一说起扭力梁,很多人都不怎么待见它,其实扭力梁自身也潜藏着很不错的性能潜力,譬如说专注刷纽北的本田思域TYPE-R、雷诺梅甘娜RS 275、欧宝雅特OPC等前驱钢炮都是扭力梁,而雅特OPC后悬架上的“瓦特连杆”,更是被通用将其引入国内的威朗、科鲁兹等车型上的时候大书特书。然而,它看上去非常简单,仅仅就是比普通的扭力梁悬架多了一组“Z”字形的连杆。它真的有宣传的那么神吗?下面车域无疆一起跟大家来深入了解一下。
瓦特连杆的作用有多大?
“瓦特连杆”最初是由一位名叫詹姆斯-瓦特(James Watt)的工程师发明的,没错,就是大名鼎鼎的那位改良蒸汽机的瓦特,后来才被引入到汽车上。而它搭配轿车的扭力梁使用,也不过是最近十多年的事情。要理解它的作用,先要从扭力梁的基础原理说起。
这就是“瓦特连杆”的雏形,相信小时候的大家都不会陌生。
为什么有一些媒体会被扭力梁称之为“半独立悬架”而不是“非独立悬架”?从下面这个简化的示意图就可以看出来了。扭力梁的主梁,相当于一根串联左右轮之间的粗弹簧。这个粗弹簧的布置位置,也是底盘设计和调校的一部分。
再对比一下下面的两个图,左边的扭力梁,比较远离后轮轴线,偏向舒适取向。右边的这个(没错,就是没换独立悬架的速腾),扭力梁靠近后轮轴线,偏向操控取向。为什么呢?其实这就像杠杆原理一样,越是远离后轮轴线,力臂越长,车轮弹跳对主梁的扭转作用越大,相当于这跟“粗弹簧”越软。
这时候问题就来了,如果想操控好一点,就需要把扭力梁做硬一些,或者让其靠近后轮轴线,但是这样一来过坎的时候,左右轮之间跳动干涉会非常严重,舒适性不好,而且会对纵臂造成不良的额外扭转受力。所以我们日常看到的扭力梁,大多数是远离后轮轴线的设计。这一类设计舒适性相对好,但是对车轮定位,尤其是前束的控制能力就比较差,而且侧倾也会更严重。
有一些主打运动的车型,会通过外加防倾杆来抑制,或者加硬弹簧、加大减震器的阻尼等等,但是效果并不明显,同时也会无可避免地影响舒适性。这时候,瓦特连杆的作用就凸显出来了,它的好处主要有以下几个:
1、为两侧的车轮多提供一组轴向支撑,提升整个悬架的结构刚度;
2、发生侧倾,一侧悬架压缩过多时,通过连杆的作用,抑制另一侧悬架的过度伸张,左右两侧车轮在转向时的受力相互补偿,避免了极端情况下内侧车轮失去附着力;
3、有了瓦特连杆的牵制作用,保证高速过弯的支撑力,后悬架得到了“减负”,可以专心对付日常的舒适性,这在工程上被称之为受力的“解耦”。譬如说,弹簧、减震器可以调的更软,衬套可以布置成与车身纵轴线垂直,专注于吸收来自路面的冲击;
4、占用空间小,保持了扭力梁成本低、占用空间小的优势。不过,瓦特连杆没有改变扭力梁结构的本质。受到扭力梁固有结构特点限制,左右车轮运动相互干扰的缺陷并没有消失,对震动的控制能力还是不如独立悬架。
所以总体来说,它是一个在较低的成本下,有效兼顾空间、舒适与操控的,比较高效的方案。但是要在结构上完全战胜独立悬架,显然还是天方夜谈。真要做好,还是得靠调校,看的还是最终疗效。
谁在用瓦特连杆?
值得一提的是,虽然“瓦特连杆”已经成为了通用的专利,但是瓦特连杆一类的结构,并不是通用的孤品。它最早都是出现在一些使用大梁式车架(也就是所谓的非承载式车身)的车型的刚性轴后悬架上,至今还有不少硬派越野车和皮卡在使用,譬如福特撼路者、RANGER皮卡等等。
福特撼路者带瓦特连杆的后悬架
不过在它们身上,瓦特连杆的用法不太一样,它们是把两条连杆固定在车架上,摇臂固定在后轴上。它们的目的不是控制侧倾,而是抑制车身的左右晃动。从下面这两张图的对比,就可以很直观地看出瓦特连杆的优势了。不过这种形式的瓦特连杆,用在硬派越野车上的话,一定程度上会限制后悬架的行程。
根据实际情况的不同,瓦特连杆的组成还有诸多不同的“变种”。譬如说下面的这种,带有两个摇臂,在车架上有两个固定点,不但保留了瓦特连杆在牵制侧倾方面的独特优势,而且效果更接近独立悬架,可以实现更为复杂的运动轨迹的控制。
双摇臂瓦特连杆
而在乘用车上,使用瓦特连杆的也大有人在。通用在北美的死对头之一——克莱斯勒,在它们旗下的PT漫步者(PT Cruiser)上使用了瓦特连杆。虽然PT漫步者的外观看了就让人倒胃口,但是壳子底下藏的底盘设计还是挺独特的。它的瓦特连杆布置和撼路者相似,同样是为了控制后悬架的横向窜动。
和通用的用法最为接近的,是老款的奔驰A级/B级(W169),它们的瓦特连杆,摇臂和通用系的一样固定在车架上。不同的地方,在于奔驰的连杆组是“躺”着布置的,目的更多地倾向于控制束角。
而通用旗下Delta平台的车型,包括科鲁兹、老英朗、威朗/威朗GS等车型的瓦特连杆,都是“竖立”布置,兼顾控制束角和侧倾。这种布置形式早已被欧宝申请专利,而且“瓦特连杆”这个名字也被欧宝注册了。由于通用收购了欧宝,它也就成为通用的独门秘技。所以严格意义来说,只有这种“立式布置”、单摇臂的瓦特连杆组,才是通用的独家专利,而且由于名字也被“收编”的缘故。
总结
在合理的成本下达到理想的性能,一直是每一个厂商都在追求的目标,扭力梁悬架搭配瓦特连杆就是一个典型例子。这种兼顾舒适、性能和成本的高效设计,看似简单,然而在其背后,都汇聚了各大汽车厂商的心血,是它们开发能力的集中体现。(文/何华)
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