這次跟大家研究一下關於主銷的設計。研究主銷的角度一般都是針對轉向輪而言。主銷Kingpin(又稱大王銷)是指前輪轉向所圍繞的轉向的虛擬的軸心。一般麥弗遜車型主銷就是塔頂和下球頭的連線,而雙搖臂和直橋式的就是上下球頭的連線。大部分汽車其主銷並不是垂直地面的而是帶有一定角度的,主要分為主銷後傾(Kingpin Caster)和主銷內傾(Kingpin Inclination)。
主銷後傾(Kingpin Caster)它指的是從側面看車輪時,主銷往車輛的後方傾斜。主銷後傾的作用是讓車輪的接地點處於主銷延長線的後方,這樣車輪就會靠行駛時的滾動阻力被向後拉,這樣車輪的方向就會產生自我修正的趨勢。而主銷中心線的接地點與車輪中心地面投影點之間產生前後距離。一般而言,主銷後傾角度越大,其產生的方向修正力矩也就更大。
圖:主銷後傾(Kingpin Caster)它指的是從側面看車輪時,主銷往車輛的後方傾斜。一般車都會使用正的主銷後傾角增加前輪直線行駛穩定性。
圖:主銷延長線的接地面和輪胎的實際接地面之間的距離就是主銷後傾能加強前輪自動修正能力的秘密。
圖:一般前輪或後輪驅動的汽車由於前輪是主動輪,因此主銷後傾角會偏小以降低扭力轉向的現象。
圖:後輪驅動的汽車會使用較大的主銷後傾角增加前輪(從動輪)的直線指向性。
主銷後傾也有其他特性。當你打轉向過彎時,內側轉向輪角度越大,傾角就會向正傾角擺動。而外側轉向輪的傾角就會加大負傾角的趨勢,從而能夠在彎中有更理想的車輪貼地角度。但另一方面,由於外側車輪相對懸掛會有向上移動的趨勢,內側車輪會下移,因此隨著轉向打得越多,車身傾側程度也會越厲害,代表著更大的重心轉移和外側車輪會承受更大的壓力。對於前驅車而言,過大的主銷後傾會增加扭力轉向的趨勢,而後驅車則需要較大的主銷後傾以增加自我修正力度,以增加自我修正的幅度和速度。一般而言前驅和四驅車會將主銷後傾設置在3-4度提升轉向反應和降低扭力轉向特性;而後驅車會設置在4-10度以提升直線行駛穩定性。後驅飄移車和拉力車甚至會使用更大的主銷後傾以提升修正速度和力度。
圖:一般飄移賽車和拉力賽車上由於需要快速的大幅度修正方向,因此會使用相當大的主銷後傾角加強自動修正效果。
圖:場地賽車特別是前驅賽車則會使用較小的主銷後傾角。
調校主銷後傾,麥弗遜的車型可以通過使用可調塔頂進行調節,而雙搖臂就可以通過調節下搖臂的主銷後傾可調拉杆,或者使用可調節的下搖臂進行調節。
圖:對於麥弗遜車型,最簡單的調整主銷後傾角的方式就是利用可調魚眼塔頂。
圖:使用分體式下擺臂的下懸掛也可以改變Caster拉杆來調整主銷後傾角。
圖:這類一體式下擺臂可以通過調整下擺臂和副車架的連接位實現主銷後傾角的變化。
圖:圖為bbi為保時捷911推出的可調式下擺臂,主銷後傾可以多段可調。
除了主銷後傾以外,還有主銷內傾(Kingpin),是指從正面看車輪時,主銷往車輛的內側傾斜呈「八」字形狀。而主銷中心線的接地點與車輪中心地面投影點之間產生距離,即兩點之間的距離稱為主銷偏距(Scrub Radius)。如果主銷重心線接地點比投影點靠外,就為負偏距;更靠內則成為正偏距;重合就為0偏距。由於主銷向內傾斜,當車輪繞著主銷迴轉時,輪胎的最低點將低於地平面,而根據反作用力,地面比車輪更堅硬,所以車身會因受力而被適度頂起,而當車輪迴正時,這個力會被釋放,從而輔助車輪迴正。
圖:主銷內傾(Kingpin),是指從正面看車輪時,主銷往車輛的內側傾斜呈「八」字形狀。而主銷中心線的接地點(紅線)與車輪中心地面投影點(黑線)之間產生距離,即兩點之間的距離稱為主銷偏距(Scrub Radius)。
圖:主銷是看懸掛轉向時上下兩端球節的連線,而不是看避震的角度。
而調節主銷內傾的更重要的原因,就是因為要降低主銷偏距造成的影響。一般負的主銷偏距能夠增加剎車的穩定性和減輕打方向的力量,原廠街車大多數都使用負的主銷偏距。而一些賽車和性能車則會使用正的主銷偏距,以提升駕駛路感和反應(當車輪抓地力變差時方向變輕,車輪抓地力增加時方向變重),同時增加方向盤的回正力度。但過大的主銷偏距則有相當不好的影響。
圖:可以看到較大的主銷內傾角在轉向時車輪會向正傾角變化。
一些改裝車會在前輪使用相當大的Offset的輪圈,或者使用相當厚的法蘭墊片來增加前輪的輪距,這就變相增加了主銷偏距的量。過大的主銷偏距會導致打轉向時車輪發生前後擺動的狀況導致車頭會因為打轉向而發生偏移,剎車時也會發生方向不穩定和俗稱「方向盤打手」的現象。同時轉向時會很容易發生整體抓地力丟失而打滑,特別是在溼滑的地面上更甚。於是就需要利用增加主銷內傾的角度來抵消所增加的主銷偏移。
圖:寶馬奔馳等汽車為了降低主銷偏距,會在下擺臂使用雙球節的設計。可以通過幾何活動獲得虛擬的轉向中心變相將下球頭連接點向外移動,增加主銷內傾角。缺點就是會產生活動死點,轉向不能打太大。
圖:Hellaflush玩家前輪都喜歡使用較大Offset的輪圈,此舉會增加主銷偏距,會導致前輪轉向時抓地力缺失,剎車時也會容易跑偏。
圖:過大的主銷偏距也會導致轉向時前輪向前後擺動,除了會更容易刮葉子板以外,轉向角度也被限制得更小導致轉向半徑和靈活性下降。
但過大的主銷內傾也有負面影響。因為主銷內傾在轉向時會減少內傾角,從而降低轉向時的抓地力。這時候就需要使用更大的主銷後傾來抵消。一般而言主銷後傾會比主銷內傾角更大,以保證轉向時產生正的傾角增益。因此部分講究的改裝車都會選擇換裝更長的下控制臂來增加輪距和增加傾角,而取代使用更大Offset輪圈和使用加厚法蘭帶來的負面影響,喜歡玩姿態和Hellaflush的朋友尤其要注意。
圖:由於需要很寬的輪距,和避開極限轉向角度時車輪會和搖臂幹涉,飄移車都會使用較大Offset的輪圈,因此主銷偏距也很大。
圖:減少主銷偏距的影響的方法就是使用定製的加長搖臂,同時設定更大的主銷內傾角。
一般調節調校主銷內傾角,麥弗遜的車型可以通過使用可調塔頂進行調節,而雙搖臂就可以通過調節可調上搖臂進行調節。不過需要注意的是這種調節方式會改變傾角。如果需要不改變傾角的前提下改變主銷內傾數據就需要使用改裝的羊角進行。不過還是要提一下最好的方式還是使用加長的下擺臂,就能解決很多問題。
圖:如果對性能有相當要求的話,改變主銷的角度最佳方式就是使用可調的下搖臂組。
圖:不少性能迷會將原廠搖臂的下球頭部分外延,增加輪距之餘也能降低主銷偏距。
圖:Kazama Auto為JZX100推出的加長35mm下搖臂。
結論:主銷後傾和主銷內傾都提升直線穩定性,主銷後傾和主銷內傾要同時調節,前者數據可以比後者大。過大對輪胎抓地力會有反效果。車輪Offset和法蘭墊片越厚主銷偏距越大前輪越不穩定需要調節主銷後傾和主銷內傾減少,最佳方法是使用長搖臂代替法蘭墊片。