【汽車基礎教室】國產中小型房車底盤綜觀 ( 上 )

記者:sutl 2002-09-18

『底盤』一個對於一般開車族很沒有意義,卻又時時刻刻使用的東西,說它是東西嗎?真的把車頂起來,你又很難說明哪裡到哪裡是底盤,哪裡到哪裡是車身,因為現代車輛早就將底盤融入於車身之中了。

底盤簡介


▲1. 要有良好的操控性,首先要有一副剛性夠高的車身。不過車身剛性高不高,是無法用肉眼看出來的,必須經過實地測驗才知道。


大家常說底盤底盤的,到底底盤是由哪些東西組合而成的?就由大而小先介紹一下,首先最大零件叫車身,然後是懸吊系統,懸吊系統內還有避震系統,而後最重要的是輪胎。說穿了就是這些東西。
為什麼車身是底盤最大零件,因為現代車廠為了節省成本,所以已經將傳統的底盤取消了,現在的懸吊系統都是直接連接於車身上,或者是透過副車架連接於車身上,這樣除了省掉底盤的錢之外,也有輕量化的好處。不過缺點就是不夠堅固,所以會在車身上裝上一堆有的沒有的加強樑,以提升車身剛性。
至於懸吊系統跟避震系統的分別,我想一般消費者都會將其搞混,一般而言,懸吊臂都是屬於懸吊系統,而避震器、彈簧、防傾桿屬於避震系統,不過很多時候,避震器也屬於懸吊系統,這後面再談。 而不管如何,輪胎永遠是最重要的零件,不過這跟車廠無關,而且消費者也可自行換裝。
一個所謂好的底盤究竟要如何,先不論個人主觀的避震系統軟硬,一個好的底盤剛性要高,角度控制要精準,這樣車子才會遵從駕駛的控制,駕駛也才能了解車身的動態,進而達到安全有樂趣的行車。


底盤詳解


▲這是前雙A臂懸吊,下臂由兩支拉桿所組成。

既然車身是底盤的最大零件,那車身的好壞勢必完全主導了底盤好壞,一個好的車身在於擁有高剛性,所謂的高剛性就是不易變形。車輛行走在路上時,用肉眼看起來好像完全沒有變形,但實際上都會因為路面的衝擊而不斷的變形,一但車身變形,車輛就不會聽話,不要以為1~2mm的變形沒什麼,它會讓你在高速時難以駕馭車輛,因為在高速時,你對車輛的操控也不到10mm,這就是為什麼各汽車媒體常說,車身剛性對於高速行駛的穩定性有絕對性的影響。
不過這裡所指的車身剛性與安全性無關,若是真的要作,當然可以作出一台擁有極佳操控性卻沒安全性的車身,反之亦然。所以車身的操控剛性是不可能由撞擊測試中看出來的,車身的操控剛性通常跟扭曲剛性有關,測試法為固定車身某一端點,然後對對角線上的端點施力,求得車輛的變形角度,單位為Nm/deg,這就是各車廠在車輛改款時常說的車身剛性又提升多少%的計量單位,可惜的是全世界車廠對於這個數字保密到家,使得車身剛性比較只能流於試車的主觀印象,而沒有科學的數據比較,再加上懸吊及避震的模糊化之後,車身剛性變成老王賣瓜自賣自誇,謊言攻訐不斷的羅生門了。



▲這是獨立多連桿拖曳臂懸吊,由兩支橫拉桿稱住橫向力。

不過,不論車身剛性再高,若是直接將懸吊臂接於車身上,也會因為應力集中現象,而產生過多的局部變形,所以最好裝上剛性更高的副車架,將來自懸吊臂的力量透過副車架,分散到更多的車身上以降低車身的變形量,所以高價一點的車都會不吝嗇裝上副車架,來降低車身所承受的壓力。
懸吊系統向來是底盤中最變化多端的地方了,因為除了剛性的考量外,角度控制也是一大挑戰,先說最簡當的轉向控制,有的車就能作到近乎即時的反應,有的車轉動方向盤過後約一秒才有反應(AOL真的試過這種車),會有這種差別主要還是剛性問題,剛性不足的車身和懸吊會先變形吸收掉你的轉向動作,然後再反彈出來,開到這種車會讓人有一種不安定感,實際上是不信賴感,另外也會因為初期的轉向動作被吃掉,所以駕駛人的方向盤會多轉一些,導致轉向後期的離心力太大導致失控,這種車開久了駕駛技術就會錯誤,導致容易發生低速失控的事件。



▲這組懸吊系統乍看之下會以為是拖曳臂系統,但輪榖並不是接於拖曳A臂上,而是接實於橫拉桿上,避震器不受外力,所以也不是麥花臣,也絕不可能是雙A臂,更不是車軸或擺動軸懸吊。

當然除了最基礎的轉向控制之外,懸吊系統也控制著車輪各種的角度,有關車輪的角度很多,有外傾角、後傾角、內傾角、前束角等。外傾角決定輪胎的接地角度,理論上而言是0°,但車子過彎時會側傾,長久下去輪胎外部磨損會比較嚴重,所以多設定一點負值,也可讓車在過彎時穩定一點,至於設多少就看各廠經驗決定,不過原廠設定不適合太保守或太暴力的人,所以根據自己的開車需求,要求輪胎行作出自己的定位角度是比較好的做法。
後傾角是非常重要的角度,它影響著你對車輛轉向時的感覺,後傾角的作用為讓前車輪朝向力的方向,這聽起來是蠻模糊的,所以用實例解釋吧!在直行時,力量是朝前或是朝後的,所以車輪是朝前方的,在過彎時,車輪承受到過彎時的離心力,也會讓車輪朝向離心力的方向,在甩尾時,前輪也會朝向甩尾的方向,於是你知道了為什麼出彎的時候可放掉方向盤的原因了。不過後傾角越大,相對的駕駛人要更用力的轉動方向盤,所以在前輪有驅動力的車上,後傾角通常只有1~3°,而後驅車通常有5~10°。



▲這是一份電腦模擬圖,圖中模擬的是一部先進的未來車,它的外傾角﹙camber﹚變化角度高達20°,幾乎所有的時間輪胎都垂直於地板上。

既然前驅車的後傾角很小,那直進穩定就會不足,所以內傾角就出現了,內傾角的作用為讓車輪朝前,以補足穩定性不足的問題,而這個內傾角所產生的直進力量為負重乘以sin(內傾角)。另外內傾角跟外傾角的夾角為包容角,這個角度不重要,重要的是該角投影到地面的長度,該長度稱為輪胎摩擦半徑,該半徑大小影響著路面感的多寡,不過太多也會造成轉向阻力。不過改變輪胎直徑或輪框off set值都會改變摩擦半徑,這就是為什麼大家都說前輪不要亂換的原因。 前束角國內多稱為前束,因為以前日系車多以mm為單位,不過現在幾乎都是以角度為單位了。前束角的作用為讓兩側車輪有向內的力量,藉此穩定住車身,也是為了直線穩定的需求。不過也有的車用前展角,這樣在轉向初期的反應性極高,不過市售車上比較少見就是了。 雖然還有一些角度沒講,但了解這些大該就能理解懸吊要作的事了,說穿了就是角度控制,角度控制最首要的就是不變形的懸吊系統,畢竟一但變形原先設定的角度就沒了,不過現在更進步到角度控制,讓車輛的操控性更好。