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。
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:
- 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)
- 發動機進排氣僅可以設置前排氣,對散熱稍有影響
- 轉向機的位置被擠占
- 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:
- 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)
推薦閱讀:
※發動機是如何與車體連接的,焊接,螺絲連接還是鉚接?
※汽車為什麼要有指針式速度表和轉速表? 顯示數字不是更直觀和準確嗎?
※日系車的懸掛真的如視頻講的那般弱?
※其他行業哪些正在應用的科技或創意也應該應用到汽車上?
※汽車方向盤為什麼是全圓的 不是方形或者半圓?