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【諾諾課堂】這才是麥弗遜懸架的真正硬傷!(懸架掃盲07)

寫在前面

之前說了麥弗遜懸架那麼多的優勢,今天該揭短了。

吐槽麥弗遜懸架的文章隨處可見,但感覺「專家們」都沒說到點兒上,多在斷章取義,或者是為了結論去湊文章。今天看看諾諾提到的這些短板,算不算獨家揭秘?

麥弗遜懸架的劣勢

如果想把懸架的優劣徹底說清楚,就得牽扯很多附加知識。因為主旨掃盲,我會在一些地方做簡化,幫助大家先看清方向。如果想追根究底,體驗底盤調校令人窒息的魅力,那就一路追帖追到高級篇《操控魔方》吧,專為汽車狂人和改裝粉而寫!

1

車輪外傾角受懸架高度影響較大

嚴格的說,這一點不算劣勢,只能說「比較考驗調校」,調好了不輸別人,調不好,開起來就會覺得不對勁。對於沒有追過《完美輪上調校》系列的諾粉,得快速普及一下車輪外傾角的概念。

車輪外傾角(Camber)很好理解,就是車輪朝外倒的角度,專業說法是「偏離豎直平面的角度」。

圖:車輪外傾角

一般轎車的車輪都往裡面倒的,也就是外傾角<0,下圖是寶馬新3系的車輪外傾角實測(-0.9度)。

圖:寶馬320i的車輪向內傾斜

車輪為啥就不能乖乖地垂直於地面呢?說清這個問題足夠寫兩集,今天只要記住,懸架高低變化時,車輪外傾角變化越小越好,這也是衡量好壞懸架的一個基本考核方向。

圖:車輪跳動時外傾角的變化

上圖就是一個真實案例,車輪發生上下5cm跳動時,外傾角的變化達3.22度,對於操控性能車而言,這已經是很嚇人的變化咯!

提前劇透一下,如果是下圖這樣的雙叉臂懸架,無論如何跳動,都可以做到外傾角恆定哦,大家看得明白吧?(平行四邊形原理哈!)

圖:雙叉臂懸架的跳動模擬

那麼,裝麥弗遜懸架的車子咋辦呢?通過CAE技術,工程師對車輪跳動的範圍進行了劃分,以跳動範圍±5cm為例,(-2cm,3cm)屬於重要區間,日常用車和中等激烈程度駕駛都會訪問到。在這個區間里,考慮到駕駛穩定性,外傾角最好呈現比較穩定的輕微負值。(選取這一段作為常用區間,還有出於其他參數的考量,日後再聊)

超出這個區間的概率很小,被視為極端情況。如,過度回彈時外傾角變化劇烈,會造成行駛不穩定;或者過度壓縮時車輪嚴重內倒,會造成側向附著力下降,這些問題雖然會影響駕控,但這個時候,其他參數發生走樣(如側滑、前軸太重,座椅包裹不夠)對駕控造成的綜合影響更加引人注目,所以失調的外傾角已經不那麼凸顯了。

因此,工程師們實際上只需要重點優化懸架行程的某一段,就可以讓一台家用轎車的日常駕駛性能和主觀體驗明顯提升,通常並不需要全局均勻施力。這樣,省下來的精力可以去攻克其他系統的突出問題,比如想辦法增強路面的反饋,讓駕駛者更有信心。這就是取捨藝術在汽車工程上的演繹,和田忌賽馬一個道理。

視野決定格局,此話一點不假。現實工作中,很多工程人員因為視野和知識面狹窄,只懂或只關心自己負責的領域,在根本不是瓶頸的地方花費了很多精力和時間,對車輛整體性能的提升卻並不大。因此,諾諾主張用全局的眼光剖析汽車技術。一個優秀的汽車工程師,無論主攻哪個零件,他對汽車理論和系統知識的掌握都應該是讓人欽佩的。

2

不適合使用較寬的前輪

較大的主銷內傾角會導致轉向特性惡化。對於麥弗遜懸架而言,限制了主銷內傾角,就等於限制了前輪寬度。

這裡得簡單科普一下主銷內傾角。看下圖,簡單地講,前輪轉向就是圍繞這根軸動作的,這根軸就叫主銷(King pin),國王軸?看英文就知道NB了吧,它就是轉向時,車輪繞著旋轉的那根軸。

圖:主銷內傾角

這個「國王軸」為毛要設計成內傾呢?簡單的說,就是想在車輪轉向時,人為製造車身的抬升。壞處是轉向時會更費勁(自己舉自己嘛),好處是回正時會有重力效用輔助方向盤迴位,在車子開起來後,方向盤的回位感會更強。

主銷內傾還有一個好處,就是為輪胎的內側讓出了一些空間,減振器不容易蹭到輪胎(如下圖)。

圖:車輪和減振器可能干涉

凡事過猶不及,這個軸內傾不能太多,否則轉向特性就走樣了。因此麥弗遜懸架留給輪胎的寬度是有限的,安裝太寬的輪胎就可能蹭到減振器。

好在後驅車往往不需要太寬的前輪,因此寶馬、賓士表示對此劣勢並無壓力。

聊到這裡,一定有人會建議用輪距加寬法蘭,或特殊偏距的輪轂來解決寬胎干涉的問題。請粉絲們先忍一下,我今後會跟大家聊改裝盲區之「越改越爛」時,一定不會忘記詳聊寬胎這個話題的。

圖:減振器上的避讓坑(新奧迪A3)

當然,在一些討巧的設計中,減振器筒身上還做出了輪胎避讓坑,可以繼續為車輪讓出幾毫米的空間。看上圖的設計,工程師彷彿在說:「我們已經儘力了!」

3

通常不適合低矮車身

同樣是因為主銷內傾角不能太大的原因,彈簧為了避讓車輪,一般都設計在車輪的上方,因此引擎蓋高度至少是車輪高度加彈簧高度(還得留有安全距離,如下圖左側),對於講求操控的低矮車身而言,就很難採用麥弗遜懸架。

圖:麥弗遜懸架示意圖

上圖是諾諾選取的兩個實例,僅僅是採用了不同的懸架結構,塔頂高差16cm,加之運動型轎跑的座艙高度較低,車頂高差達22cm。別忘了,跑車的離地間隙和車輪跳動空間都小於常規轎車,所以最終兩者的車高差距可以到30cm!下去的是30cm,上來的可是滿滿的B格和成倍的身價!

不過,諾諾還是在量產車中找到了例外!(見下圖)

圖:保時捷Boxster的前懸架

這是第二集里show過的新款Boxster前懸架,雷打不動的麥弗遜式。它採用了一種新穎的設計,把彈簧小頭朝下安裝,就節省出了一些側向空間,在不碰到車輪的前提下,彈簧可以裝得更低,引擎蓋和車身也因此可以更低。

圖:Boxster的低矮麥弗遜懸架結構(右)

為了讓大家看的更清楚,我繪製了一個剖面圖(上圖),左邊是常規麥弗遜,右邊是Boxster的改進版,大家看出玄機了吧?

看看上圖白色箭頭所指的地方,是不是已經很薄了?大家再對比一下小區里看到的其他家用車,同樣是用麥弗遜懸架的,這裡有多少距離。工程師再次用行動證明「哥真的儘力了」!

對了,大家有木有發現保時捷都有一個造型特徵?——左右葉子板高於引擎蓋。為啥呢?就是因為早期的麥弗遜懸架高啊,葉子板必須挺拔一些,否則包不住前懸架啊。其他地方做低矮一些,兼顧跑車的空氣動力學性能。這個迫不得已的設計避讓,後面竟然成為家族特徵保留了下來。

以前就知道這個原因的諾粉舉個手?

4

剎車點頭明顯

這也是麥弗遜懸架的硬傷,雙叉臂和多連桿懸架都有極好的先天基因來抵抗制動點頭(當然,大前提是調校到位哈!)。使用麥弗遜懸架的運動型轎車,為了減弱制動點頭,只能單純地靠降低車身重心來挽回顏面。對於這種優劣對比的問題,通常你會看到兩種表述方法:

1)雙叉臂和多連桿懸架可以有效控制剎車點頭,麥弗遜懸架成本低廉卻先天不足,採用麥弗遜懸架的車子只能指望通過降低重心來挽回一點顏面;

2)一般說來,汽車的重心越低,剎車點頭越輕微,因此低重心的運動型轎車可以大膽使用麥弗遜懸架,享受它所帶來的諸多好處;而對於重心較高的車子,為了減輕剎車點頭,不得不採用昂貴而複雜的雙叉臂或多連桿懸架。

諾粉們喜歡聽哪種?哈哈,這兩種說法明顯同理不同音,採用哪種就取決於作者想站在什麼立場上說話了,在技術圈向來充滿妥協和平衡,汽車技術也不例外,作為技術諾粉要學會體會文字背後的道理。

寫在後面

平心而論,要對一個經典的東西提出質疑時,遠不是舉起來瞅一眼那麼簡單,必須深入全面地了解後才能一下點到要害。而事實上,在技術這條路上探索得越深,下結論就會越謹慎。

《懸掛掃盲》前6集發表後認識了不少新粉絲,有些是剛工作的工程師,有些是在校大學生,還有學生方程式車隊的隊員……竟然還有家車企挖出了我的聯繫方式,請我去給他們的新車型調懸掛。承蒙各位厚愛,諾粉圈真是人才濟濟且充滿驚喜。只要大家認為有用,我會繼續寫下去。

追帖預告

聊完了麥弗遜懸架的諸多硬傷,以及工程師的折中處理方案,後面很快就該進入雙叉臂懸架的環節了。雙叉臂和多連桿懸架在很多方面超越了麥弗遜結構,為工程師提供了更加豐富的調校空間,曾被認為是無所不能的懸架結構。其實聰明的諾粉已經可以從今天的帖子里看到雙叉臂和多連桿懸架的一些優點了吧?

當然,麥弗遜懸架也不斷地引人探索和改進,如果大家還有興趣,我可以介紹高檔車使用的某些改進型麥弗遜懸架,或者專門剖析一兩款採用麥弗遜懸架的車子,講講調校的實戰應用。

昨天成都諾粉「felix大熊貓」說想聽聽懸架設計對滾動中心的調校,這也是一個很有意思的話題,值得一聊!諾粉們還有什麼想法,都可以在評論中給諾諾留言,同事會替我搜集整理的。

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