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為什麼中級車比緊湊級舒服?(材質篇)

材質通俗點講是用料, 說是比設計更深入, 但其實整個因果關係是反而會比較直觀的, 因為前者還能有靠奇思妙想做到低成本高品質的可能,

但後者就真的是一分錢一分貨了, 無論是從用什麼以及用多少的維度來看都是這樣。

以功能作維度, 我們不妨先把整車簡單拆分成結構(包括了車體、副車架以及懸掛拉杆等起支撐與限位作用的部件)、避震(彈簧、避震筒和輪胎)及隔音(各種吸音棉、止震板、襯墊、發動機腳和緩衝膠等)三大塊, 再分別探討每一塊裡頭用料的不同會對舒適性分別帶來些什麼樣的影響:

一、結構部分

還記得上一期我們說過的車重與舒適性的關係嗎?因為慣性定律的存在, 所以在其他條件不變的前提下, 自重越大的車子對於路面起伏顛簸的反應也是越趨向于不靈敏的, 那麼坐在車裡的駕乘人員所受的影響也就更小了,

自然就越舒適。

但上面所講的這個車重其實並不應該看作是絕對的, 而是一個相對值。 如果各位看官是真的有認真溫習功課的話, 大概也會記起我還提到的一個概念是“簧上/簧下品質比”, 其中簧下品質包括了輪胎、輪轂、制動模組、轉向節、懸掛拉杆和避震筒彈簧等, 除此外其他重量都可算作簧上品質, 這兩塊的比值就是所謂的“簧上/簧下重量比”了。 原則上來說這個數值越大車輛的舒適性會更好。

模組化平臺是最適合做例子的, 無論緊湊級還是中級, 懸掛這裡是幾近一致, 區別更多在車身上面。

因為這是一個分數, 所以要提高這一數值要麼就是加大分子的值, 要麼就是減少分母的值。 而就跟上一篇所講的中級車動力系統重量和緊湊級差別不大類似, 懸掛系統這塊其實不論級別, 目前主流的結構就那麼幾種, 重量也相差不大。 所以中級車相比起緊湊級, 增加的重量都基本是在作為分子的簧上品質這塊, 這是屬於級別的優勢。

但這幾年來考慮到在節能減排的大語境,

很多新車的車重都出現了下降的趨勢, 有些中級車都做到1.4噸甚至更低了, 和緊湊級都拉不開太大差距;而如果分子是沒有變大的話, 就只能減少分母, 就是減低簧下品質。 然而構成簧下品質的部件如上面所講, 幾乎每一樣都是帶有比較苛刻的強度要求的, 要在強度不降低的情況下減重, 材質的選用就起到了非常大的作用。

蘭博基尼LP700的懸掛結構, 不僅僅是材質和造型做到了極致的輕量化, 其類似方程式的推杆式結構也是能大大降低簧下載荷的手段, 只是說它這麼做的目的不是舒適而是性能罷了。

例如拉杆和轉向節, 用熱成型高強度鋼就能做到同強度比鑄鐵更輕薄, 而如果直接用鋁合金的話重量優勢還會更加明顯;還有輪轂方面, 雖然目前乘用車都基本用上鋁合金了, 但通過工藝的升級, 借助提高單位品質材料的強度, 還是能以更少的材料達成足夠強度, 從而實現減重目的的, 像低壓旋鑄工藝的輪轂比起重力鑄造, 同樣強度要求下就可以纖薄不少, 而登峰造極的話還是得靠鍛造工藝,五六公斤一個輪轂也能實現,一根手指就能勾起一個輪轂。而所有的這些都是直接與成本掛鉤的,所以很明顯中級車在做簧下減重的時候會有更大的操作空間。

當然了,除了重量外,車體結構的選材還能通過其他方式來影響整車的舒適性表現,例如像車架如果用了足夠多的高強度材料使得車體剛性大幅提升的話,極限狀態下四輪定位參數的變化會更有跡可循,留給調校工程師的操作空間就會更大,自然也就有更多餘力去照顧舒適性了。但這方面的影響比較不直觀,而且調校這一塊我還想留到下一期文章再說,在此就不展開了。

二、避震部分

完整的避震系統其實包括了輪胎、避震器、彈簧和懸掛組當中的各種襯墊——沒錯,輪胎排在了第一位,大家很多時候判斷一輛車減震品質的時候只考慮彈簧軟硬,頂多還想到一下避震筒阻尼設定,但作為直接接觸路面、也是吸收路面衝擊第一道防線的輪胎卻經常被忽視。

成本限制更寬的中級車自然是可以選用更好的輪胎,而理論上越高級的輪胎應該是能提供越大的抓地力、產生越少的噪音而且吸收越多衝擊的,但如果說抓地力提高和噪音降低都還能依靠材質和花紋的升級來達成的話,吸收衝擊這點就目前情況來看還真是會有點矛盾。原因在於,出於美觀和操控性方面的考慮,現在越高級的車型都會用上越大的輪轂及相對應的越薄的輪胎,但胎壁厚度其實是與輪胎吸震能力息息相關的,F1賽車用的超厚胎壁輪胎其實就是對其超短懸掛行程的一種補充。而這都還沒提到,某些高檔車出於安全需求,甚至會用上加厚胎壁的防爆輪胎,減震作用進一步降低。

上面所講意味著更多的壓力都從輪胎轉嫁到了避震系統其他部分的頭上,特別是緊接著輪胎之後的避震筒和彈簧。說到彈簧的話不得不又再提到的就是車重,這個在上一篇也說過了,是可以更容易找到一個無論在空車或重載狀態下都合適的彈簧硬度。然而彈簧的軟硬都只是其中一項指標而已,還需要搭配合適的避震筒阻尼才能發揮最佳效果。

問題是,要找到這個最合適的數值,意味著大量的測試和調整工作,而這都是得用鈔票堆出來的;再者,事實上根本就不存在所謂的“最佳/最合理”數值,車輛在不同路況/載荷/駕駛風格之下其實最理想的參數都是不同的,要做到真正的完美就只能用主動可變阻尼避震,又是一個只能靠錢來解決的問題。所以這項配置不僅僅在緊湊級車型上極為少見,甚至是在中級車陣營裡,也基本只能是高端品牌的中高配車型專屬。

更有甚者,我們反推回去,阻尼是這樣,彈簧的硬度也是這樣,因此最完美的解決方案應該是空氣彈簧+主動可變阻尼避震筒,高低軟硬阻尼大小全部都可調,可以說是能讓車子的懸掛工作效率隨時保持在最佳狀態了。但這樣的一套搭配,市面上也沒多少款中級車能承受得起這個成本了,基本上都是得到中大型行政轎車這個級別的高配才能看到。

但無論在避震筒和彈簧上花多少成本做多少文章,因為作用方式與性質使然,它們也只是對較大幅度的顛簸和衝擊敏感,而粗糙路面伴隨著的細碎中高頻小幅度震動,更多是靠避震系統的最後一道防線,襯墊來隔絕和吸收的。襯墊一般都是橡膠質地,有實心的也有帶緩衝液壓油腔的,按材質和設計優劣,效果可以差非常遠。而懸掛系統中會用到襯墊的地方很多,轉向節與拉杆的接駁位是一個、拉杆與副車架的接駁位是一個,副車架與車身的接駁位又是一個,所有的這些地方用不用襯墊、分別用什麼襯墊,都是由成本來決定的,同時都會對整車行駛中的碎震過濾效果起到直接影響。

三、隔音部分

隔音現在有個更加專業更加系統的稱呼叫做NVH,也就是Noise噪音、Vibration震動和Harshness粗糙感。這當中的V和H其實在上一部分講襯墊的時候也已經涉獵到了,底盤的襯墊就是用來抵禦從路面導入的震動的手段。而除了路面,車輛運行中的另外一個震動“生產大戶”就是發動機。

要阻隔發動機抖動向車身的導入,靠的是我們日常所講的“機腳”,學名叫發動機懸掛系統,顧名思義就是把發動機固定在車身上的部件。而由於它連接了發動機和車身,所以除了支撐作用外,隔絕振動也是靠它了。一般而言,現在主流車型的機腳都是用液壓阻尼橡膠來實現減震功能的,但即便結構和原理大體相當,所謂一分錢一分貨,這一部件對應不同成本也肯定是有不同性能的,包括了本身的隔振效率,以及作為橡膠部件不得不談及的衰減速度,都會有差別。

我同事寫過一篇關於25萬公里卡羅拉大整備的文章(點擊進入:好久不見:一台25萬公里卡羅拉的返老還童記(二)),其中就提到了25萬公里後卡羅拉的機腳已經幾乎失效,只有在更換機腳後發動機抖動向車身導入回歸到正常水準。作為對比,同樣是豐田品牌門下,慶哥此前拍攝三代皇冠視頻(點擊進入:三代皇冠縱評:經典源自傳承,國產三代皇冠的故事)時借回來的第12代皇冠里程相當(26萬公里),但機腳依然正常工作,車身依舊絲般順滑,除了V6發動機應記一功,機腳的選材大概也是最大的決定因素。

其實,哪怕是NVH中的N雜訊,考慮到聲音的本質也是震動,所以V和H處理好了,隔絕了震動的導入,基本上就完成了工作的絕大部分了,這也是為什麼NVH三件事為什麼會放在一起作為整體來討論和解決的原因。剩下的,一個就是如何再加強車身的密封性,使得外界的環境噪音也得到隔絕;第二就是對於不可避免還是傳到進來了的震動,該如何抑制或消除,以減低影響。

先說第一個的密封吧,其實實現起來就跟搞一個錄音室差不多,不僅僅是要做到空間上的盡可能密閉(可以通過使用更多/更好的密封膠條等手段來實現),而且還要以盡可能高的覆蓋率去鋪設隔音棉,才能起到最好的靜謐性。勞斯萊斯最新一代幻影的宣傳資料裡就提到,新車用了超過100kg的隔音材料,這就是不考慮油耗(車重)和成本的做法。所以大家應該能理解,對燃油經濟性要求更高且生產成本控制也更嚴格的緊湊級車,在這裡是肯定做得不如中級車的。

至於說震動抑制這方面,大體上有兩個途徑可走,第一是通過車體結構設計與選材的優化,來改變整個框架的震動激勵特性,從源頭上就消除了共振的產生,從而達到止震效果;第二則是在車架設計確定之後,找出共振最嚴重的位置,然後貼上止震阻尼版(以前很多時候會用瀝青,現在車內空氣品質考核標準嚴了,就改用聚合物為主,原理類似於用手抓住銅鑼制音)來減低共振幅度。現在的新車基本上是兩條路都會同時走的,但第一條路會消耗設計工時,也可能會增加物料成本;而第二條路不僅消耗工時和物料,而且還會增加車重。因此,出於已經提到不知是第幾次的成本與節油性考慮,肯定也是中級車更有可能得到更大幅度的優化了。

本篇總結:

雖然又寫了3000多字,但車輛畢竟是一個複雜的系統,如有發覺文章有遺漏要點,或是對文中觀點有不同意見,還望大家在評論區留言指出,我們一起討論。感謝大家支持,下一篇最終章,我會講講調校的不同對中級車和緊湊級車舒適性表現落差的影響,敬請繼續關注。

而登峰造極的話還是得靠鍛造工藝,五六公斤一個輪轂也能實現,一根手指就能勾起一個輪轂。而所有的這些都是直接與成本掛鉤的,所以很明顯中級車在做簧下減重的時候會有更大的操作空間。

當然了,除了重量外,車體結構的選材還能通過其他方式來影響整車的舒適性表現,例如像車架如果用了足夠多的高強度材料使得車體剛性大幅提升的話,極限狀態下四輪定位參數的變化會更有跡可循,留給調校工程師的操作空間就會更大,自然也就有更多餘力去照顧舒適性了。但這方面的影響比較不直觀,而且調校這一塊我還想留到下一期文章再說,在此就不展開了。

二、避震部分

完整的避震系統其實包括了輪胎、避震器、彈簧和懸掛組當中的各種襯墊——沒錯,輪胎排在了第一位,大家很多時候判斷一輛車減震品質的時候只考慮彈簧軟硬,頂多還想到一下避震筒阻尼設定,但作為直接接觸路面、也是吸收路面衝擊第一道防線的輪胎卻經常被忽視。

成本限制更寬的中級車自然是可以選用更好的輪胎,而理論上越高級的輪胎應該是能提供越大的抓地力、產生越少的噪音而且吸收越多衝擊的,但如果說抓地力提高和噪音降低都還能依靠材質和花紋的升級來達成的話,吸收衝擊這點就目前情況來看還真是會有點矛盾。原因在於,出於美觀和操控性方面的考慮,現在越高級的車型都會用上越大的輪轂及相對應的越薄的輪胎,但胎壁厚度其實是與輪胎吸震能力息息相關的,F1賽車用的超厚胎壁輪胎其實就是對其超短懸掛行程的一種補充。而這都還沒提到,某些高檔車出於安全需求,甚至會用上加厚胎壁的防爆輪胎,減震作用進一步降低。

上面所講意味著更多的壓力都從輪胎轉嫁到了避震系統其他部分的頭上,特別是緊接著輪胎之後的避震筒和彈簧。說到彈簧的話不得不又再提到的就是車重,這個在上一篇也說過了,是可以更容易找到一個無論在空車或重載狀態下都合適的彈簧硬度。然而彈簧的軟硬都只是其中一項指標而已,還需要搭配合適的避震筒阻尼才能發揮最佳效果。

問題是,要找到這個最合適的數值,意味著大量的測試和調整工作,而這都是得用鈔票堆出來的;再者,事實上根本就不存在所謂的“最佳/最合理”數值,車輛在不同路況/載荷/駕駛風格之下其實最理想的參數都是不同的,要做到真正的完美就只能用主動可變阻尼避震,又是一個只能靠錢來解決的問題。所以這項配置不僅僅在緊湊級車型上極為少見,甚至是在中級車陣營裡,也基本只能是高端品牌的中高配車型專屬。

更有甚者,我們反推回去,阻尼是這樣,彈簧的硬度也是這樣,因此最完美的解決方案應該是空氣彈簧+主動可變阻尼避震筒,高低軟硬阻尼大小全部都可調,可以說是能讓車子的懸掛工作效率隨時保持在最佳狀態了。但這樣的一套搭配,市面上也沒多少款中級車能承受得起這個成本了,基本上都是得到中大型行政轎車這個級別的高配才能看到。

但無論在避震筒和彈簧上花多少成本做多少文章,因為作用方式與性質使然,它們也只是對較大幅度的顛簸和衝擊敏感,而粗糙路面伴隨著的細碎中高頻小幅度震動,更多是靠避震系統的最後一道防線,襯墊來隔絕和吸收的。襯墊一般都是橡膠質地,有實心的也有帶緩衝液壓油腔的,按材質和設計優劣,效果可以差非常遠。而懸掛系統中會用到襯墊的地方很多,轉向節與拉杆的接駁位是一個、拉杆與副車架的接駁位是一個,副車架與車身的接駁位又是一個,所有的這些地方用不用襯墊、分別用什麼襯墊,都是由成本來決定的,同時都會對整車行駛中的碎震過濾效果起到直接影響。

三、隔音部分

隔音現在有個更加專業更加系統的稱呼叫做NVH,也就是Noise噪音、Vibration震動和Harshness粗糙感。這當中的V和H其實在上一部分講襯墊的時候也已經涉獵到了,底盤的襯墊就是用來抵禦從路面導入的震動的手段。而除了路面,車輛運行中的另外一個震動“生產大戶”就是發動機。

要阻隔發動機抖動向車身的導入,靠的是我們日常所講的“機腳”,學名叫發動機懸掛系統,顧名思義就是把發動機固定在車身上的部件。而由於它連接了發動機和車身,所以除了支撐作用外,隔絕振動也是靠它了。一般而言,現在主流車型的機腳都是用液壓阻尼橡膠來實現減震功能的,但即便結構和原理大體相當,所謂一分錢一分貨,這一部件對應不同成本也肯定是有不同性能的,包括了本身的隔振效率,以及作為橡膠部件不得不談及的衰減速度,都會有差別。

我同事寫過一篇關於25萬公里卡羅拉大整備的文章(點擊進入:好久不見:一台25萬公里卡羅拉的返老還童記(二)),其中就提到了25萬公里後卡羅拉的機腳已經幾乎失效,只有在更換機腳後發動機抖動向車身導入回歸到正常水準。作為對比,同樣是豐田品牌門下,慶哥此前拍攝三代皇冠視頻(點擊進入:三代皇冠縱評:經典源自傳承,國產三代皇冠的故事)時借回來的第12代皇冠里程相當(26萬公里),但機腳依然正常工作,車身依舊絲般順滑,除了V6發動機應記一功,機腳的選材大概也是最大的決定因素。

其實,哪怕是NVH中的N雜訊,考慮到聲音的本質也是震動,所以V和H處理好了,隔絕了震動的導入,基本上就完成了工作的絕大部分了,這也是為什麼NVH三件事為什麼會放在一起作為整體來討論和解決的原因。剩下的,一個就是如何再加強車身的密封性,使得外界的環境噪音也得到隔絕;第二就是對於不可避免還是傳到進來了的震動,該如何抑制或消除,以減低影響。

先說第一個的密封吧,其實實現起來就跟搞一個錄音室差不多,不僅僅是要做到空間上的盡可能密閉(可以通過使用更多/更好的密封膠條等手段來實現),而且還要以盡可能高的覆蓋率去鋪設隔音棉,才能起到最好的靜謐性。勞斯萊斯最新一代幻影的宣傳資料裡就提到,新車用了超過100kg的隔音材料,這就是不考慮油耗(車重)和成本的做法。所以大家應該能理解,對燃油經濟性要求更高且生產成本控制也更嚴格的緊湊級車,在這裡是肯定做得不如中級車的。

至於說震動抑制這方面,大體上有兩個途徑可走,第一是通過車體結構設計與選材的優化,來改變整個框架的震動激勵特性,從源頭上就消除了共振的產生,從而達到止震效果;第二則是在車架設計確定之後,找出共振最嚴重的位置,然後貼上止震阻尼版(以前很多時候會用瀝青,現在車內空氣品質考核標準嚴了,就改用聚合物為主,原理類似於用手抓住銅鑼制音)來減低共振幅度。現在的新車基本上是兩條路都會同時走的,但第一條路會消耗設計工時,也可能會增加物料成本;而第二條路不僅消耗工時和物料,而且還會增加車重。因此,出於已經提到不知是第幾次的成本與節油性考慮,肯定也是中級車更有可能得到更大幅度的優化了。

本篇總結:

雖然又寫了3000多字,但車輛畢竟是一個複雜的系統,如有發覺文章有遺漏要點,或是對文中觀點有不同意見,還望大家在評論區留言指出,我們一起討論。感謝大家支持,下一篇最終章,我會講講調校的不同對中級車和緊湊級車舒適性表現落差的影響,敬請繼續關注。

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