車身剛性對(duì)懸架的影響

【科技】作為唯一接觸地面的車輛部件——輪胎，工程師們經(jīng)常會(huì)在任何路況下對(duì)其進(jìn)行調(diào)整和設(shè)置，使其達(dá)到最大抓地力，從而保證車輛具有出色的駕駛性能和駕駛操控性。連接輪胎和車身的懸掛系統(tǒng)，決定了它能否發(fā)揮如此高效率的作用。尤其是對(duì)于超級(jí)跑車來(lái)說(shuō)，可以想象極致的懸架結(jié)構(gòu)和精準(zhǔn)的匹配定位對(duì)于車輛的性能有多重要。

●剛度合理的車身是懸架有效的基礎(chǔ)。

無(wú)論懸掛系統(tǒng)有多復(fù)雜，最終都會(huì)連接到車身上。如今，鋁空結(jié)構(gòu)和碳纖維單殼結(jié)構(gòu)的車身逐漸成為超跑的趨勢(shì)。它們不僅能有效減輕車身重量，更重要的是提高了車身的剛性，也就是所謂的不易變形的能力，這對(duì)于距離超車千里之外的懸架設(shè)置來(lái)說(shuō)是極其重要的。

車輛在道路上行駛時(shí)，通常無(wú)法用肉眼觀察到車身的任何變形。但實(shí)際情況是車身不斷受到來(lái)自地面的沖擊，同時(shí)車輛在各種極端運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下也會(huì)產(chǎn)生一定的扭曲變形。雖然這個(gè)變化可能只有幾毫米，但當(dāng)超出合理范圍時(shí)，車輛的操控往往會(huì)帶來(lái)“翻天覆地”的變化。

作為矛盾的綜合體，車輛總是需要在兩個(gè)極端之間選擇最和諧的“黃金分割”?？傊挥袑④嚿碜冃慰刂圃诤侠矸秶鷥?nèi)，才能充分發(fā)揮精心調(diào)整懸架的潛力。

●懸架的物理結(jié)構(gòu)具有先天的決定作用。

大馬力、高扭矩和大范圍的持續(xù)峰值功率輸出都是超跑的基礎(chǔ)，但車輛最終的動(dòng)力釋放還是需要通過(guò)輪胎與地面的接觸來(lái)獲得回報(bào)，良好的懸架設(shè)置可以最大化動(dòng)力的產(chǎn)出。

雖然我們經(jīng)常說(shuō)后期調(diào)整的重要性，但在設(shè)計(jì)階段，懸架物理結(jié)構(gòu)的選擇往往對(duì)超跑起著先天的決定性作用，這是最重要的。與普通車輛相比，超級(jí)跑車對(duì)懸架結(jié)構(gòu)和設(shè)置的變化更加敏感，因此有必要在合理懸架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)整。超級(jí)跑車最適合的懸掛結(jié)構(gòu)是什么？

雙叉臂/多連桿懸架結(jié)構(gòu)

——雙叉臂懸架

雙叉臂懸架對(duì)每個(gè)人來(lái)說(shuō)都不陌生。它可以在許多普通車輛中找到，但同時(shí)它也是最適合超跑的懸掛形式。

“標(biāo)準(zhǔn)雙叉臂懸架結(jié)構(gòu)”

標(biāo)準(zhǔn)雙叉臂懸架由兩個(gè)A形臂組成。上下“A”形臂負(fù)責(zé)吸收側(cè)向力。因?yàn)槿c(diǎn)可以決定一個(gè)平面，所以雙叉臂作為前懸架時(shí)，轉(zhuǎn)向橫拉桿作為第三點(diǎn)，作為后懸架時(shí)，需要一根橫拉桿。在結(jié)構(gòu)上，雙叉臂懸架是最強(qiáng)的獨(dú)立懸架。其中，上下A型臂具有類似三角形的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，不僅有足夠的抗扭強(qiáng)度，而且上下叉臂可以為車輛提供良好的側(cè)向支撐，在高速轉(zhuǎn)彎時(shí)可以為車輛提供更精確的定位。

車輪的四個(gè)定位參數(shù)對(duì)車輛的行駛性能，尤其是車輛的操縱性能有很大的影響。在車輛運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，這些數(shù)值隨時(shí)都在變化。一旦超出合理范圍，車輛的操縱性能將大大降低。雙橫臂懸架中的這些定位參數(shù)都是精確可調(diào)的，由于雙橫臂結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)之初就具有很高的自由度，工程師可以合理設(shè)計(jì)雙A型臂的鉸接點(diǎn)和長(zhǎng)度，從而減小定位參數(shù)的變化范圍，從而提高車輛的整體操縱穩(wěn)定性。

“瑪莎拉蒂GT的前后懸架均為雙叉臂結(jié)構(gòu)。”

車輛懸架結(jié)構(gòu)的初衷是始終使輪胎與地面的接觸面積最大，也就是說(shuō)，只要車輪定位參數(shù)的變化值較小，車輪在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中就能與地面在較大范圍內(nèi)保持一定的垂直角度，從而具有更好的地面接觸性能，所以時(shí)至今日，前后叉臂式懸架仍然是大多數(shù)超級(jí)跑車的首選形式。

-多連桿懸架

多連桿懸架通常是指由三個(gè)或三個(gè)以上連桿組成的懸架結(jié)構(gòu)。由于每個(gè)連桿都可以為車輪提供定位，這種懸掛結(jié)構(gòu)可以使車輪有更可靠的行駛軌跡。

以常見(jiàn)的五連桿后懸架為例。它的五個(gè)連桿是:主控制臂、前定位臂、后定位臂、上臂和下臂。它們分別向各個(gè)方向施力。例如，當(dāng)車輛左轉(zhuǎn)時(shí)，后輪的位移方向與前方向盤(pán)的位移方向正好相反。如果位移過(guò)大，車身會(huì)失去穩(wěn)定性和擺動(dòng)性。這時(shí)，前后定位臂的功能開(kāi)始顯現(xiàn)，它們主要是約束后輪的前束角，使其在可控范圍內(nèi)；相反，由于后輪前束角被約束在可控范圍內(nèi)，如果后輪外傾角過(guò)大，會(huì)降低車輛的橫向穩(wěn)定性，因此在多連桿懸架中增加了約束車輪上下的控制臂，一方面可以更好地定位車輪，另一方面也進(jìn)一步提高了懸架的可靠性和韌性。

因?yàn)檎噙B桿懸架有很多連桿，連桿可以對(duì)車輪進(jìn)行多方面的控制，所以在后期的調(diào)整中可以更加精準(zhǔn)細(xì)致地對(duì)車輪進(jìn)行匹配定位。然而，為了實(shí)現(xiàn)從屬懸架的耐久性，多連桿懸架總是需要保持連桿不變形和不位移，這在材料使用和結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面非常復(fù)雜。

輕量化/水平懸架結(jié)構(gòu)

●懸架系統(tǒng)的簧下重量和輕量化

前面我們從結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單解讀了超跑中常用的兩種懸架。接下來(lái)，我們將談?wù)劵上轮亓恳约拜p量化懸掛系統(tǒng)對(duì)超跑的影響。

簧下重量通常是指懸架系統(tǒng)中沒(méi)有彈性元件支撐的質(zhì)量，一般包括車輪、彈簧、減震器、懸架系統(tǒng)等相關(guān)部件。更小的簧下重量也意味著汽車具有更好的乘坐舒適性，懸架系統(tǒng)也具有更好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，從而提高了汽車的操控性。對(duì)于超級(jí)跑車來(lái)說(shuō)，減少簧下重量是第二個(gè)結(jié)果。

我們會(huì)看到超級(jí)跑車使用各種鋁制連桿、輕質(zhì)鍛造輪圈、陶瓷剎車盤(pán)等等。較輕的簧下重量其實(shí)相當(dāng)于100米運(yùn)動(dòng)員穿了一雙超輕跑鞋，較小的慣性帶來(lái)更好的加速性能。那么，除了盡可能減輕材料的重量，還有沒(méi)有其他方法可以進(jìn)一步減輕簧下重量呢？

●水平懸掛系統(tǒng)

通常，彈簧和減震器屬于簧下重量的范疇，但它們可以通過(guò)巧妙的機(jī)械結(jié)構(gòu)整合到車身結(jié)構(gòu)中，這就是賽車的水平懸掛系統(tǒng)。

從圖中我們可以看到蘭博基尼LP700采用推桿水平懸掛系統(tǒng)，其中每個(gè)車輪只依靠一根推桿配合硬彈簧設(shè)置來(lái)支撐車身重量。這種設(shè)計(jì)的巧妙之處在于，將原本屬于簧下重量的彈簧和減震器歸入簧上質(zhì)量的范疇，降低的簧下重量為車輛提供了更寬的調(diào)節(jié)空空間，使車輛具有更好的操控性。

*調(diào)整后----尋求兩個(gè)極端之間的平衡

全文摘要:

對(duì)于超級(jí)跑車來(lái)說(shuō)，合理的剛體結(jié)構(gòu)是懸掛系統(tǒng)發(fā)揮潛力的前提。然而，如今用于超級(jí)跑車的懸架結(jié)構(gòu)主要集中在雙叉臂和多連桿結(jié)構(gòu)上，但在輕量化材料和懸架結(jié)構(gòu)的精確匹配定位方面，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于普通車輛。但在追求更極致操控的同時(shí)，相信未來(lái)水平懸掛系統(tǒng)會(huì)更多應(yīng)用于超級(jí)跑車。