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簧下质量关于汽车的舒适与操控
时间:2015-10-14 15:16:06   来源:bk.jnesc.com   作者:石锅拌饭
百科名片
簧下质量(Unsprung Weight),它是指不由悬挂系统中弹性元件所支撑的质量,一般包括车轮、弹簧、减震器以及其他相关部件等。
词条内容

目录
簧下质量简介
簧下质量界定
簧下质意义


簧下质量简介


       其实簧下质量是相对于簧上质量(Sprung Weight)而言的概念,我们可以讲一辆车分成簧下质量和簧上质量两部分,簧上质量就是值得汽车悬挂系统支撑的重量,包含了汽车的绝大部分的质量,有车架、动力系统、传动装置以及车内的乘员等。而簧下质量则一般包括车轮、弹簧、减震器以及其他相关部件等。有这样的一个说法,减轻1KG的簧下质量的效能可以等同于减轻15KG的簧上质量。当然,数据不一定精确,但效果及影响确实如此。在簧上质量不变的情况下,减轻簧下质量可以在一定程度提升汽车的加速,稳定性以及操控性。


簧下质量界定


        簧下质量的界定并不容易,严格意义上讲,相对于车身运动或者说会随着车轮跳动的部件都应该被归为簧下质量。与车身没有直接接触的车轮好理解,但是像是弹簧、减震器以及独立悬挂系统中的连杆、非独立悬挂系统中的扭力梁以及四期车型中的传动轴,它们都是有一段与车身或是车架相连,而另一端则是会随着车轮上下跳动,在实际计算中,一般可以取这些部件质量的二分之一作为簧下质量。


簧下质意义


       理论中在车辆动态行驶时,有一个簧上质量和簧下质量之比的数据。在不考虑悬挂设定的因素下,一辆车单纯从簧上质量与簧下质量之比的角度出发,这个比值越大,也就意味着车辆拥有的舒适性更好,而且更小的簧下质量也意味着悬挂系统有更好的动态响应能力以及操控性。


(一)对乘坐舒适性
       车辆在路面行驶时,悬挂系统会不断受到来自路面的冲击,乘员在车内最理想的舒适状态,则是车体始终相对路面保持静止,车轮随着路面情况不断起伏,不过依靠机械结构是不可能做到这一点的,但是可以通过增大簧上与簧下质量之比,车辆可以更接近这种行驶状态。


        如果车辆的簧上质量在车的整备质量中占有较大的比重,那么这个较大的质量就会增加车轮对地面的压力,使车轮紧密的贴合路面。当车轮遇到来自路面的凸起或凹陷时,如果簧下质量较大,那么它自然也会有更大的运动惯性,在随着路面起伏时也需要相对更长的时间。在车速一定的情况下,还来不及改变运动轨迹的悬挂系统会将这种路面的起伏直接传递给车身,而悬挂系统并没有完成自身应该过滤震动、吸收冲击的工作。车速越快,对车身造成的冲击也就越明显,也就是说当车辆在行驶时遇到一个较大的障碍物,慢速通行和快速通行对乘坐舒适性所产生的不同影响,较低速度通过是给悬挂系统留有更多的起伏运动时间以减小对乘员舒适性的影响。


       同时,更小的簧下质量必然会使悬挂系统拥有更好的动态响应,以达到车身平稳,而车轮快速的随路面起伏来缓和冲击的状态。对于采用独立悬挂系统的车辆而言,单纯从簧下质量的角度分析,其在先天机构上相比采用扭力梁结构的车型拥有更好的响应,当然弹簧以及减震器的调教与设定同样对车辆的舒适性有着不可忽视的作用。


       在实际行车中,满载的车辆会比空载的车辆有更好的平稳性,在这种其他参数不变,只增加簧上质量或者减少簧下质量所占比重的做法确实可以让车辆更加舒适。现在汽车轻量化是一个大趋势,车身重量的减轻,也应该伴随着簧下质量的减小,但是降低簧下质量相比减小车身重量要困难得多,在保证合理的几何悬挂设置和强度的要求下,通过使用更轻的材质来减小簧下质量不失为一记良策。


       但是对于中大型车或者豪华车型来说,由于车身安装有众多电子设备,同时较大的车架,再加上发动机、传动系统等,通常会导致其整备质量较大。然而复杂的悬挂结构也导致其相比普通车辆有着更大的簧下质量。为了获得更好的乘坐舒适性,对于一些部件采用铝合金材质可以有效减小簧下质量在整车重量中的比重。


(二)对汽车操控
        热爱改装的朋友,一般都会选择从轮圈开始,但是在改装轮圈的时候往往会忽略一点那就是带来的簧下质量的增加。发动机的扭矩通过半轴带动车轮旋转,更重的轮圈意味着更大的转动惯量,车辆的动力如果不进行相匹配的提升,在驱动拥有更大转动惯量的车轮时必然会导致车辆加速性能的下降。


      改装悬挂系统也可能会增加簧下质量,比如换用大尺寸的刹车盘,由单活塞升级为多活塞式卡钳,如果在升级改造时没有考虑到使用轻量化的套件,那么无意中都会增加簧下质量,而影响车辆的性能。打个比方来说,更轻的簧下质量其实就相当于百米运动员穿着一双超轻的跑鞋,更小的运动惯量带来的是更好的加速性能。


       对于一套理想化的悬挂系统,在保证其拥有出色的几何悬挂结构的条件下,尽量降低簧下质量可以减小该质量对悬挂性能的影响。这也为弹簧、减震器、防倾杆等部件的设定与调校留下了更多的可操作空间。

       可以看到兰博基尼LP700的悬挂系统采用了F1赛车的推杆式水平悬挂系统,每个车轮只依靠一根推杆匹配较硬的弹簧设定来支撑车身重量。这种设计的巧妙在于将原本属于簧下质量的弹簧和减震器划归到簧上质量的范畴里,减轻的簧下质量为车辆提供了更广阔的调教空间,使车辆拥有更好的操控性。


       目前有一种采用轮毂电机驱动车辆的新能源汽车,它将动力系统置于轮毂的位置上,这样大大增加了车辆的簧下质量。由于没有体验过该类车型,所以具体的乘坐表现还无法判断,或许厂商会通过对悬挂系统其它部件的调教来弥补这种先天结构上的劣势。

参考资料
1. 关乎车辆的舒适与操控 解析簧下质量 .【汽车之家】.[引用日期2015-10-14].
2. 簧下质量 .【太平洋汽车网】.[引用日期2015-10-14].
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最近更新:2015-10-14
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