在前三篇的系列文章里,我们介绍了一些越野车的起源历史和发展现状。对于车子的性能,很多时候是公说公有理,婆说婆有理,但如果具体划分,深入研究的话。还是能从根本上将车辆的特性区分开来的。例如在越野车中,有些人觉得牧马人好,有些人觉得才是老大,这些都没错。但具体在某些方面,还是能分个高低的。本篇开始,我们将会侧重从具体的技术层面去理解越野车的特点。
或许我们都是第一时间专注于一些复杂的技术和能力,例如中央差速锁交叉轴脱困能力、可调悬架。不过我们有没有想过,不过其实一些基本的原理才是最重要的,例如我们今天讨论的这个悬架行程问题。
悬挂行程的概念很简单,把汽车举升到汽车悬空,通过观察轮胎和轮眉之间的距离的变化,悬空之后的距离减去静止在路面上的距离,就不难得知悬架的行程了。悬架的行程深受越野玩家的重视。行程越大,轮胎越不容易悬空,这是显而易见的道理。只要轮胎不悬空,就不容易出现单边空转的情况,什么差速锁啊就不要使用到,车辆的传动就越简单,性能越可靠。如果行程不够,则需要加装差速锁等一系列的装备去改善。
行程长的车辆,从骨子里就具备更好的跨越障碍的能力,就好比身体好的人,大冬天穿衣服也比别人少,而自身身子弱的,只可以通过多穿衣服来处理问题。这些衣服就是复杂的差速锁和电子元件了。
我们来回顾一下《越野时代之北纬21度》视频和里面的一些照片。过同样的炮弹坑,牧马人的姿态最轻描淡写,奥迪Q7的姿态最夸张。若不是像炮弹坑这种恶劣程度的路面,而是一般的坑洼地,牧马人可完全只利用其极其出色的悬挂行程,保持4轮贴地,完全不需要用到差速锁等装备,甚至在两驱的时候就能通过。这就是悬挂行程本身的魅力。
在第一篇《经典3剑客》中,我们提到了JEEP,当时的JEEP-MB使用的悬挂形式是弹簧钢板。这是早期越野车广泛使用的悬挂形式,即使在今天,这种悬挂依然是大部分货车首选的悬挂。因为它的结构相对比较简单可靠。路虎工程部门也一度坚持使用钢板弹簧,而不是螺旋弹簧。不过钢板弹簧的行程短,对于越野车来说是一个很致命的缺点。直到70年代,路虎的Range Rover终于历史性地弃用了钢板弹簧选用前后硬轴加螺旋弹簧的设计。这种设计现在仍然被普遍的使用。螺旋弹簧本身不起减震的作用,只是作为弹性原件,因此重量比钢板弹簧轻得多,并且适合压缩和拉伸,因此避免了钢板弹簧行程太小的缺陷。
硬轴是一种纯“爷们”,为了越野而留下了的设计。因为整条硬轴通过拉杆浮在半空,这种设计的悬挂行程相当大。这也能说是一种最不考虑车轮定位的悬挂形式。很明显:单边轮子既不能自由跳动,一跳动就影响到对边车轮的定位参数也随之变化。但也正是这种特性,在同轴上一边悬挂被压缩的时候,另一边恰恰能够最终靠硬轴增加下压力,使车轮紧贴地面,但如果是独立悬挂的话,当一边悬挂被压缩,另一边则很容易被悬空。
硬轴加螺旋弹簧的设计,目前主要是三种形式,一种是以牧马人为代表的5连杆硬轴设计,使用十分普遍。一种是很少见的以为代表的3连杆硬轴。还有以普拉多为代表的4连杆硬轴。
对于5连杆的悬挂,除了一个横向的止推杆外,硬轴两边各需要两根连杆,因此构成了5连杆。下方的连杆长而粗壮,也是我们也可以轻易看到的,一般称为纵臂,承受了轮胎大部分前后碰撞的力量,例如高速装上一个大石块。由于这根连杆只有一个安装点,因此就需要在硬轴上方加上一条细小的连杆。上方连杆基本上不承受轮胎前后受力,最大的目的是平衡硬轴自身的扭转所采用的。这样的5连杆设计,硬轴行程会受到短连杆的一定影响。
铃木吉姆尼采用的是3连杆的设计,这种连杆取消了5连杆上方的两根连杆。为避免硬轴自身扭转,3连杆悬挂的纵臂采用两个连接点“抱住”硬轴。由于纵臂在硬轴端有连个连接点,面积较大,形状很像一把刀,越野玩家称这种形式叫做走“刀”式悬挂。例如经典的LC80,就是走刀悬挂的代表。这种“刀”式悬挂结构更简单,由于没5连杆中上部2根细小连杆的影响,行程可以做得很大。不过由于“刀”把整条硬轴抱死,舒适性比5连杆的更差。
在5连杆和3连杆硬轴悬挂中,还有一种折中的4连杆。就是目前普拉多为代表的车型。这种悬挂结构就是将5连杆结构中硬轴上方的2根细小连杆合并为一根,从两边移动到中间而已。比5连杆简单些,也比3连杆舒适点。
但随着人们对公路性能逐渐重视,越野车也必须向公路性能有所妥协。因此我们现在所熟知的三菱Pajero在1979年率先采用前双A臂悬架+扭杆弹簧,而且还配备了防倾杆。其后在1983年的达喀尔拉力赛上利用人海战术取得不错的成绩,从而奠定Pajero的地位。这种前双A臂悬架+扭杆弹簧的结构被普遍的使用,从而构成双A臂+扭杆弹簧的悬挂系统在行程上是依赖A臂的长度,依靠A臂上下摆动而实现。A臂做得越大,越长,能够达到的行程也就越大,但占用的空间当然也非常大。因此这种形式的悬挂也无法到达硬轴螺旋弹簧的悬挂行程。
不过由于双A臂+扭杆弹簧的高速性能比硬轴实在好太多,因此目前的硬派越野大部分都采用了后硬轴+前双A臂的设计了。其实回想一下达喀尔拉力赛,主要的越野地形是沙漠和戈壁,因此很适合采用这种行程稍短的悬挂模式。
从环境要求来看,对车辆行程要求最高的是雨林里面的无道路越野,其次是一般的山路越野,而对行程要求最低的就是沙漠和戈壁越野了。因此,Pajero的确是沙漠戈壁越野的行家,高速性能比LC系列更优秀,不过论低速高难度越野,LC的确更胜一筹。
前后都使用硬轴的越野车已经很少见了,代表就是吉姆尼牧马人SaHara。而更多的硬派越野都采用前双A臂,后硬轴的方式,既能满足越野需要,高速性能也很不错。典型如普拉多、国产的长城哈弗陆风X8等。
发展都今天,双A臂也不能满足大家对公路性能的要求了,于是采用多连杆独立悬架的“越野车”应运而生。相比双A臂,多连杆独立悬挂的每一根连杆都更加短小,目的都是为了更精准的车轮定位,满足高速性能。因此悬挂行程就没必要奢望了。
多连杆使用的典型代表就是路虎帕杰罗。其实路虎成名绝技就是一款豪华、舒适、可以穿着西装开的豪华越野车品牌,因此使用独立悬挂也是很正常的一件事情,当然,你在电影里看到的在非洲丛林里穿梭的路虎卫士,依然保留着硬轴悬挂。而帕杰罗是一直追求高速性能的,因此更是能够理解。由于追求高速性能,除了需要车轮精准定位外,还需要车辆重心降低,但重心降低后的车辆在外形上就有很大的越野劣势,最明显的就是接近角离去角变小,因此,高度可调悬挂也出现了。
高度可调悬挂听上去真的很酷,某些性能的确很棒,但对行程并没有一点帮助。悬挂行程是机械结构决定,摇臂或者连杆能移动的距离是多少就是多少,是20厘米就是20里面,这是一款款钢板和钢条决定的。高度可调悬挂只是预先“透支”了悬挂的行程,当遇到坑洼地带的时候,轮胎可以用到的悬挂行程余地将会减少。当然,这不能抹杀高度可调悬挂增加接近角和离去角的伟大作用,因为这个参数对车辆通过性有极大影响。
编辑总结:悬挂的机械结构,决定了其行程,基本也就能判断这款越野车的设计目的,这是很简单、很基本同时也是很重要的考量,这里已经没考虑各种悬挂的可靠性问题了。或许我们能找出例如途锐和路虎这种使用多连杆后悬、越野性能也很强的越野车,但要知道它们仅仅是在“怕冷的身子上多穿了几件衣服”而已。钢板弹簧就让它尘封在历史中吧,硬轴的行程和其他优势决定了还是硬派越野的首选,双A臂次之,多连杆则毫无疑问地是把重点放在高速行驶了。当然,高速在戈壁上奔驰,也算是越野的一种形式了。