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系统性讲解,换更轻量化轮毂的效果到底有多大

那么,现在就来科学系统性的讲解一下。

更换轮毂的本质是:降低簧下质量(美观是其次)。

什么是簧下质量

其中蓝色线条是车身部分,红色是车轮等等一系列组件。连接两者的就是黄色线条的弹簧和绿色部分的避震机,当然真正汽车上还有一系列悬架机构来约束车轮的跳动范围,这里手残略去。

从结构上说,簧下质量部分包括上图离的红色、黄色、绿色部分,即(但不限于):轮毂、轮胎(包括螺丝)、摆臂、弹簧、避震机、拉杆、制动总成(制动鼓或者刹车碟+鲍鱼),某些车型还得算上传动轴、整体桥等等。

其实可以这么想,上图之所以画成这幅奇葩样子,就是让对簧上簧下没概念的人将车想成这么一回事:车可以分成两部分,一部分是贴着地面向前滚的,这部分将弹簧和避震机拆掉之后仍然可以稳稳当当放在地面上,这部分就是簧下。另一部分是坐人的上层建筑,这部分如果将悬架拆掉,就会垮下来亲吻地面了,必须要有弹簧和避震机支撑这部分。而这部分就是簧上。两者之间用弹簧和避震机连接。(当然弹簧和避震机一般算簧下)。

理解这个是想明白这个问题的根本。这也是我对目前看到的汽车媒体上对簧下质量优化的解释不太满意的地方,搭建这个简化的模型后再去思考簧下质量优化,就会清晰很多了。

降低簧下质量的意义

有这么一种说法:簧下1公斤,簧上10公斤。意思就是簧下质量降低1kg,取得的优化效果大致相当于簧上砍掉10kg。这种说法当然只是坊间流传,实际情况要复杂一些,需要从两个方面来考量:单独考量簧下质量降低带来的好处;以及综合簧上、簧下质量对汽车带来的影响。

首先单独来看簧下质量降低会带来什么样的影响。

主要体现在加减速性能上。

这也就是簧下1公斤,簧上10公斤所指。

原理很容易理解,作为和半轴直接连接的零部件,轮毂轮胎的转动惯量对性能有着非常直接的影响。管你是250PS还是280PS,350Nm还是420Nm,得先克服轮毂轮胎的转动惯性,才能将扭矩透过轮毂轮胎传递到地面上。降低轮毂轮胎(当然还包括一起旋转的刹车碟)的重量可以让动力的传递更加直接。

但是,光论旋转转动惯量对加减速性能的影响,是没有鲍鱼、摆臂什么事的。因为它们并不随车轮转动,拖后腿的能力和簧上部分没什么区别。那么那些换鲍鱼和碟还喜欢上秤幺的都是怎么想的?

这就涉及到另一个考量的方面了。

簧上簧下质量比

这就得用到上面手残出来的那个简化模型了。

对于汽车来说,路面绝对不是光滑如镜的。且不说各种坑包减速带井盖,各种石子也会造成跳动,何况仔细观察一下柏油路面,表面算是很粗糙的。

但是在舒适向的车里,我们感受到的是丝般顺滑。除了采用较软的弹簧避震机组合,增加簧上簧下质量比也是一个行之有效的手段。

货车就有这么一个很有意思的特性:空载的时候,车颠得一塌糊涂,非得装点什么东西开起来才像那么回事。

究其原因,就是簧上簧下质量比增加了。

我们回到简化模型上。路面上所有的弹跳,都是第一时间施加在簧下部分,簧下部分的弹跳则需要通过弹簧和避震机再对簧上产生影响。在静止状态下,弹簧承担的重量就是簧上部分的重量,而当簧下遇到弹跳,弹簧压缩或者舒张,则会打破平衡,产生多余的压力。而根据牛顿第二定律,通过弹簧向簧下施加的压力也会同等施加在簧上。这时候两条路可选(或者兼而有之):

第一,增加簧上质量,如同货车装东西,通过增加簧上质量,来削弱簧下跳动通过弹簧传到簧上部分引起的加速度。直观点说就是靠车重把弹跳压住。

第二,减轻簧下质量,让簧下部分产生同等的弹跳所需的回弹力度降低,来减轻对簧上部分的影响。

综合起来就是簧上簧下质量的比值需要提高。

当然最理想的状况就是簧上簧下质量同时削减,但是簧下削减的部分更甚于簧上,综合下来的簧上簧下质量比仍然是增大。

所以,一些人常说车重了开高速稳当,其实有一定道理,但是更准确的说法是簧上簧下的质量比大,开起来稳当。

不可忽视的弹簧和避震机

作为连接两大块并且负责支撑、传递力、吸收冲击的部分,弹簧和避震机的选择影响更大。簧下弹跳的力度有多大会反馈到簧上更多的是弹簧和避震机说了算的。

所以说:改装是系统工程,切忌片面化的改装。 

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