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簧下質量原理 更新時間: 2019-05-15

簧下質量的定義

簧下質量其實是一個相對簧上質量而言的概念,對于一輛車,我們可以將其分成簧下質量和簧上質量兩個部分。如果給簧下質量下個定義,它是指不由懸掛系統中的彈性元件所支撐的質量,一般包括有車輪、彈簧 、減震器以及其它相關部件等,而簧上質量自然就是車輛剩余部分的質量,一般包括車架、動力系統、傳動裝置、乘員等。

簧下質量的界定



對于簧下質量的界定其實并不是一件容易的事情,嚴格意義上來說,相對車身運動或者說隨著車輪跳動的部件都應歸為簧下質量。像與車身完全沒有接觸的車輪自然好理解,但是像彈簧、減震器、獨立懸掛系統中的連桿、非獨立懸掛系統中的扭力梁以及四驅車型中的傳動軸,它們的特點都是一端與車身相連或者通過副車架 間接的與車身相連接,而另一端則隨著車輪上下跳動。這在實際的計算中,一般可以取這些部件質量的二分之一作為簧下質量。

簧下質量的意義

在車輛動態行駛理論中,有一個簧上質量與簧下質量之比的數據。對于一輛車來說,我們在不考慮其懸掛設定的因素下,單純從簧上質量與簧下質量之比的角度出發,這個比值越大,也就意味著該車擁有更好的乘坐舒適性,而更小的簧下質量同時意味著懸掛系統擁有更好的動態響應能力以及車輛的操控性,接下來我們分別從這兩方面來進行解讀。


--對乘坐舒適性的影響

車輛在路面行駛時,懸掛系統會不斷接受來自路面的沖擊,乘員在車內最理想的舒適狀態,則是車體始終相對路面保持靜止,車輪隨著路面情況不斷起伏,不過想通過機械的結構做到這一點幾乎是不可能的,但是通過增大簧上與簧下質量之比,車輛可以更接近這種行駛狀態。


如果車體(簧上質量)在車的整備質量中占有較大的比重,那么這個較大的質量自然會增加車輪對地面的壓力,使車輪緊密的貼合路面。當車輪遇到來自路面的凸起或凹陷時,如果簧下質量較大,那么它自然也會有更大的運動慣性,在隨著路面起伏時也需要相對更長的時間。如果在車速一定的情況下,還來不及改變運動軌跡的懸掛系統會將這種路面的起伏直接傳遞給車身,而懸掛系統并沒有完成自身應該過濾震動、吸收沖擊的工作。車速越快,對車身造成的沖擊也就越明顯,這也就很好的解釋了當遇到一個較大的障礙物時,慢速通行和快速通行對乘坐舒適性所產生的不同影響,較低速度通過是給懸掛系統留有更多的起伏運動時間以減小對乘員舒適性的影響。


同時,更小的簧下質量必然會使懸掛系統擁有更好的動態響應,以達到車身平穩,而車輪快速的隨路面起伏來緩和沖擊的狀態。對于采用獨立懸掛系統的車輛而言,單純從簧下質量的角度分析,其在先天機構上相比采用扭力梁結構的車型擁有更好的響應,當然彈簧以及減震器的調教與設定同樣對車輛的舒適性有著不可忽視的作用。

在實際駕駛中,人們通常會感覺到一輛滿載的車輛會比空載時擁有更好的行駛平穩性,這種在其它參數不變,只增加簧上質量或者說減小簧下質量所占比重的情況確實可以使車輛更加舒適。對于現在的汽車而言,車身輕量化 是一個趨勢,車身重量的減輕,也應該伴隨著簧下質量的減小,但是降低簧下質量相比減小車身重量要困難得多,在保證合理的幾何懸掛設置和強度的要求下,通過使用更輕的材質來減小簧下質量不失為一記良策。



對于中大型車或者豪華型車而言,由于車身安裝有眾多電子設備,同時較大的車架,再加上發動機 、傳動系統等,通常會導致其整備質量較大。然而復雜的懸掛結構也導致其相比普通車輛有著更大的簧下質量。為了獲得更好的乘坐舒適性,對于一些部件采用鋁合金材質可以有效減小簧下質量在整車重量中的比重。

--對車輛加速性和操控性的影響

對于喜愛改裝的朋友而言,輪圈往往是他們最先改造的項目,換一個造型更炫、直徑更大的輪圈,同時通過搭配低扁平比的輪胎可以帶來不錯的視覺效果,但是很多人卻忽視了改造背后所帶來的簧下質量的增加。發動機的扭矩通過半軸 帶動車輪旋轉,更重的輪圈意味著更大的轉動慣量,車輛的動力如果不進行相匹配的提升,在驅動擁有更大轉動慣量的車輪時必然會導致車輛加速性能的下降。


懸掛系統的改造還包括升級剎車系統,比如換用大尺寸的剎車盤,由單活塞升級為多活塞式卡鉗,如果在升級改造時沒有考慮到使用輕量化的套件,那么無意中都會增加簧下質量,而影響車輛的性能。更輕的簧下質量其實就相當于百米運動員穿著一雙超輕的跑鞋,更小的運動慣量帶來的是更好的加速性能。


『蘭博基尼LP700的前懸掛結構』

對于一套理想化的懸掛系統,在保證其擁有出色的幾個懸掛結構的條件下,盡量降低簧下質量可以減小該質量對懸掛性能的影響。這也為彈簧、減震器、防傾桿等部件的設定與調校留下了更多的可操作空間。


『普遍應用于方程式賽車的推桿式水平懸掛結構』

可以看到蘭博基尼LP700的懸掛系統采用了F1賽車的推桿式水平懸掛系統,每個車輪只依靠一根推桿匹配較硬的彈簧設定來支撐車身重量。這種設計的巧妙在于將原本屬于簧下質量的彈簧和減震器劃歸到簧上質量的范疇里,減輕的簧下質量為車輛提供了更廣闊的調教空間,使車輛擁有更好的操控性。


『輪轂電機』

目前有一種采用輪轂電機驅動車輛的新能源汽車,它將動力系統置于輪轂的位置上,這樣大大增加了車輛的簧下質量。由于沒有體驗過該類車型,所以具體的乘坐表現還無法判斷,或許廠商會通過對懸掛系統其它部件的調教來彌補這種先天結構上的劣勢。有關輪轂電機技術的詳細信息,請點擊《未來電驅動主力 輪轂電機驅動技術解析》。

全文總結:

當我們單純的從簧下質量的角度去分析其對車輛動態行駛特性所產生的影響時,會發現減小簧下質量不論對于講求舒適平穩的豪華轎車,還是講求運動與極限操控的超級跑車 而言都具有不可忽視的作用。對于熱衷改裝的朋友而言,對涉及到簧下質量部件的改造和升級同樣需要考慮質量的改變所帶來動力性能的變化。應該說車輛的底盤是一套極其復雜但又關乎車輛基本行駛性能的系統,對于其中任意部件的調整,都會使車輛表現出不同的行駛特性。而簧下質量只是復雜的底盤系統中的一方面,在減小簧下質量的同時只有與其它相關部件進行更好的匹配和調教,才能打造出一幅適合自身車型特點的底盤系統。

參考資料

汽車之家《關乎車輛的舒適與操控 解析簧下質量》

when we simply from the perspective of the quality of the spring to analyze the effects of driving characteristics of the vehicle dynamic, will find that reduced unsprung mass is about whether comfortably luxury cars, or emphasize the movement and the ultimate control of the super sports car have a noticeable effect. For friends who are interested in the modification, the transformation and upgrading of the quality components involved in the spring also need to consider changes in the quality of the resulting changes in dynamic performance. It should be said that the chassis of the vehicle is a very complex but also related to the basic performance of the vehicle system, for any of the parts of the adjustment, the vehicle will show different driving characteristics. While the unsprung mass is a complex system of the chassis on the one hand, in reducing the quality at the same time the spring only for better matching and training and other related parts, in order to create a suitable vehicle chassis system characteristics.

reference

car home "relating to the comfort of the vehicle and control analysis under the spring quality"

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