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别天天吹双叉臂!在推杆悬架面前它只是个弟弟

2020年04月07日 00:25:01
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来源:萝卜报告

法拉利F40GT,一台多么辉煌的车!在它诞生的80年代,凭借着操控优势几乎称霸了所有的赛道以及圈速榜单。

而霸占纽北圈速榜多年的帕加尼Zonda R,除了夸张的空气动力学套件为它提供出色的下压力外,优秀的底盘设计也让它可以在低速弯中牢牢抓住地面,最终才在“纽北”有了惊人的6:47秒成绩。

其实,无论是法拉利F40GT还是帕加尼ZondaR,它俩在悬架上的秘密武器都是一样的,那就是今天要给大家介绍的推杆悬架!

推杆悬架首次亮相是在 1979 年的布拉汉姆BT49 F1赛车上, 独特 的外观让推杆悬架一经出现就引来了不少人的好奇。 隐藏在车身内部的避震单元以及纤细的悬架叉臂,让这种悬架在空气动力学方面极其优秀,一改原来“傻大黑粗”的F1悬架设定。而在推杆悬架诞生的2年后,巴西车手尼尔森·皮奎特也凭借着这项技术带来的优势拿下了本人的 第一个F1世界冠军。

法拉利SF90 前悬架

后来,所有车队都发现了推杆悬挂的神奇之处,并陆续在推杆悬架的基础上加以研发。哪怕是现在最新的F1赛车,悬架部分也依旧是基于初版推杆悬架升级而来的。不过很多车迷在见到推杆悬架后,总会产生这样一个疑问,那就是为何推杆悬架与双叉臂悬架长得如此相像呢?

双叉臂悬架

其实直接看悬架照片就可以发现,无论是双叉臂悬架还是推杆悬架,都是使用了上下两根控制臂(A臂)来限制车轮的运动路径。只不过两者在避震器的摆放位置上有很明显的区别。通常来说,双叉臂悬架的避震器下端安装在下叉臂上,避震桶穿过上叉臂,并通过车上的支点加以固定。

至于推杆悬架,虽然也同样采用了上下两根叉臂控制车轮运动,但与下叉臂连接的避震器却被替换成了一根推杆,而真正的避震器则被完全隐藏在了车身内部。所以说双叉臂与推杆悬架的形式是一样的, 只不过避震机构的设计不同罢了。 那么为何采用不同的避震机构,就能让推杆悬架站在所有悬架形式的顶端呢?

要想知道推杆悬架为什么强大,首先还得从它的工作原理开始说起。 接下来的内 容会稍微有些硬核,但原理很简单,大家只需跟着我一步一步分解着看就能搞明白。

上图是一张最普通的推杆悬架解剖图。根据图片所示,我们可以看到推杆悬架除了拥有与普通悬架相同的叉臂(控制臂)外,还拥有两个额外的零部件,分别是推杆(红色)以及转点(蓝色),而这两个部件才是推杆悬架运动的关键所在。

当悬挂被压缩时,推杆会向上运动, 并将转点往右推动。此时,由于转点底部固定的关系,转点只能通过向右压缩弹簧,才能获取更大的运动空间,如此一来推杆悬架便完成了减震以及压缩。看到这,大家是不是感觉十分简单,那么下面咱们就来看看加入这套悬架结构中不可或缺的防倾杆后会如何。

因为推杆悬架与拉杆悬架的工作原理基本一致,但由于推杆悬架通常采用了与一般悬架相同的防倾杆设计,不利于原理讲解。所以我便用上图这套避震机构通常被布置在上方的拉杆悬架为大家演示,这样会更直观一些。接下来我会继续用箭头一步一步演示这套机构是如何工作的,大家一定跟着我的节奏不要跳步哦!

首先,我们假设车辆进行右转,此时左边车轮压缩便会推动左边的 推杆 (如最左边第一个红色箭头所示)。而被推动的推杆则会顺势带动转点的旋转(如第二个红色箭头所示),给予它一个顺时针旋转的力。

接下来,这股顺时针旋转的力便会拉动弹簧,同时下方的阻尼也会被压缩,进而限制弹簧的回弹,避免出现往复式运动。

此时,由于弹簧被转点拉动,所以与其相连的防倾杆也会因为弹簧的拉动而向前旋转。而旋转的力必然也会影响到防倾杆同轴的右侧,使防倾杆右侧同步向前旋转。

此时由于右边防倾杆向前旋转的关系,所以势必会压缩右边的弹簧,并给予其一个向前移动的力。而在弹簧前移的作用下,右边的转点就会被弹簧向前的力推动,进行逆时针旋转,并压缩右边阻尼。

而当转点逆时针 旋转时,右边的推杆便会被拉动,从而最终给右侧车轮一个向上的拉力,这便是整套悬架的力传导过程。概括来说就是, 当车辆右转,左侧避震被压缩的时候,右侧的车轮就会被往上提拉。

它与普通立柱悬架最大的区别是,普通立柱悬架在右转,左侧悬架被压缩时,右边悬架是呈拉伸下垂状的。而推杆悬架由于左侧车轮压缩的力最终会转化为向上提拉右侧车轮的力,所以右边悬架同样也会被向上压缩。此时因为右侧车轮的压缩上抬,所以车辆的侧倾幅度将会被大幅消灭,最终展现出一个极其平稳的过弯姿态,一个其它悬架形式根本无法与其匹敌的过弯极限。

根据上面的推(拉)杆的工作原理,其实我们已经知道了它的第一个优点,那就是抗侧倾性能出色。并且得益于特殊的悬架结构,推杆悬架的防倾杆实际上是非常短的。那么根据杠杆原理就可以得出,在同等粗度的情况下,推杆悬挂的防倾杆会拥有更好的刚性。

保时捷卡雷拉GT前悬架

此外由于推杆悬架防倾杆较短的关系,所以相比于一般悬架来说,更短的防倾杆也会带来更轻的重量。这对于一台讲究操控的车型来说是至关重要的,并且这也引出了推杆悬架的第二个优点。

不同于传统悬架,推杆悬架多出的转点,可以让重量不轻的弹簧和阻尼拥有更加灵活的摆放方式。无论是机簧一体(外圈弹簧,内圈阻尼)还是分体结构,都能够根据工程师想要的重量配比来安放。与此同时,由于避震器安装在车架上的缘故,原来会直接影响簧下重量的避震器,也将会被计算成簧上质量,取而代之的则是重量轻很多的推杆,这对于整车操控性也会有很大程度的提升。

电动方程式的拉杆悬架

更关键的是,如果工程师想要降低车辆重心,还可以将推杆形式更换成避震机构通常布置在下方,重心更低的拉杆形式,以获得更好的重心控制。

通常来说,普通立柱式悬架的压缩比都是1:1的(压缩比的意思是,悬架压缩幅度与弹簧压缩幅度之间的比值)。 可 对于推杆悬架来说,通过调整推杆的 长度便能更改悬架的压缩 比,适当提高比 例,就 可 以让悬挂在小幅度运动时使用 更 多的避震行程, 从而提 高避 震 系统的灵 敏度,让车辆更加 紧贴地面。

越红阻力越大

此外,推杆悬架还有一个其它悬架无法拥有的优势--空气动力学。对于开轮式赛车来说,车辆悬挂和轮胎带来的空气阻力是最令车队工程师头疼的。其中,轮胎的空气动力效应是很难得到提升的,但悬架部分却留给了工程师们不小的操作空间。

要知道,原来赛车使用的都是传统的双叉臂结构,此时粗壮的避震筒和弹簧便会严重影响气流,这样不仅会带来风阻,同时它们产生的乱流也会打乱后方空力套件的工作节奏。

而当推杆悬架被发明出来以后,原本粗壮的避震筒终于可以被藏进符合空气动力学的车体之内了,同时水滴形的各种叉臂也终于有了疏导气流的作用。

奔驰project one悬架

说了这么多推杆悬架的优点,看起来似乎它已经是一个完美的产物了,但为什么这种悬架会如此冷门呢?首当其冲的问题就是贵,如此复杂的连杆结构势必会带来额外的设计、生产成本。

由于推杆悬架大部分的核心部件都位于车辆中心,这对于前中置发动机的所有车型来说,都会面临一个巨大的麻烦--挤。所以要想在民用车上看见推杆悬架,一般都得找中后置发动机的车型才可以,例如兰博基尼蝙蝠就是采用的推杆悬架。

作为一款诞生在赛车身上的悬架,它的可调节范围自然是要明显好于普通悬架的。不过能调整的参数太多也未必是好事。随着行驶里程的日积月累,悬架几何势必会发生些许变化,这时就需要四轮定位来校准。可面对如此复杂的悬架结构,一般修理厂自然是无法调整的,那么车主在日后使用中就会面临无法维修,或者天价维修 的问题。

人世间,极致的东西,虽美好,但注定小众。 也正因如此,在推杆悬架面世的40多年以来,使用它的量产车屈指可数。但在赛用领域,推杆悬架却有着无可撼动的优势。这足以证明它才是悬架领域金字塔尖的产物,只不过对于普通人来说,推杆悬架还是太过遥远!

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