圖:為了“一貼在手,天下無敵”,諾諾在繪製各種懸掛的結構簡圖

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寫在前面

麥弗遜懸架的發明者——MacPherson的曲折故事,已在前三集中聊完。從數據看,如果你通讀了前三集,那麼對麥弗遜的認知度也許能排進全國前2000(前百萬分之一左右)。諾諾說過吧,在懶人多的社會裡,想出類拔萃其實不難,繼續追下去,你會更厲害。

什麼是懸架

為什麼在講麥弗遜懸架前要再次提到這個基本問題呢?因為絕大多數人對懸架的認知還停留在視覺層面,這決定了難以深入理解和評判產品的好壞。

你聽,幾乎所有的教科書和專家都說:“…懸架是連接車輪和車身的機構,用於緩衝路面衝擊…”,而諾諾今天要用全新的視角幫助大家理解懸架,為日後剖析《為精準操控打造懸架》作認知上的鋪墊。

在我們生活的三維空間,即X-Y-Z三軸坐標中,任何一個物體的運動無外乎6個自由度:沿三根軸中的任何一根移動(下圖的1、2、3),以及沿任何一根軸旋轉(下圖的4、5、6)。


圖:車輪的6個運動自由度

這裡引入一個新概念,“約束”。多一個約束,就會少一個自由度。例如,活塞這個物體,本來也有6個自由度,也可以隨意亂動的,結果把它裝到氣缸里後,就只能做簡單的活塞運動了。這就叫約束,結果就是“只剩1個自由度”了!


圖:活塞的運動自由度

說完幸福而枯燥的活塞,我們回到車輪,其實它倆命運是相似的,汽車工程師只希望給它留下1個自由度——上下跳動(緩衝路面衝擊)。工程師的控制欲為毛如此強大呢?設想一下,車輪除了跳動,如果還可以自由搖擺或前後晃動的話,你會有啥樣的駕駛感受?談何軌跡和操控呢?


圖:我們需要的自由度


圖:我們不需要的自由度

註意:在這裡,前輪轉向不能算自由度,因為轉向是受方向盤控制的,等於還是被駕駛員約束了。

要實現這個單一自由度運動,就得給車輪設計一種約束結構,消滅我們不想要的5個自由度。

管道里的活塞運動雖然可以粗暴地實現單一自由度運動,但考慮到操縱穩定性,跳動中的車輪定位角度變化,以及輪胎最佳附著力的發揮,理想的車輪運動軌跡絕不是一條直線,而是一個略奇特的空間曲線。因此,工程師們只能通過連桿、擺臂或減振器的組合來約束車輪,這就形成了很多各具特色的懸架結構。

聊到這裡,諾諾總結一下,懸架系統的實質就是“讓車輪只有1個自由度”的約束裝置。那麼,車輪的實際運動軌跡接近理想軌跡的懸架,就是好懸架!

何以最接近呢?那就必須看設計和調校的功夫了!你看,懸架是幹嘛的,什麼是好懸架,概念就一下子清晰了不少吧?

關於3連桿、4連桿和5連桿的漿糊概念,諾諾也藉機會給粉絲們理順一下。

看下圖的左側車輪,有1根連桿與車身相連時,它就不能橫向移動了,這樣就消滅了1個自由度。如果再看右側車輪,我們增加了1根連桿,車輪既不能橫向移動,不能在圖示的平面內擺動,我們就消滅了2個自由度。因此,只要設計得當,每根連桿都可以消滅1個自由度。


圖:通過連桿約束車輪

如此類推,使用連桿來建造懸架的話,我們需要5根連桿就可以實現“只剩1個自由度”的約束目標,這就是多連桿懸架的設計本質,需要幾根連桿,大家現在清楚了吧?

以奧迪著名的前輪多連桿懸架為例,有人說4連桿,有人說5連桿,不少人也問我,到底哪個對呢?其實,瞭解了拉桿與約束的關係後,就知道5連桿其實是最規範的說法!


圖:奧迪的多連桿前懸掛

說4連桿的人,是忽略了轉向拉桿,不是說了嘛,轉向拉桿也算約束的,只不過是一個由駕駛員控制的約束罷了(上圖中的5號連桿就是轉向拉桿,提供了第5個約束)

下圖是類似的多連桿懸架,用於後橋的案例,也必須是5根哦!

(註意,5號連桿被減振器擋住了大半。)


圖:多連桿後懸掛示示意圖

其實翻來覆去,懸架設計就是在三維空間里玩軌跡控制,所以連桿也被叫做“控制臂”,諾粉們也很耳熟吧?

我估計很多人是第一次聽說這個車輪自由度理論,學過汽車的兄弟,你們躺槍了嗎?我去德國讀汽車專業之前,其實是學物理的,所以習慣了用理科的視角來理解工科的知識,竟然發現常常更容易找到問題的本質,所謂觸類旁通大概就是這個feel吧。

懂了這個自由度和約束的關係,我們就可以評論各種懸架了。不過,已經有粉絲建議帖子不要太長,OK,那諾諾下一集再對麥弗遜懸架進行技術解讀吧。

什麼是懸架

建立5個約束,只留1個自由度,這是懸架設計的公理。

那麥弗遜懸架憑啥就能少用3根連桿,還能湊夠5個約束呢?

前期回顧

【諾諾課堂】懸架掃盲01-基礎概念

【諾諾課堂】懸架掃盲02-空前詳聊麥弗遜(1)

【諾諾課堂】懸架掃盲03-空前詳聊麥弗遜(2)

【諾諾課堂】懸架掃盲04-麥弗遜 (3)工程師當上總裁

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