法拉利F40GT,一臺多麼輝煌的車!在它誕生的80年代,憑藉著操控優勢幾乎稱霸了所有的賽道以及圈速榜單。
而霸佔紐北圈速榜多年的帕加尼Zonda R,除了誇張的空氣動力學套件為它提供出色的下壓力外,優秀的底盤設計也讓它可以在低速彎中牢牢抓住地面,最終才在「紐北」有了驚人的6:47秒成績。
其實,無論是法拉利F40GT還是帕加尼ZondaR,它倆在懸架上的秘密武器都是一樣的,那就是今天要給大家介紹的推桿懸架!
推桿懸架首次亮相是在1979年的布拉漢姆BT49 F1賽車上,獨特的外觀讓推桿懸架一經出現就引來了不少人的好奇。隱藏在車身內部的避震單元以及纖細的懸架叉臂,讓這種懸架在空氣動力學方面極其優秀,一改原來「傻大黑粗」的F1懸架設定。而在推桿懸架誕生的2年後,巴西車手尼爾森·皮奎特也憑藉著這項技術帶來的優勢拿下了本人的第一個F1世界冠軍。
法拉利SF90 前懸架
後來,所有車隊都發現了推桿懸掛的神奇之處,並陸續在推桿懸架的基礎上加以研發。哪怕是現在最新的F1賽車,懸架部分也依舊是基於初版推桿懸架升級而來的。不過很多車迷在見到推桿懸架後,總會產生這樣一個疑問,那就是為何推桿懸架與雙叉臂懸架長得如此相像呢?
雙叉臂懸架
其實直接看懸架照片就可以發現,無論是雙叉臂懸架還是推桿懸架,都是使用了上下兩根控制臂(A臂)來限制車輪的運動路徑。只不過兩者在避震器的擺放位置上有很明顯的區別。通常來說,雙叉臂懸架的避震器下端安裝在下叉臂上,避震桶穿過上叉臂,並通過車上的支點加以固定。
至於推桿懸架,雖然也同樣採用了上下兩根叉臂控制車輪運動,但與下叉臂連接的避震器卻被替換成了一根推桿,而真正的避震器則被完全隱藏在了車身內部。所以說雙叉臂與推桿懸架的形式是一樣的,只不過避震機構的設計不同罷了。那麼為何採用不同的避震機構,就能讓推桿懸架站在所有懸架形式的頂端呢?
要想知道推桿懸架為什麼強大,首先還得從它的工作原理開始說起。接下來的內容會稍微有些硬核,但原理很簡單,大家只需跟著我一步一步分解著看就能搞明白。
上圖是一張最普通的推桿懸架解剖圖。根據圖片所示,我們可以看到推桿懸架除了擁有與普通懸架相同的叉臂(控制臂)外,還擁有兩個額外的零部件,分別是推桿(紅色)以及轉點(藍色),而這兩個部件才是推桿懸架運動的關鍵所在。
當懸掛被壓縮時,推桿會向上運動, 並將轉點往右推動。此時,由於轉點底部固定的關係,轉點只能通過向右壓縮彈簧,才能獲取更大的運動空間,如此一來推桿懸架便完成了減震以及壓縮。看到這,大家是不是感覺十分簡單,那麼下面咱們就來看看加入這套懸架結構中不可或缺的防傾杆後會如何。
因為推桿懸架與拉杆懸架的工作原理基本一致,但由於推桿懸架通常採用了與一般懸架相同的防傾杆設計,不利於原理講解。所以我便用上圖這套避震機構通常被布置在上方的拉杆懸架為大家演示,這樣會更直觀一些。接下來我會繼續用箭頭一步一步演示這套機構是如何工作的,大家一定跟著我的節奏不要跳步哦!
首先,我們假設車輛進行右轉,此時左邊車輪壓縮便會推動左邊的推桿(如最左邊第一個紅色箭頭所示)。而被推動的推桿則會順勢帶動轉點的旋轉(如第二個紅色箭頭所示),給予它一個順時針旋轉的力。
接下來,這股順時針旋轉的力便會拉動彈簧,同時下方的阻尼也會被壓縮,進而限制彈簧的回彈,避免出現往復式運動。
此時,由於彈簧被轉點拉動,所以與其相連的防傾杆也會因為彈簧的拉動而向前旋轉。而旋轉的力必然也會影響到防傾杆同軸的右側,使防傾杆右側同步向前旋轉。
此時由於右邊防傾杆向前旋轉的關係,所以勢必會壓縮右邊的彈簧,並給予其一個向前移動的力。而在彈簧前移的作用下,右邊的轉點就會被彈簧向前的力推動,進行逆時針旋轉,並壓縮右邊阻尼。
而當轉點逆時針旋轉時,右邊的推桿便會被拉動,從而最終給右側車輪一個向上的拉力,這便是整套懸架的力傳導過程。概括來說就是,當車輛右轉,左側避震被壓縮的時候,右側的車輪就會被往上提拉。
它與普通立柱懸架最大的區別是,普通立柱懸架在右轉,左側懸架被壓縮時,右邊懸架是呈拉伸下垂狀的。而推桿懸架由於左側車輪壓縮的力最終會轉化為向上提拉右側車輪的力,所以右邊懸架同樣也會被向上壓縮。此時因為右側車輪的壓縮上抬,所以車輛的側傾幅度將會被大幅消滅,最終展現出一個極其平穩的過彎姿態,一個其它懸架形式根本無法與其匹敵的過彎極限。
根據上面的推(拉)杆的工作原理,其實我們已經知道了它的第一個優點,那就是抗側傾性能出色。並且得益於特殊的懸架結構,推桿懸架的防傾杆實際上是非常短的。那麼根據槓桿原理就可以得出,在同等粗度的情況下,推桿懸掛的防傾杆會擁有更好的剛性。
保時捷卡雷拉GT前懸架
此外由於推桿懸架防傾杆較短的關係,所以相比於一般懸架來說,更短的防傾杆也會帶來更輕的重量。這對於一臺講究操控的車型來說是至關重要的,並且這也引出了推桿懸架的第二個優點。
不同於傳統懸架,推桿懸架多出的轉點,可以讓重量不輕的彈簧和阻尼擁有更加靈活的擺放方式。無論是機簧一體(外圈彈簧,內圈阻尼)還是分體結構,都能夠根據工程師想要的重量配比來安放。與此同時,由於避震器安裝在車架上的緣故,原來會直接影響簧下重量的避震器,也將會被計算成簧上質量,取而代之的則是重量輕很多的推桿,這對於整車操控性也會有很大程度的提升。
電動方程式的拉杆懸架
更關鍵的是,如果工程師想要降低車輛重心,還可以將推桿形式更換成避震機構通常布置在下方,重心更低的拉杆形式,以獲得更好的重心控制。
通常來說,普通立柱式懸架的壓縮比都是1:1的(壓縮比的意思是,懸架壓縮幅度與彈簧壓縮幅度之間的比值)。可對於推桿懸架來說,通過調整推桿的長度便能更改懸架的壓縮比,適當提高比例,就可以讓懸掛在小幅度運動時使用更多的避震行程,從而提高避震系統的靈敏度,讓車輛更加緊貼地面。
越紅阻力越大
此外,推桿懸架還有一個其它懸架無法擁有的優勢--空氣動力學。對於開輪式賽車來說,車輛懸掛和輪胎帶來的空氣阻力是最令車隊工程師頭疼的。其中,輪胎的空氣動力效應是很難得到提升的,但懸架部分卻留給了工程師們不小的操作空間。
要知道,原來賽車使用的都是傳統的雙叉臂結構,此時粗壯的避震筒和彈簧便會嚴重影響氣流,這樣不僅會帶來風阻,同時它們產生的亂流也會打亂後方空力套件的工作節奏。
而當推桿懸架被發明出來以後,原本粗壯的避震筒終於可以被藏進符合空氣動力學的車體之內了,同時水滴形的各種叉臂也終於有了疏導氣流的作用。
奔馳project one懸架
說了這麼多推桿懸架的優點,看起來似乎它已經是一個完美的產物了,但為什麼這種懸架會如此冷門呢?首當其衝的問題就是貴,如此複雜的連杆結構勢必會帶來額外的設計、生產成本。
由於推桿懸架大部分的核心部件都位於車輛中心,這對於前中置發動機的所有車型來說,都會面臨一個巨大的麻煩--擠。所以要想在民用車上看見推桿懸架,一般都得找中後置發動機的車型才可以,例如蘭博基尼蝙蝠就是採用的推桿懸架。
作為一款誕生在賽車身上的懸架,它的可調節範圍自然是要明顯好於普通懸架的。不過能調整的參數太多也未必是好事。隨著行駛裡程的日積月累,懸架幾何勢必會發生些許變化,這時就需要四輪定位來校準。可面對如此複雜的懸架結構,一般修理廠自然是無法調整的,那麼車主在日後使用中就會面臨無法維修,或者天價維修的問題。
人世間,極致的東西,雖美好,但註定小眾。也正因如此,在推桿懸架面世的40多年以來,使用它的量產車屈指可數。但在賽用領域,推桿懸架卻有著無可撼動的優勢。這足以證明它才是懸架領域金字塔尖的產物,只不過對於普通人來說,推桿懸架還是太過遙遠!