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曾颖卓节操系列啥车不断轴这次我要为筷子悬 [复制链接]

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新英朗的首试文章里,竟然有一位网友扬言要我对新凯越的悬挂给个说法,否则就认定我在写枪文。而且针对这套后悬挂的留言还有如上截图里这么几条。

没想到啊,我太伤心了。既然不回应就是写枪文,为了自证清白看样子我必须写一篇文章来正面回应了,解释一下筷子悬挂的玄妙之处,其实筷子悬挂也是很努力的。

为了避嫌,我就以和新凯越结构98%相似的凯美瑞来做说明吧,虽然具体车型不同,但道理还是一样的。

凯美瑞在改款车型上投放了不少新的技术,可是那千年不变的筷子悬挂依然健在,虽然这已被竞争对手和媒体同行乱箭射成了马蜂窝,无论是连杆数量还是强壮程度,总是和“减配”这个词脱不了身。

可速腾断轴、翼虎断轴,却从来不见这弱不禁风的筷子会断轴。各大车厂热切期盼的凯美瑞趴窝,一次也没发生,就算像上图一样轮子都撞掉了,三根筷子仍健在。这是为什么呢?

其实这看似脆弱的三根连杆,却是丰田工程师最信赖的一种悬挂结构,工作可靠、成本低廉。用最简单的方式实现最理想的效果,丰田这个抠门大师善用此道。

虽然没断过,可这和手指一样细小的连杆的强度是不是足够呢,总觉得有点心虚啊。说到这个问题,我先让你回家做一个实验,准备好一根牙签和一根筷子,是徒手把牙签拉断或者压断容易,还是把筷子折断容易?

按理说牙签这么细筷子这么粗,肯定是筷子更强壮嘛,但事实是,弯矩(弯折的力)和拉压力相比,弯矩更容易令杆变形,而拉力和压力,只要是顺着杆子本身的方向,基本很难让杆受到破坏。

不会被“掰”的筷子——二力杆

车的后悬挂系统,在正常行驶时会承受六组不同方向、不同类型的力。分别是加速与制动产生的前进后退方向(X轴)、左右转向产生的向左向右方向(车轮轴线,Y轴)、路面起伏弹跳产生的向上向下方向(竖直线,Z轴)的力;车身过弯侧倾产生的绕X轴的力矩,加减速(前驱车的后轮主要受减速作用)产生的绕Y轴的力矩,转弯时车轮前进方向与车身实际行进轨迹的夹角所产生的绕Z轴的力矩。

凯美瑞后悬挂之所以和其他的多连杆悬架采用粗壮厚实的下摆臂的设计风格完全不一样,很重要一个原因是它的悬挂设计,连杆都只受拉或者压的力,工程学上这个叫二力杆。支柱式悬挂的减震器和弹簧安装在后转向节上,因此它们成为了一个整体,两根横向连杆和一根纵向连杆,则是将这个转向节与减震器的整体与车身连接。

上面提到的六组力,其中X轴的力由单纵臂承受,Y轴的力由两根横臂承受,Z轴的力由减震器和弹簧消化;绕X轴的转矩,由双横臂和转向节-减震支柱承受;绕Y轴的转矩,由纵臂和转向节-减震支柱承受;绕Z轴的转矩,由两根横臂一侧拉一侧压承受。

连杆的受力只在两端,中间完全不受弯矩或剪切应力。这种情况就是类似于只是被压和被拉的牙签,只要不用掰的,牙签就不容易断。

从上面这张图可以看到,两根横臂除了传递横向力之外,可以和相邻的部件一同组成“L”型的稳定结构,将车轮的偏摆力矩(也就是车轮转向时车轮的受力)转化为一拉一压两个力,而纵臂除了传递纵向力之外,还和避震器支柱组成可以消化掉车轮旋转力矩(对前驱车的后轮来说主要就是制动力)。

还有很重要的一点,这套后悬挂的连杆全都是直的,它比弯的杆能以更小的直径实现相同的挤压和拉伸强度。还是以牙签来做比喻。把牙签压断的最简单方法就是先把牙签稍微弯折一点,然后再从两端挤压。这时候两头的压力会在弯曲弧的顶点形成一个很大的剪切应力,瞬间就能把牙签“挤”断,这个点就叫应力集中点。而笔直的连杆,本身就不存在应力集中点。

反面的例子,可以看到大众PQ35平台的后上摆臂以及拖臂,或者本田思域、马自达3/福克斯的上控制臂,均为了躲避车架的纵梁而设计成弯刀的形状,因此必须做得更宽更粗,才可以获得相应的强度。

综上所述,因为连杆是直的,并且只受到拉和压应力,连杆才能设计成如此细而简单的形式,悬架整体的刚度得到保证的同时也能最大限度地节约材料,将材料的应用发挥出了最大效能。同时连杆的制造工艺也得到了简化,轻量化的同时也大幅节约了制造和后期维护的成本。

至于为什么是三连杆而不是四连杆或者五连杆四连杆和五连杆是演化自双横臂?三连杆是演化自麦弗逊,于是,三连杆和四、五连杆,本质就是麦弗逊和双横臂的区别。

麦弗逊紧凑高效;双横臂连接点更多,意味着对悬挂的调校宽裕度更高。这就是厂家在悬挂占据的空间和可调校宽裕度方面的权衡了。一句话说,四、五连杆更好,三连杆是独立悬挂的最低消费。

用料扎实有原因

而作为对比,目前采用粗壮下摆臂的后悬挂,都是采用机簧分离的设计。机簧分离的优点是可以将占据体积更大的弹簧布置在悬挂与副车架之间,只有减震器是延伸到轮拱内侧,这样就可以解放出更多的后备箱空间。这是机簧分离设计的唯一优点。

一般来说,弹簧的支承点位于粗壮的摆臂上,那么弹簧对摆臂会有一个向下的压力,摆臂与转向节的铰点,又会给摆臂施加反向的拉力,弹簧压力与转向节拉力之间就会产生让摆臂弯曲的力矩。而且这两个力会随着车身受到的冲击(路面凹凸典型如减速带、桥头跳等)而波动,弯曲力矩也会随之波动。也就是在用忽大忽小的力来“掰”摆臂。

唯一保证摆臂不断裂的方法,就是从优化摆臂的结构入手。为了承受住弯曲力矩而不变形,就得用更大的截面来消化扭矩,采用针对受力方向做优化的异形截面,所以看上去就比较粗壮。

赛车爱用筷子悬挂

那么这种筷子悬挂是不是偷工减料?是不是在开倒车?也许需要更多一些例子来说明。

丰田在年代称雄WRC所用的Celica赛车,就是采用“筷子悬挂”,在WRC这些需要频繁飞跳、大落差、复杂路况的恶劣条件下,依然可以全速飞奔。

斯巴鲁翼豹包括WRXSTi高性能车系,一直到第三代于年发表之前,都在沿用结构相同的悬挂。细细的杆,只要几何设计合理,避免过量弯矩作用在其上,其实是很牢靠的。

再以WRC为例,现在的PoloR、嘉年华赛车,其前后悬挂的摆臂,都是使用钢管拼接的三角形结构,避震器安装在转向节上,而没有使用什么结构复杂的异形截面连杆,足以证明二力杆的高效特性。

还有其他一些二力杆的例子。例如一代传奇跑车法拉利F40,当年还没有碳纤维浴盆式车身,F40的车身还是使用最古老的钢管-三角桁架结构来搭建的。

再说点近的,瑞典怪兽工厂Koeniggsegg,旗下的Agera系列跑车以及马力/重量比1:1的超跑One:1,其前后框架都是用钢管搭建的,足以承受km/h的极速。它们证明了充分运用二力杆只受压或受拉的特性,就能产生拥有极高强度的结构。

绕回来说英朗

接下来我们回到网友所质疑的问题本身,对筷子悬挂的强度和性能的质疑。以上的一段论述相信已经很清楚地说明筷子悬挂不存在强度方面的问题,至于行驶的操控性能和舒适性,那是汽车厂商调校的问题了。

我可以很负责任地告诉大家,在我和YYP一起参与的一次横向对比测试中,新英朗的运动性和舒适性两方面的综合性能,我们都认为比它的竞争对手朗逸要好,甚至比福克斯更“好弯”。你觉得这样还不够吗?

对新英朗悬挂的质疑,除了质疑其系出凯越出身草根之外,还有一种普遍想法,认为瓦特连杆是一套拥有神奇功效的高端玩意,其性能更甚于筷子悬挂。系出草根这种想法普遍存在,我在上文已经用了两千字分析筷子悬挂设计的巧妙之处,如果这时候还揪着它的来源,就真是不能好好聊天了。

更多的纠结其实在于为什么放弃瓦特连杆后悬挂。其实瓦特连杆悬挂本质上只是在扭力梁悬挂的基础上,增加了一对可以消除不规则横向摆动的瓦特连杆,对增加扭力梁悬挂的循迹性有帮助,比单纯的扭力梁悬挂动作会利索一些。但怎么说,它的本质还是扭力梁,无论舒适性还是操控性,调校空间还是比不上独立悬挂的。

再说回赛车,只要一款搭载扭力梁的赛车能改悬挂结构的,只有从扭力梁改成支柱式,从没有从扭力梁改为瓦特连杆的。当年通用决定参加WTCC,就是派出凯越(挂雪弗兰标的Lacetti)参赛,赛车也是采用这种筷子悬挂,却一举打破传统强队宝马的Si、西亚特的LeonTDI的垄断而创建出自己的新王朝,然后才由科鲁兹接棒。

咳咳,科鲁兹接棒之后也没用瓦特连杆悬挂哟,而是使用经改良的扭力梁,然后再运用自己在WTCC的商业号召力去寻求一些赛例的倾斜。

从筷子悬挂到瓦特连杆再回到筷子悬挂,这个过程就像大众速腾,从多连杆到耦合扭力梁再回到多连杆啊,但又有谁认为速腾从扭力梁改回多连杆是一种退步呢,最多就是原地踏步(MQB平台事实上轻量化做得更好)。

所以,我最后想说的是,任何一个品牌都不要对某一个设计做出太过度的包装,否则保不准某一天,还得为放弃这种技术而不知道圆多久的话术……如果没有人迷信瓦特连杆,我连这篇周末加班码的文章都省了。

注:新车评网原创文章,转载请注明出处。

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