和车辆操控息息相关:非簧载质量

车重和操控性能有着密不可分的关系,车重越大、惯性力就越大,只要汽车一天在地球上行驶,就必须遵循这个物理法则,所以,也请一些抬杠者别在评论里教育咱们的编辑,提出些有违伦纲的歪理对这里问题提出质疑或者自己见解。正过来说、反过来说都是同一个结论:重量是车辆操控性能的天敌。


这也是为何车重大的车型,在驾驶起来越会感到笨重以及在车辆过弯时产生更大的重心转移量,车重越轻则相反。我们熟悉的车重指标有整备质量和满载质量两个参数,整备质量即车辆在油、水、电全满状态下的空车重量,而满载质量则是在整备质量的基础上,车辆满员满货状态下的车重,然而满载质量更多的只是一个参考数,两者之差就是一款车的最大承载质量。



图:乘用车并非商用车,其设计之初就没打算让车主用其进行高强度运货作业,而且车辆在完全满载的前提下因为避震器行程被严重压缩,所以更容易出现避震器打底现象,从而加速避震器的损坏速度。加上长时间满载特别是那些车头轻、车尾重的情况,不排除会有几率对车架造成不可逆的轻微形变,影响车架结构刚性。



除了这两项在车辆行驶证上有清楚标明的参数指标外,还有一些汽车厂家一般不会对外公布的数据,就例如簧载质量(Sprung Mass)和非簧载质量(Unsprung Mass)。这两项车重参数和上文提到的车辆整备和满载质量不同,前者是车辆总重,而后者则是会更加细化。具体到何种地步,咱们就先从什么是簧载质量开始说起吧。





簧载质量,从名字上就很好理解,说的就是由车辆悬挂部件(可以简单理解为避震器弹簧组)支撑的车身部件,当中就包括车架、内饰、车身蒙皮、发动机、波箱以及乘客等等。从使用角度上看,簧载质量是为轮胎提供提供负重,从而增加更多的抓地力。但也并非簧载质量越多越好,因为这会对避震器弹簧组造成更大的负担,同时也会带来更大的车辆侧倾和重心转移。如果要想在车辆簧载质量部分进行减重,可以说是相当容易了,换个锂电池、拆除车辆隔音材料、拆备胎、换碳纤维车身部件、拆内饰、座椅等部件均可,包括车主本人多去减肥,降低体重(说笑)。看完以上这些部件,相信各位也都发现了,一般人认为的车辆减重措施其实都只是在减轻簧载质量,虽然有用,但一定没有从非簧载质量入手效果来得那么显著。







“非簧载质量”恰好就是每辆车“簧载质量”没有纳入的其他部分,后者是受车辆悬挂支撑的重量,前者则是不受车辆悬挂支撑的部件,如果硬要划分的话就是一个以避震器塔顶为分界线,一个以避震器“脚”为分界线。非簧载质量包含的车辆零部件有:传动半轴转向节(羊角)车轮轴承轮圈轮胎刹车分泵和制动碟、刹车皮悬挂摆臂、防倾杆连杆、弹簧、避震机的随动部分(非塔顶固定部分,所以倒立式避震才有降低簧下质量的效果)。透过以上这些组件不难发现,如果要减少非簧载质量的话,难度相当高,因为不像簧载质量那般可以通过拆除、优化法来实现,哪怕有轻量化升级部件价格也必定不便宜。


说说非簧载质量的轻重会产生怎样的影响?先从大重量方面说起吧:最先影响的是车辆的转动质量,要知道发动机扭矩从波箱输出后到传动轴/半轴,都是通过旋转的形式带动的,要是轮圈、传动半轴、刹车系统等非簧载部件重量高的话,驱动时就需要用到更大的扭矩,也就是说动力损耗会更加大,从而变相影响车辆的油耗表现。同等重量的情况下,非簧载质量部件会比簧载质量部件增加约为3倍左右的加速难度。



图:看完这张图,相信各位都能清楚知道,非簧载部件到底都有哪些了吧。



伴随着大重量而来的还有较高的转动惯性,非簧载部件的高转动惯性从物理的角度上来看,的确是更利于行车时收油门溜车,但坏处同样明显,那便是收油门后,通过档位齿比进行“拖波”制动的效果变差,也就是说,对刹车系统的依赖性增加了。除此之外,非簧载质量还和悬挂的运动性能有巨大关联,特别是避震器。


上文提到,非簧载质量部件并不需要避震器起到承托作用,但可没说过它们不用被避震器“拖着”。由于避震器需要不停的高频率往返工作来吸收震动,而避震器在高频往返运动中还连接着轮胎、轮圈、刹车卡钳、刹车碟、摆臂等等“累赘”,各种簧下质量总是在妨碍避震器工作。那么如果说非簧载质量减少了、甚至避震机自身属于悬挂下重量部分的质量也减少了又会怎么样呢?小编说一个各位可能不会意识到的点,那便是和车辆乘坐舒适性有关,为啥?道理很简单,当车轮在路面行驶遭遇坑洼通过时,车轮会首先往坑洼处下陷,之后车身会跟随车轮一同往下陷,这时影响舒适度的是簧载质量。那么当车轮离开坑洞时,自然会因为重新回到路面而出现上升的过程,这时一堆非簧载部件的重量就会随着车轮一同往避震器施加向上的压缩力度。力度越大,对避震器行程的压缩就会更强,当避震器无法完全过滤震动,这些震动便会通过车架塔顶传递到车身,从而影响车内人员的乘坐舒适性。如果非簧载部件的重量减少了,当车轮通过坑洞时往避震器上压缩的力度便会减少,同样避震器传递到塔顶的震动也会减少,自然就不会对车辆的乘坐品质产生太大的影响。





图:小编还记得曾经有一位老前辈说过:在非簧载质量下,重量减低1kg,就相当于整车质量降低15kg。



如果是对于性能车而言,更轻的非簧载质量便能使悬挂部件、避震器的运动速度加快,通过坑洞甚至是压过赛道路肩之后,车轮重新贴服回地面的速度更快,减少对轮胎抓地力的影响。对于转向来说也是一样的道理,更轻的非簧载质量意味着更少的转动惯性,因此当驾驶员转动方向盘输入转向角度时,车轮的响应更加迅速,自然的车辆的转向响应性更好了。在这里小编再简单举个例子吧,看完这个例子相信各位就能清楚的知道,非簧载质量对车辆的影响。假设我们平常穿的跑鞋重量为400g,跑步时轻松又享受,当穿着的篮球鞋有1000g,那么我们不用跑多久就累了;但是我们将一双1000g重量的篮球鞋提在手里或者是背着这双鞋,然后再穿着400g的跑鞋进行跑步,那么肯定比穿1000g的篮球鞋要轻松地多,这个例子足以证明减少非簧载质量的重要性。





图:对于赛车来说减少非簧载质量是重中之重,为了就是应付像是上图这种情况,要是赛车的非簧载质量高,首先是对避震器、轮胎、轮圈的伤害更大,另外是悬挂系统响应慢就意味着赛车的单边车轮弹起后,无法快速的重新恢复轮胎抓地力。



要想有效减少车辆非簧载质量,可以从多个角度入手,首先轮圈越轻越好,不但减少自重,旋转惯性减少,也有利于制动以及加速。较为高阶的偷轻非簧载质量方法,可换装悬挂系统中的各种铝合金摆臂,麦花臣、双摇臂悬挂结构里的上下摆臂或者多连杆里的各种控制臂产品,铝合金比原厂铸铁材质的轻上不少,尤其很多热门车型,选择更是琳琅满目。





非簧载质量还有一个民间使用的比较多的名词“簧下质量”或“悬挂下重量”,这个词是由一位名叫Albert Healey(艾尔伯特·希里)的邓禄普轮胎公司数学家创制的。1924年11月,他在总部位于英国莱斯特郡的汽车工程师协会做了一场严格分析悬挂设计的讲座,当中就提到了簧下质量一词,以及“轮胎也属于悬挂系统的一部分”。



图:只可惜因为年代久远,所以我们并没有在网络上搜寻到关于Albert Healey(艾尔伯特·希里)的相关资料。





透过这次非簧载质量的选题,相信各位都能清楚知道车辆轻量化的优点,特别是针对非簧载质量的减重措施。无论是出于安全(制动距离)、操控性能、行车舒适性、燃油经济性等出发点都好,车辆轻量化都是一项十分重要的升级步骤,并且其基本上是百利而无一害的,可能唯一的缺点是就是升级费用过高,数数手指头,貌似升级每一件都是贵价货。就此别过,小编要继续努力写稿赚钱了,不然那套心仪的轮圈什么时候能下单啊?!


本内容来自汽车之家创作者,不代表汽车之家的观点和立场。
标签: 技术解析
0 +1
收藏
纠错/举报
170关注 | 344作品
+ 关注
爱車 · 誌在分享
Ta的内容

下载之家app

0
评论
收藏
意见反馈