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汽车悬架 比发动机技术含量更高?

悬架,先从弹簧说起。

悬架并不是近现代的产物,早在发明车轮之初,悬架系统就有了初步概念。

车的概念在中国最早用于军队,比如千盛之国,就是形容一国国力强大,一乘为四马一车,车上3人,车下72人,后勤25人,是为百人。古时战车的构造十分简单,一般为木制车轮,使用木轴固定。这就构成了早期的悬架系统



由于整体采用硬连接,没有减震、缓冲结构,加之道路状况不佳,所以古时的战车具有一些致命缺点,舒适性极差,行驶稳定性也十分差。即便经过一些小障碍物时,车身也会产生较大起伏。如果战车速度足够快,遇到坑洼后,轻则撞断车轴,重则发生倾覆。于是,人们开始寻找“减震”的装置。

悬架系统的概念

从现代汽车的角度看,悬架系统是指车身与轮胎之间的整个承载结构。它最主要的功能就是支撑车身,随着时代进步,悬架不仅满足于支撑车身,而且承担了舒适性、运动性等驾驶感受的重任。

而今,我们会有“这是宝马”或“这是奔驰”的认知,这是因为这些品牌在悬架系统的调校上拥有丰富的特色和经验,是品牌最重要的竞争力。可以说,悬架系统几乎是整个汽车行业里最考验技术水平的部件,它甚至要比发动机和变速箱更深奥。




悬架系统并非底盘,这是很多人常犯的错误。底盘的概念要大过悬架,是一个很复杂的几何体。底盘的作用是安装汽车发动机以及周边部件、总成,形成汽车整体造型,它大致由传动系、行驶系、转向系以及制动系四部分组成。通常我们说的悬架只是底盘行驶系(车架、车桥、车轮、悬架)中的一部分。

目前悬架系统可以大致分为非独立悬架和独立悬架,这两种悬架又有不同的分类,至于两者各自的优势,后面文章会具体解释。无论哪一种悬架,其最终都离不开弹性元件、导向机构以及减震器。这其中弹性元件以及减震器的作用又尤其大。

弹性元件的分类

出于对减震考虑,人们率先发明了片状弹簧,其采用的大致是由钢带绷紧的辐条式结构,同时人们也把目光转移到车轮上,寻求突破。自行车发明后,速度越来越重要,减震变得迫不及待。约翰?邓禄普因此发明了充气式轮胎,安德烈?米其林随后发现充气式轮胎有一些缺陷,比如跳动等。

这种跳动其实就是早期弹簧的概念,也是后来诞生防倾杆等扭杆弹簧的原因。最初的一段时间,车辆上最常使用的弹性元件便是片状弹簧。片状弹簧最先被发明有它深层次的原因,横向刚性而且价格低廉。



片状弹簧现在又称钢板弹簧,它利用的是数片长度相同或不同的弹簧片组成的略弯曲的弹性梁。这类弹簧在受力时不仅可以依靠自身形变,而且可以依靠弹簧片之间的摩擦抵御外力。

钢板弹簧虽然制造简单,但其舒适性很差,重量较大,对车辆纵向空间要求较大。更重要的是,这类弹簧形变不大,也就导致车轮上下形变轨迹受限,不灵活。因此,这类弹簧目前主要应用在载重较大的车辆上,比如商用载货汽车以及纯越野车型上。


螺旋弹簧诞生时,时间已经来到了20世纪中期,这种弹簧最初被应用在重型车辆上,但随后受到青睐。原因是,这类弹簧的阻尼系数不仅固定,而且可以定制。人们可以根据不同的需求,对弹簧的疏密进行更改,以满足不同需求。


最常见的弹簧是圆形螺旋弹簧,它的结构十分简单,占用空间也十分小,重量轻,吸收能量也较高,是目前绝大多数车辆使用的弹簧类型。

更高一阶的是空气弹簧,目前被应用在高端豪华车型上,它利用的其实是在可伸缩密闭容器里充入不同量空气这一原理。这种弹簧可以通过充入压缩或排出空气,实现弹簧的伸长和压缩。

目前高端车型采用的空气弹簧大部分可控,通过空气压缩机、蓄压器、控制单元以及前后桥车身高度传感器等控制车身姿态。如果车辆急加速,感应器接收到信号之后会传送给控制单元,控制单元则会控制后悬空气弹簧变硬,以保证车辆不至于抬头,保持良好的驾驶姿态。



如果高速行驶,空气弹簧还可以降低车身高度,从而保证车身重心下降以提高空气下压力和减少车底乱流通过,营造更好的驾驶感受。

扭杆弹簧最常见的便是车辆的防倾杆了,它利用的是金属弹性元件保持原状的能力。防倾杆最重要的功能是保证操控的平衡,限制过弯时车身侧倾以及改善轮胎的贴地性,也就是抑制我们常说的跳动情况。扭杆弹簧直接应用在车辆上作为悬架已经不常见了。



减震器与弹簧相辅相成

车辆只有弹簧是不可行的,因为弹簧不能吸收能量,它只是作为一种缓冲存在。将瞬间的产生的力转换成长时间较小的力,驾驶质感依然不会太好。这就需要减震器了。


减震器的最主要的目的是抑制弹簧吸收力之后反弹给车身的震荡。它可以最大程度的吸收冲击,保证车辆行驶的平稳性。我们日常见到的减震器都与弹簧结合在一起。结构类似于发动机气缸,只是减震器内部充满了粘稠的油液,活塞上也布满了小孔,一旦弹簧接收到地面的冲击,巨大的压力会使活塞挤压油液,油液便会从活塞的孔里渗透,最终完成吸收能量的过程。不过,随着科技的进步,减震也已经不再拘泥过去油液的方式了。最新比较知名的减震器有凯迪拉克的MRC主动感应悬架,其实它隶属于可变阻尼减震器,它的阻尼可以根据不同情况而发生变化。


之所以如此,是因为它采用的是一种可以磁化的软铁颗粒,这种微粒常规状态下是液态,具有油液的特点,不过在添加磁场后,这些磁化软铁微粒可以以特定的顺序排列,变成像钢材一样的硬连接,增加悬架刚度。至于磁场,可以通过电磁铁实现,而电磁铁的强度则可以通过电流大小调节,最终减震器越来越智能。

小结

悬架的概念看似简单,其实大有门道。这些弹簧的设计力度、安放角度,减震器的力度、角度以及其他横臂、纵臂的角度和受力,是一项巨大的工程,因此,才出现了市面上不同驾驶感受的汽车,可以说,悬架系统的调校是整车中最需要技术的部分。



          
 
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