像大猩猩所說的「wifi控制」,說不定這個布局也行得通?


我大概懂點,說不好大家看在妹子的份上別噴昂。

我覺得是發動機不止是發動機,發動機還要連接變速箱,還有減速器傳動這一大坨。

Mx5和寶馬大多車都是縱置的,縱置車變速箱侵入駕駛室,也就是佔據中間空間,不影響座椅和前排腿部空間。傳動軸更是在車底,不影響空間。

橫置發動機如果放到前軸後面,這一大坨佔用的空間很大。駕駛室就沒有位置了。

而且發動機要散熱,軸前不能放太多東西,這樣亂七八糟的潤滑,散熱系統也要佔前軸後的空間。

最後造出來的車就是空間很小,同樣軸距空間沒法總。除非造不要空間的性能車才可以這樣設計。所以家用車不這樣做。


雖然說這麼多年過去了,大家似乎都忘了當時為什麼把發動機放在前面

但是我們可以通過分析一台把發動機放在後面的車,來看一下發動機放在後面有什麼「問題」

從而反向推導出為什麼汽車發動機是前置的

這輛車叫豐田iQ

這是一台和賓士Smart競爭的產品,豐田開發的。在法國巴黎和smart一樣有相對較高的能見度

IQ與Smart有一個本質上的區別是,Smart是通過後置後驅來實現「超小型汽車」

而IQ是通過前置(?)前驅的方式

從第一張圖可以看到發動機的位置是調過來了。可以大幅削減前懸的長度

但問題也隨之而來:

  1. 動力總成離駕駛踏板更近了,碰撞安全受到影響(發動機潰縮比較小)
  2. 發動機進排氣僅可以設置前排氣,對散熱稍有影響
  3. 轉向機的位置被擠占
  4. 空調系統的尺寸將會受到擠壓

所以在後面幾張圖中,豐田解釋了轉向機是如何修改的(頂置轉向機), 空調箱的尺寸被大幅縮小(這個邏輯在PSA的車裡也有體現),然後騰出了一點空間給副駕駛,副駕駛前移動後,后座的空間大了一些

未完待續


不是做布置的,簡單說一下我的看法,對於一般的前橫置前驅車來說,操控並不是最需要考慮的性能;

發動機連上變速器,變速器輸出軸驅動車輪,變速器的輸出軸應該在車輪中心之上,這樣的話動力總成基本也就壓在前軸以上了,算上變速器輸入軸與輸出軸之前的水平距離,動力總成也就是在前軸稍微靠前一點了。

貌似也只能這麼布置了。


這玩意算嗎?中置、橫置、前驅


你是要前排鋸腿嗎 各個加長軸距的車型就不是拉長後門了,而是加長前門


估計一會題主@王兆洋 就會來發一個長篇答案來自問自答了。

大概不會是釣魚吧。


如果不明白後驅車的前懸和輪距比例關係,只能是東施效顰

前置後驅車之所以前懸短是為了增大腿部空間

這是阿斯頓馬丁

這是Z8

這是Z4

同樣是前置發動機,由於奧迪的發動機更靠前,駕駛員坐姿更高,所以不需要長前懸

同樣是FR布局的豐田86,因為發動機更靠前,所以比MX5更短

前驅車前置發動機 後置輪子 可以有效利用車頭前懸的空間,增大腿部空間,降低坐姿,加大潰縮區,增大前輪軸荷增加牽引力

這是FR布局的MX5,為了低坐姿的腿部空間,必須縮短前懸

這是賓士SUV 高坐姿長前懸

這是一輛橫置布局的MR車 ,倒著看就是一輛前置輪子的前驅車 ,你可以看到原來放腳的位置已經沒有了,在軸距不變的情況下,勢必要後移前排,減少後排的乘坐空間,如果換成高坐姿三明治車身的賓士A級,那後排就只能坐哈士奇了


旁友,橫置前驅基本都是家用買菜車,走街串巷側方停車倒車入庫,發動機在前軸前相比在前軸後的轉彎半徑更小,可以參考公交車的前後懸設計理念。


橫置發動機的幾大優點:

1.動力輸出直接,傳動效率高

2.佔用空間相對小,給乘務人員提供了更大的乘坐空間。

橫置發動機多用於:

小型緊湊級車,中級車和少量豪華級車

這些車不都是寸土寸金,急需為人員提供更大空間

而性能取向則顯得不那麼重要

所以經過取捨,按照你的想法去做。

【班門弄斧,有問題請不吝賜教】


這個太好回答了,因為放不進去,各種原因放不進去,放進去了犧牲太大


我們來看圖要不要

可以實現嗎 可以的 無非就是發動機轉向系統卡鉗布置換個位置

有必要嗎 沒有吧

我覺得更多考慮的是空間吧

然後說設計 如果前懸超級短的 那這台車就和狗屎一樣,,太丑了

如果保持原來的前懸長度 那麼就是空間浪費,還是要在前面設計一個前備廂

圖片來自 《車身結構與設計》


作為一名資深鍵盤俠,說說我的理解吧,說的不對的地方歡迎指出。

分兩點說:

  1. MX-5前懸為什麼這麼短?

MX-5為了追求操控性,發動機是縱置後驅布局。同時要做到50:50的前後配重比,發動機布置在前軸後方也是必然。其次Roadster小跑的屬性(車身尺寸:3915*1730*1235)也決定了駕駛員的低矮坐姿。為了給前排的腿部拓展空間,前輪必然前移。這樣就導致前懸比一般的車要短。這個 @卞老闆 已經在答案中給出了詳細的說明。

2. 為什麼普通家用車將引擎布置在前軸前方?

普通家用車不需要過分最求操控性,更不用追求50:50配重比,所以多數都是橫置前驅。橫置布局跟縱置布局比雖然節省了縱向空間,但是卻比縱置布局需要更多的橫向空間。比如:

這是縱置發動機布局(MX-5)

這是橫置發動機布局(Axela)

另一方面,轉向軸都存在主銷內傾角和主銷後傾角,所以懸架系統(如連桿、彈簧、減震器等)整體是向車身的內後側布局的,再加上兩側的車架縱梁,副車架等結構,實際留給發動機艙的橫向空間就更有限了。

縱向空間不足,咱可以把車頭加長;但是橫向空間不夠的話,就不能隨意增加車寬了。怎麼辦?那就避開這個位置咯。把動力總成整體往前移,錯開懸架位置,目前看來是最簡單有效的解決方法。這樣做帶來的另一個好處就是轉向系統不用繞到前軸前側,結構簡化了,成本也能降低。至於前軸後側的空間,可以布置電瓶、進氣管路、各種油液泵等,剩下的空間空著,還利於機艙散熱。

綜合來說,在不考慮操控的前提下,目前動力總成橫置布置在前軸前側是最優解。

當然也有個別的奇葩,比如說NISSIAN GTR LM NISMO,硬是活生生地把發動機放在了前軸之後。結果...

想像一下,如果這樣的外形用在家用車上...

WTF?


既然選擇前橫置布局,大部分都是屬於家用車範疇,對日用駕駛操控基本沒有要求。

如果非要前移前軸,後移發動機,還要多出來傳動軸傳動,成本上升不說,傳動效率也下降,車重也上升了,得不償失


ff橫置發動機不在前軸的前方或者後方,而是在它的水平上方(等同於)


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