爱车的诺诺

预约电话
4000-089-081

诺诺课堂:悬架扫盲06-什么决定了悬架的材质?【经典科普巡礼】

写在前面

上一集里讲了所有悬架的公理,即“5个约束和1个自由度“,好几个诺粉提问:应该是限制了4个,留了2个自由度吧?因为轮子是可以旋转的。

这个问题只有看了帖又仔细思考的诺粉才会提出来。其实这里混淆了概念,我们讨论悬架自由度时,对象是车轮支架,也就是车轮背后那个不会转的架子(下图中的蓝色部件),它连接各个拉杆,车轮轴承就是装在它上面的。这个玩意如果能转的话,悬架杆子就拧成麻花了。因此请坚定地记住“约束5个自由度,只留1个上下跳动“。

理解了约束和自由度,你对悬架家族的认知就将告别“麦弗逊、多连杆、双叉臂…”这种单纯的结构分类,开始从名词层面进入物理层面了。


诺诺课堂:悬架扫盲06-什么决定了悬架的材质?「经典科普巡礼」


图:宝马3系前悬架结构图

麦弗逊悬架的结构

麦弗逊悬架的诸多优点,使它在60多年来仍保持了惊人的出场率,并在新技术的帮助下持续演进。

上到宝马M3、保时捷911,下到五菱之光面包车,都可以见到它的身影,不难解释为什么有人说它NB,也有人说它低劣,完全取决于如何断章取义。

这么经典的东西备受冤屈,实在看不下去。在这一集里,诺诺将继续白话技术,深入浅出地聊汽车技术。


诺诺课堂:悬架扫盲06-什么决定了悬架的材质?「经典科普巡礼」


图:悬架家谱(诺诺V1.0版)

这是一张诺诺总结绘制的悬架家谱,你在任何教科书和网络上一定没见过(略弯的连杆为转向拉杆,看不清的话可以单击图片放大)。

其实,前独立悬架就这两大流派,各自遵循了悬架的核心公理而不断演进,并都朝着连杆化的趋势发展。至于大家朗朗上口的“多连杆悬架”,究其本质,就是双叉臂演化而来的,我们只要把这两大家族的元老——A1(经典麦弗逊)和B1(经典双叉臂)说清楚了,其他悬架类型就可以几句话说明白了。

经典麦弗逊悬架最大的特征就是,下部有A字托臂(简称“A臂“)来控制车轮跳动,减振器上端自由连接车身,同时起导向作用。如下图所示,由于减振器兼顾了导向作用,约束了两个自由度,因此省了两根控制臂!


诺诺课堂:悬架扫盲06-什么决定了悬架的材质?「经典科普巡礼」


图释:经典麦弗逊悬架示意图(奥迪A3)

下图是麦弗逊悬架的简化示意图,工程师可以利用这个视角的简化图,做很多基础的分析和计算。


诺诺课堂:悬架扫盲06-什么决定了悬架的材质?「经典科普巡礼」


图:麦弗逊悬架遇到单侧起伏路面时

诺诺课堂:悬架扫盲06-什么决定了悬架的材质?「经典科普巡礼」


图:减振器对外倾角的约束(弹簧未画)

上图就很形象地说明,车轮为什么不能出现蓝色箭头方向的摇摆,因为减振器把这个自由度“锁住”了。因此减振器必须设计得足够强壮,否则在巨大的侧向力下,会“弯掉”的(黄色箭头处)。麦弗逊悬架的汽车在车轮处发生侧撞时,减振器几乎逢撞必弯,就是这个道理。

同样的原理,减振器还约束了车轮滚动方向的悬架自由度,我就不画插图了,粉丝们略加思索即可了解。

总之,敢跟麦弗逊混的减振器,必须是专门设计的皮实货,不但能减震,还能扛得住剪切力和弯矩。活塞杆在各个角度的弯折力下,丝毫不影响减振筒顺畅抽插,内外油封的技术和耐久度也必须过硬。看,两根连杆省下来的成本,一部分去了减振器,另外的去了开发和调校(如果真心要调校好的话)。

麦弗逊悬架强在哪?

终于把麦弗逊悬架的结构说清楚了,既然这个悬架这么牛,优势必须够多:

1)最大特点就是简单,只需要两个主要部件(作为滑柱的减振器+A臂),零件少,所以可靠性高。这是麦弗逊悬架与生俱来的优势。

2)同样也是因为零件少,整个悬架的跳动部分就更轻,就更有利于驾控制。如果说下图的多连杆悬架有5根控制臂跟着轮子一起跳,那么麦弗逊悬架就只有2根(1根A臂+1根转向拉杆)。除此之外,图中还多出一根粗大的“脊梁骨”,用于连接所有连杆(下图6号零件)。仅在这一点上,如果多连杆悬架还敢用铁材质,那就已经输给麦弗逊了。


诺诺课堂:悬架扫盲06-什么决定了悬架的材质?「经典科普巡礼」


图:奥迪的多连杆悬架示意图

大家是不是瞬间明了,为什么多连杆前悬架基本都是铝制的了吧?都是被麦弗逊逼的啊!而麦弗逊悬架呢,用铁没问题,用铝就更好。就跟AK47步枪一样,远不如M4A1精贵,但它赢在设计,照样世界名枪。

这个跳动部分的重量有个专业术语,叫“簧下质量”,它越轻,对提升操控和安全就越有利,以后再跟大家详聊为什么。

3)空间紧凑,尤其是悬架上部占用空间少。节约出来的机舱空间允许设计师使用更大的发动机。小型车可以配中型发动机,中型车也装得下大个发动机哦,横竖都可以布置,动力总成的匹配障碍小多了。

4)控制臂(A臂)基础平面大,应力分散,所以受力极限高。换句话说,在相同的受力极限下,这种设计允许零件使用更少的材料。制造成本也低,对制造公差也不敏感。

既然说到应力这个问题,那就花点笔墨聊清楚。

下面是两种墙体挂钩结构,明显第一个就容易折断,因为挂钩根部有锐角凹陷,造成了应力集中;第二个挂钩在根部采用了大面积圆弧设计,应力分布均匀,有更高的强度。


诺诺课堂:悬架扫盲06-什么决定了悬架的材质?「经典科普巡礼」


图:避免应力集中的案例

麦弗逊悬架的下摆臂平面大,加上各种圆角设计后,就可以分散应力,使下摆臂有更高的强度(如下图右侧);相比之下,采用拉杆结构的应力就比较集中(如下图左侧),所以说,轻量化的结构都是有代价的。


诺诺课堂:悬架扫盲06-什么决定了悬架的材质?「经典科普巡礼」


图:拉杆和A臂的应力对比

生活中当然也有需要应力集中的地方,比如包装袋边缘的切口,其实就是故意制造了一个应力集中点,稍微用力就可以突破包装袋的强度,轻松撕开。至于设计了多个切口(锯齿边)的包装,显然就更加适合于黑灯瞎火、手忙脚乱的场景中了。


诺诺课堂:悬架扫盲06-什么决定了悬架的材质?「经典科普巡礼」


图:避孕套包装的锯齿边

在后面的篇章中,我们会经常用到“应力”的概念,诺诺会给大家分析,为什么有的悬架拉杆只有筷子粗细,有的却又跟胳膊一样粗?仅仅是偷工减料么?

好了,言归正传。大家有没有发现,这些优势都是麦弗逊悬架的天生优势,也就是说,只要你选择了麦弗逊,这些优点就归你了。别忘了,我们还没有涉及参数调校,车子的道路表现就看工程师的功力和车子的底子啦,如果调校得当,车子就可以跟手跟脚,锦上添花。

说到调校,诺诺又想扯扯闲话了。“调校”这两个字对很多国内汽车企业而言,简直就像一个魔方。7、8年前,我刚回国时,圈内人普遍觉得“国产车不需要调校”,核心总成都是成熟车型的,搬来就用,不需要再调。即使有问题,也是供应商应该搞定的。所以,当时我们给人调试验车都是义务劳动。几年后,逐渐有车企意识到了拿来主义的弊端,开始以系统的眼光去认识整车,知道了调校的重要性,也愿意为调校埋单了。

现在,更多的车企已经苏醒,他们舍得花钱,经常请洋人来做测试和调校,一天两万元差旅补贴,一份测试报告卖上百万元不算稀奇(我出一份相同的报告,还是中文版,还会耐心地讲解辅导,直到甲方工程师彻底明白,还包具体改进,却只能收20万!)。虽然有点气人,但说明中国车企终于肯花钱调车了,这是理念的巨大进步。当然这些费用最后都是消费者身上的羊毛,所以我从第一集里,就呼吁大家看汽车成本的时候不要只看材料是铝还是铁,这里还有无数汽车工程师的心血和不眠之夜。

既然一个东西要调校,那么结果出现好坏之分就是正常的。同样是采用麦弗逊悬架的车,有开起来很棒的,也有开起来很烂的。之后诺诺在悬架课堂高级篇《操控魔方》中,会详细聊到悬架的调校的终极密码,并保持诺式风格:

知识高度平齐顶尖车企核心技术,

文章难度不超全国诺粉平均节操。

(横批:必须扩散!


优势聊到这里,不过诺诺好像没提到麦弗逊悬架有成本优势哈,因为我不觉得“成本低”是所有麦弗逊悬架的优势。如果你想把一套麦弗逊悬架调校到配得上“BMW”这三个字母,所花的精力和费用,绝不会便宜的。

下集预告

在下一集里,诺诺将聊聊麦弗逊悬架的短板,哪些地方是它玩不过双叉臂和多连杆悬架的,相信大家同样期待吧?

意见反馈 (有什么对爱车的诺诺说的,请尽情发言!我们等待您的反馈)
Copyright © 2012-2018 NuoNuo Co., Ltd All Rights Reserved 沪ICP备14008763号-1 沪公网安备 31011802001334号 电子营业执照
在线客服
咨询热线:4000-089-081
扫描二维码
即可预约下单