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汽车悬挂设计浅谈:这些冷知识真有趣,要是你看得懂的话

2018-12-26 13:58 来源: 驾仕派

汽车悬挂设计浅谈:这些冷知识真有趣,要是你看得懂的话

在很多人眼里,悬挂就是吸收路面起伏的装置,让车坐起来更舒适。虽然这么说也算不上错,但毕竟还是太肤浅,当中很多有趣的东西值得一说。

首先看汽车的轮毂:如果轮毂不受任何限制,也即是说,它完全独立于车身,将会如何动作?

答案是,轮毂将有六种基本运动模式,我们称之为6个自由度。

在三维空间中,可以用XYZ轴精准定位任何坐标,所以6个自由度可被描述为:①沿X轴的运动;②沿Y轴的运动;③沿Z轴的运动;④X-Y平面内的转动;⑤X-Z平面内的转动;⑥Y-Z平面内的转动。

汽车悬挂设计浅谈:这些冷知识真有趣,要是你看得懂的话

对轮毂来讲,我们希望它只有1个自由度。为什么?

假设轮毂有两个自由度,这车就没法开了,因为轮毂会朝着两个不同的方向独立运动。举个例子,当你经过减速带,车身不止上下弹跳(这是正常的),还会前后肆意晃动,你想开这样的车吗?

所以必须控制自由度。说到“控制”,并不是让5个自由度完全固定,这里讲的控制,是利用控制臂,将轮毂与车架连接起来,这样一来,轮毂在各个方向上的运动就能相互影响。自由度依然会变化,但不再各自为阵了,一个自由度的改变会迫使另一个自由度紧跟着改变。

简单的例子:两个数值变量P和Q,他们加起来是两个自由度。现在我们引入一个“限制”:P+Q=10,在此之下,P和Q的数值并不固定,但只要P值一变,Q值就必然跟着变。于是,该体系现在只剩下1个自由度了。

一般来说,一个独立的控制臂可以限制1个自由度;因此要让轮毂只剩下1个自由度,我们需要总计5个控制臂。这就是为什么某些车型标榜自己有多连杆或者五连杆的原因。以双叉臂悬挂为例,通过5个控制臂的限制,使得整个系统只有1个自由度。

汽车悬挂设计浅谈:这些冷知识真有趣,要是你看得懂的话

为什么我们不干脆固定6个自由度?

这就等于把轮毂直接装在车架上,路面所有的颠簸都硬生生传递到车厢,那样开起来就过于硬核了,是吧?这就是为什么没人见过六连杆悬挂。

下面我们简要介绍一下拖拽臂悬挂

这套悬挂采用实心控制臂,一端与底盘有两个铰接点(因此只能在二维平面中“摇曳”),另一端固定在轮毂上。

由于控制臂与车架之间有两个铰接点,因此施加了两个限制,被控制臂固定的轮毂相当于限制了3个旋转自由度。因此整套系统的自由度等于6-2-3=1。

汽车悬挂设计浅谈:这些冷知识真有趣,要是你看得懂的话

这是最原始的悬架,20年前应用广泛,90年代之前很多保时捷跑车(最高到964)都用这类型的后悬。这方面最骚气的要数雪铁龙2CV,看看它的前后悬,都是拖拽臂。

汽车悬挂设计浅谈:这些冷知识真有趣,要是你看得懂的话

它过弯时侧倾非常明显,注意看车轮的外倾角。

汽车悬挂设计浅谈:这些冷知识真有趣,要是你看得懂的话

拖拽臂悬挂最大的优势是它的极简设计和低廉成本。但是缺点也很明显:当遇到颠簸时,车轮后倾角就会改变,你不会想要这样的操控特性(后倾角决定直线行驶稳定性和转向回正力度)。此外,行驶过程中,车轮外倾角也没法自行优化。因此自上世纪90年代起,车企们纷纷对其进行了改进,研发出了许多变种。

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