底盘简介

大家常说底盘底盘的,到底底盘是由哪些东西组合而成的?就由大而小先介绍一下,首先最大零件叫车身,然后是悬吊系统,悬吊系统内还有避震系统,而后最重要的是轮胎。说穿了就是这些东西。

为什么车身是底盘最大零件,因为现代车厂为了节省成本,所以已经将传统的底盘取消了,现在的悬吊系统都是直接连接于车身上,或者是透过副车架连接于车身上,这样除了省掉底盘的钱之外,也有轻量化的好处。不过缺点就是不够坚固,所以会在车身上装上一堆有的没有的加强梁,以提升车身刚性。

至于悬吊系统跟避震系统的分别,我想一般消费者都会将其搞混,一般而言,悬吊臂都是属于悬吊系统,而避震器、弹簧、防倾杆属于避震系统,不过很多时候,避震器也属于悬吊系统,这后面再谈。而不管如何,轮胎永远是最重要的零件,不过这跟车厂无关,而且消费者也可自行换装。

一个所谓好的底盘究竟要如何,先不论个人主观的避震系统软硬,一个好的底盘刚性要高,角度控制要精准,这样车子才会遵从驾驶的控制,驾驶也才能了解车身的动态,进而达到安全有乐趣的行车。

底盘详解

既然车身是底盘的最大零件,那车身的好坏势必完全主导了底盘好坏,一个好的车身在于拥有高刚性,所谓的高刚性就是不易变形。车辆行走在路上时,用肉眼看起来好像完全没有变形,但实际上都会因为路面的冲击而不断的变形,一但车身变形,车辆就不会听话,不要以为1~2mm的变形没什么,它会让你在高速时难以驾驭车辆,因为在高速时,你对车辆的操控也不到10mm,这就是为什么各汽车媒体常说,车身刚性对于高速行驶的稳定性有绝对性的影响。

不过这里所指的车身刚性与安全性无关,若是真的要作,当然可以作出一台拥有极佳操控性却没安全性的车身,反之亦然。所以车身的操控刚性是不可能由撞击测试中看出来的,车身的操控刚性通常跟扭曲刚性有关,测试法为固定车身某一端点,然后对对角在线的端点施力,求得车辆的变形角度,单位为Nm/deg,这就是各车厂在车辆改款时常说的车身刚性又提升多少%的计量单位,可惜的是全世界车厂对于这个数字保密到家,使得车身刚性比较只能流于试车的主观印象,而没有科学的数据比较,再加上悬吊及避震的模糊化之后,车身刚性变成老王卖瓜自卖自夸,谎言攻讦不断的罗生门了。

不过,不论车身刚性再高,若是直接将悬吊臂接于车身上,也会因为应力集中现象,而产生过多的局部变形,所以最好装上刚性更高的副车架,将来自悬吊臂的力量透过副车架,分散到更多的车身上以降低车身的变形量,所以高价一点的车都会不吝啬装上副车架,来降低车身所承受的压力。

悬吊系统向来是底盘中最变化多端的地方了,因为除了刚性的考虑外,角度控制也是一大挑战,先说最简当的转向控制,有的车就能作到近乎实时的反应,有的车转动方向盘过后约一秒才有反应(AOL真的试过这种车),会有这种差别主要还是刚性问题,刚性不足的车身和悬吊会先变形吸收掉你的转向动作,然后再反弹出来,开到这种车会让人有一种不安定感,实际上是不信赖感,另外也会因为初期的转向动作被吃掉,所以驾驶人的方向盘会多转一些,导致转向后期的离心力太大导致失控,这种车开久了驾驶技术就会错误,导致容易发生低速失控的事件。

当然除了最基础的转向控制之外,悬吊系统也控制着车轮各种的角度,有关车轮的角度很多,有外倾角、后倾角、内倾角、前束角等。外倾角决定轮胎的接地角度,理论上而言是0°,但车子过弯时会侧倾,长久下去轮胎外部磨损会比较严重,所以多设定一点负值,也可让车在过弯时稳定一点,至于设多少就看各厂经验决定,不过原厂设定不适合太保守或太暴力的人,所以根据自己的开车需求,要求轮胎行作出自己的定位角度是比较好的做法。

后倾角是非常重要的角度,它影响着你对车辆转向时的感觉,后倾角的作用为让前车轮朝向力的方向,这听起来是蛮模糊的,所以用实例解释吧!在直行时,力量是朝前或是朝后的,所以车轮是朝前方的,在过弯时,车轮承受到过弯时的离心力,也会让车轮朝向离心力的方向,在甩尾时,前轮也会朝向甩尾的方向,于是你知道了为什么出弯的时候可放掉方向盘的原因了。不过后倾角越大,相对的驾驶人要更用力的转动方向盘,所以在前轮有驱动力的车上,后倾角通常只有1~3°,而后驱车通常有5~10°。

既然前驱车的后倾角很小,那直进稳定就会不足,所以内倾角就出现了,内倾角的作用为让车轮朝前,以补足稳定性不足的问题,而这个内倾角所产生的直进力量为负重乘以sin(内倾角)。另外内倾角跟外倾角的夹角为包容角,这个角度不重要,重要的是该角投影到地面的长度,该长度称为轮胎摩擦半径,该半径大小影响着路面感的多寡,不过太多也会造成转向阻力。不过改变轮胎直径或轮框off set值都会改变摩擦半径,这就是为什么大家都说前轮不要乱换的原因。前束角国内多称为前束,因为以前日系车多以mm为单位,不过现在几乎都是以角度为单位了。前束角的作用为让两侧车轮有向内的力量,藉此稳定住车身,也是为了直线稳定的需求。不过也有的车用前展角,这样在转向初期的反应性极高,不过市售车上比较少见就是了。虽然还有一些角度没讲,但了解这些大该就能理解悬吊要作的事了,说穿了就是角度控制,角度控制最首要的就是不变形的悬吊系统,毕竟一但变形原先设定的角度就没了,不过现在更进步到角度控制,让车辆的操控性更好。

常见的悬吊系统

目前房车上常见的悬吊系统有麦花臣悬吊、拖曳臂悬吊、双A臂悬吊,当然这些都只是基本设计而已,各式各样的衍生设计可是一大堆,不过通常最简单的是麦花臣设计,其基本构造为一支下A臂,再加上避震器弹簧,而避震器就是麦花臣的上臂,所以麦花臣式的避震器要特别坚固才行,而下臂除了常见的A臂外,用两到三根连杆代替也是常见的设计。

拖曳臂是目前房车唯一有独立和非独立的悬吊臂设计,所谓的独不独立就是看左右有没有被刚性连接物连接起来而已,而非独立拖曳臂有分滚动型和非滚动型,这两型的设计是两个极端,滚动型的设计滚动刚性最低,稳定性最好,非滚动型滚动刚性最高,灵活度最好。而滚动型因自由度太大,需要3~5根的连杆连接,非滚动型的直接装在车上就好,简简单单。不过其实滚动型的拖曳臂被归类为拖曳臂是十分不恰当的,应该归类为多连杆车轴才对,不过全世界车厂都还是说这是非独立拖曳臂。

独立式拖曳臂的变化更是惊人,有些都快跟双A臂的演化设计分不清了,最简单的拖曳臂就是一支又粗又短的拖曳臂,连接于超高刚性的车轴型副车架上,后来也出现结构强度上较强的A臂造型,不过用A臂造型本来就是不想用太好材料并达成高刚性的目的,所以有的拖曳A臂承受不了太高的扭距,结果避震器变成上臂,不过这通常不归类于麦花臣,最后这种A臂式的独立拖曳臂变成以45°连接于车身上,称作半拖曳臂,个性更像是麦花臣了。

现在最流行的独立式拖曳臂,是拥有上下横拉杆的拖曳臂,为什么明明有上下控置臂还叫拖曳臂,因为后轮是固定于拖曳臂上,避震器也是,而那两或三根的横拉杆只负责承受车身横向力而已。不过,很多车厂都说这是后双A臂,嗯~随它去吧,反正功效跟正牌的双A臂差不多。

双A臂悬吊就结构学而言是最坚固的悬吊,缺点就是占空间,而且越有用的A臂越占空间,所以一堆折衷设计就出现了,最常见的就是短上I臂设计,不过这种设计最大的缺点就是冲程短,角度变化量惊人,实际表现可能比麦花程还要差。

另外有一种设计就是多连杆设计,通常两根连杆可以代替一支A臂,所以当超过四根时你就知道是用来控制角度用的,除了常见的前束角控制之外,只要厂商高兴任何角度都可以控制,甚至有上下A臂加三连杆的超疯狂设计,全车悬吊的材料成本足足高出别人2~4倍,所以有的车贵不是没有道理的。

相信对大多数的人来说,上面那些简单的理论说明可能会不太能理解清楚,所以举一些跟大家比较切身关系的车来说明好了,就举国产中小型房车来说明好了,毕竟开这些车的人之中才有比较重视底盘的。

就依照刚才理论篇的顺序来介绍,首先是介绍前后皆为麦花臣的FORD Tierra,它是前下A臂麦花臣、后双横拉杆加直拉杆麦花臣悬吊,基本上就是教科书里最基本麦花臣悬吊,这种设计最大的优点就是节省空间,而且后横拉杆够长,使得后轮角度变化量少,再加上悬吊都是固定于副车架上,所以非常安定。

但是这种悬吊设计有两大弱点要克服,第一是车身、尤其是避震器塔附近的刚性,第二是悬吊组件的刚性。在高刚性车身方面,除了为了车身撞击测试的3H高刚性车身之外,在车头下方有一以68mm钢管为主体的ㄇ字型副车架,刚性非常之高,而2.0L的车款更配备了车重较重的Premacy才有的下结构加强钢梁,操控性较之前1.6L、1.8L更高一层楼。车尾除了下方的大型副车架之外,C柱下方的后障板也有特别加强处理,用以强化后避震器塔的刚性,所以Tierra底盘之扎实,国产日系房车中无出其右者。

在悬吊系统方面,前方的下A臂采用高张力钢制成,后方四根横向连杆长590mm,两根直向连杆长615mm,是故后悬吊无论如何激烈操驾,各种轮胎角度变化均极小,再加上较硬的避震弹簧与防倾杆设定,使得车身在遭遇0.5G的横向加速力时,车身仅侧倾2°,所以无论如何激烈操驾,轮胎均能充分接地,进而拥有稳定线性的操空感。

在这样的设定之下,整部车变成很稳定的转向不足﹙虽然前轴重心降低后轴重心提高﹚,不要听到转向不足就倒胃口,实际上台湾有多少人会惯性甩尾的?而且Tierra的稳定是从失控前到失控后都一致,抓地力强大的后轮,让驾驶只要专注的处理前轮的动作就好了,对一般的驾驶来说,这样的车反而开得快。

其实,这种设计在90年的欧洲车也很常见,简单、省空间、省成本,只要不偷工减料,该补强的补强,就是一部跑房车的底盘了,是「简单就是最好」的代名词。

再来介绍多连杆车轴,喔!不对是「滚动型非独立式拖曳臂」﹙好长又不贴切的名词啊﹚,在台代表车种为NISSAN Sentra。多连杆车轴的第一定义,就是左右车轮连结于横跨车身且并不连结于车身的车轴上。第二定义就是,透过其它连杆或A臂连接于车身上,通常有左右两根的直拉杆加上一根的横拉杆,不过,横拉杆在车轴做上下运动时,会拉动车轴做轻微的左右运动。像是在NISSAN March及TOYOTA Tercel上就会发生。

这种车轴左右移动的问题在QT上获得了完美解决,QT的横拉杆并不直接连死于车轴,而是在透过一根相反角度的横拉杆固定车轴,经过这一正一反的角度变化,车轴无论是上还是下,都不会再左右乱跑了。不过QT也因此诞生了新问题,下横拉杆太短,导致悬吊冲程太短,结果造成低速稳定舒适,激烈操驾时就会举脚弹跳,变得极不稳定,也就是说,QT悬吊的优点只存在于低速域中。

非独立拖曳臂在欧洲是非常多人使用的后悬吊设定,很多人都说是因为便宜,但实际上应该是生产线好安装,不管如何,这种设计一直被公认为是灵活前驱小车的好设定,因为滚动刚性超大,这样讲没人听得懂,就是在侧倾时弹性系数超大的意思,这样在过弯时后轮抓地力会降低(当然举脚是主因),但一失控侧倾减小时,又立刻恢复抓地力,是一种很灵敏又能听话的悬吊。

不过,以上的种种优点有一个绝对性的前提,就是拖曳臂刚性要够。刚性要够的第一要素就是材料够好够厚,像VW的拖曳臂钢材常常厚达5mm以上。另外,要达到高刚性,拖曳臂要短,所以冲程就会短,冲程短避震弹簧就要硬,不过避震器调得好的话,还是有一定程度的舒适性。不过这一切在TOYOTA Altis上都变了样,首先,ETA beam的钢材厚度只有2mm,当然TOYOTA也知道这样刚性一定不足,所以在ETA beam内部加了一根钢梁来补强。另外,为了使用软的避震设定,势必要加长冲程,而加长冲程就一定要加长拖曳臂,拖曳臂长了刚性就会降低。另外非独立拖曳臂为了避免左右拖曳臂的推挤现象发生,横梁都尽量靠近轴心远离轮胎,可是在Altis上,为了避开油箱,及拖曳臂太长横向刚性不够,所以横梁作在轴心跟轮胎之间,结果导致ETA beam在上下运动的同时,有时还会多出左右的衍生动作。而刚性不足的悬吊就会产生不安定感,而上一段所说到的非独拖曳臂的优点也都不会存在。不过三月以后的Altis使用的是新的ETA beam,钢性问题应该是改进了,关于这点我们会再详细追踪。

再来讲到HONDA Civic跟MITSUBISHI Lancer,自从7代Civic将前双A臂拔掉之后,操控性立即大减,很多人都认为是麦花臣的祸,这真是冤妄麦花臣了,至少先看看FORD Tierra再说。所以Civic操控性的模糊化有其它原因,第一原因为转向臂装在避震器上,这样很多路况细节在经过避震器筒身的时候,都被吸收光了,第二原因,更大的车室空间及引擎,这两者更使下臂短小化,当然对操控不利。不过Civic的后双A臂还在,为何跟Lancer相提并论,因为Civic的后悬吊实际上是改良型的独立拖曳臂,就是那种有两三根横拉杆的拖曳臂,说真的不管怎么看,都跟Lancer及未来上市的MAZDA 6的后独立拖曳臂一样。不过这种后悬很好啊,刚性够高,轮胎角度又不会乱动,在同样的窄小空间下,用短小的双A臂不见得是好选择。

不过为什么Lancer的操控跟四、五、六代的Civic距离那么远,因为Lancer的后悬是预留给四轮驱动版LanEVO用的,有差速器、副车架、双A臂,当这一切都没了的时候,Lancer只剩一个空虚的屁股,刚性极差,诚如前面所言,没有好车身,就没有好底盘,所以改装LanEVO的后悬吊?

FORD Tierra的悬吊系统解析

为何我们要拿Tierra的后悬吊系统来做个更深入的说明呢?一则因为该悬吊系统的设计行之有年,但却到Tierra这一代才具有优越的操控性,值得探讨。再者最近Tierra不断地强调其优越的操控性,不但夺得去年度的原厂房车赛冠军,最近的新车款如RS Tierra 2.0更加上了许多令喜爱操控的车迷朋友砰然心动的高档配备,最重要的是那个同级车第一个使用2.0升的引擎,动力大增,加上在原本已经很坚固的前副车架下,再加上一片补强钢梁,使得路面感比起同级竞争对手而言要清楚而且直接。

其实不管是哪种悬吊几何设计,差别只在过弯时轮胎与地面的角度变化,高刚性车身加前后高刚性副车架,再加上多连杆或双A臂的前后悬吊确实会让轮胎保有更好的接触面积,但是那个差异说真的,只有在激烈操控时,复杂的悬吊几何才具有真正的价值。在一般人的操作下,根本无法辨认拖曳臂、双A臂与麦花臣悬吊的差异。有些聪明的车厂弄懂了这个问题症结之后,便可以为了成本考虑而简化悬吊系统的几何结构。在平价的房车身上,大多数的消费者并不要求操控性,特别是在都会区车速不到60km/h的状况下,任何悬吊的差异,一般驾驶是很难感觉的出来的。

FORD Tierra的悬吊系统在HONDA Civic失去前后双A臂悬吊的光环之后,霎时变成同级车中最具有操控性本质的设计。其实Civic的操控能力,以爱车人的角度看来,最令人怀念的时代是四代的设定,之后的车款都是为了美国大众市场而设计的!!而在一片降低底盘成本的趋势中,FORD Tierra反而较上代Liata更加强操控特性,让选择中小型房车的消费者还有个比较具有操控性的选择。

如果以原厂的设定来看,即使是最令人津津乐道,以操控见长的四代HONDA Civic,以今日而言不见得能比Tierra更令人感受到操控的快感。台湾的路面质量实在不怎么样,但FORD Tierra的悬吊设定仍然坚持操控乐趣,为了让车主拥有驾驭的快感,在行经不良路面时的明显弹跳虽然不够舒适﹙不要忘了在0.5G时侧倾仅2°﹚,但那种安心稳定的驾驭感受,却是重视舒适取向的房车所远远不及的。一部车动辄数十万甚至百万以上,如果只是一个代步工具,那实在不足以发挥最佳的边际效应,没有驾驶乐趣的车不就跟没有兴趣的工作一样令人感到厌烦吗?