簧下质量原理

簧下质量的定义

簧下质量其实是一个相对簧上质量而言的概念,对于一辆车,我们可以将其分成簧下质量和簧上质量两个部分。如果给簧下质量下个定义,它是指不由悬挂系统中的弹性元件所支撑的质量,一般包括有车轮、弹簧 、减震器以及其它相关部件等,而簧上质量自然就是车辆剩余部分的质量,一般包括车架、动力系统、传动装置、乘员等。

簧下质量的界定



对于簧下质量的界定其实并不是一件容易的事情,严格意义上来说,相对车身运动或者说随着车轮跳动的部件都应归为簧下质量。像与车身完全没有接触的车轮自然好理解,但是像弹簧、减震器、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驱车型中的传动轴,它们的特点都是一端与车身相连或者通过副车架 间接的与车身相连接,而另一端则随着车轮上下跳动。这在实际的计算中,一般可以取这些部件质量的二分之一作为簧下质量。

簧下质量的意义

在车辆动态行驶理论中,有一个簧上质量与簧下质量之比的数据。对于一辆车来说,我们在不考虑其悬挂设定的因素下,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,也就意味着该车拥有更好的乘坐舒适性,而更小的簧下质量同时意味着悬挂系统拥有更好的动态响应能力以及车辆的操控性,接下来我们分别从这两方面来进行解读。


--对乘坐舒适性的影响

车辆在路面行驶时,悬挂系统会不断接受来自路面的冲击,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,不过想通过机械的结构做到这一点几乎是不可能的,但是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。


如果车体(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自然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。如果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,这也就很好的解释了当遇到一个较大的障碍物时,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。

在实际驾驶中,人们通常会感觉到一辆满载的车辆会比空载时拥有更好的行驶平稳性,这种在其它参数不变,只增加簧上质量或者说减小簧下质量所占比重的情况确实可以使车辆更加舒适。对于现在的汽车而言,车身轻量化 是一个趋势,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。



对于中大型车或者豪华型车而言,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。

--对车辆加速性和操控性的影响

对于喜爱改装的朋友而言,轮圈往往是他们最先改造的项目,换一个造型更炫、直径更大的轮圈,同时通过搭配低扁平比的轮胎可以带来不错的视觉效果,但是很多人却忽视了改造背后所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。


悬挂系统的改造还包括升级刹车系统,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。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。


『兰博基尼LP700的前悬挂结构』

对于一套理想化的悬挂系统,在保证其拥有出色的几个悬挂结构的条件下,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。


『普遍应用于方程式赛车的推杆式水平悬挂结构』

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。


『轮毂电机』

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。有关轮毂电机技术的详细信息,请点击《未来电驱动主力 轮毂电机驱动技术解析》。

全文总结:

当我们单纯的从簧下质量的角度去分析其对车辆动态行驶特性所产生的影响时,会发现减小簧下质量不论对于讲求舒适平稳的豪华轿车,还是讲求运动与极限操控的超级跑车 而言都具有不可忽视的作用。对于热衷改装的朋友而言,对涉及到簧下质量部件的改造和升级同样需要考虑质量的改变所带来动力性能的变化。应该说车辆的底盘是一套极其复杂但又关乎车辆基本行驶性能的系统,对于其中任意部件的调整,都会使车辆表现出不同的行驶特性。而簧下质量只是复杂的底盘系统中的一方面,在减小簧下质量的同时只有与其它相关部件进行更好的匹配和调教,才能打造出一幅适合自身车型特点的底盘系统。

参考资料

汽车之家《关乎车辆的舒适与操控 解析簧下质量》

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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