越粗越硬越好?防倾杆极度重要,但也没那么简单(上)@底盘工程师郝工 酷乐专栏

 

“ 人可以不聪明,但是绝对不能一次又一次的,愚蠢 ”...







Author / 郝工

#防倾杆#,也叫作#稳定杆#,就是所谓的“Anti-Sway bar”。

所以这经常听到的,神奇名词,

到底是怎么样一种,神奇的东西,

作用原理是什么,

到底要不要改,

对抓地有没有帮助,

怎么帮助?

一字不差的阅读来自#低调底盘工程师郝工#的专业分析,深入浅出的比喻,让你真正的,了解究竟什么是#防倾杆#

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上一期的“郝工专栏”
我们说了说弹簧的那点事
这一期我们来说
稳定杆
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“稳定杆” —— 根据地域的不同,全球的叫法有“Anti-roll bar (ARB)”、“Stabilizer”、或是“Anti-Sway bar”。

Sway bar也被叫做“Roll bar”,但是“Roll bar”通常并不是指稳定杆,而是车内防滚架。
在国内,很多人将英语直译,也称之为“防倾杆”。

这几年,我们看到了国内汽车文化,的进步。前些年的坊间,还给稳定杆起了个生动,的名字 —— “龙虾须”。

即使是现在,在电商平台上还有很多把车身强化件与稳定杆混为一谈的现象。
郝工水下亲自拍摄 —— 真·龙虾须
 什么是稳定杆?
稳定杆的本质,其实就是一根弹簧,一根连接左右车轮的弹簧。

简言之,任何能让左右车轮同上同,下的机构,中间加一些弹性,就是稳定杆。比如说下面图中的这个:
再比如在赛车,中会见到的t-bar、Z-bar等结构,无一例外,都遵循着这个朴实的原理。





而在我们驾驶的车上,稳定杆是一个简单,的扭杆弹簧结构。既充当了令左右车轮同上同,下的机构,又通过杆的扭转,变形实现了弹簧的功能。
为什么要有稳定杆?


弹簧是个人主义者,稳定杆是集体主义者。

不管是遇到什么样的工况,弹簧的动作只管它这一边,另外一边爱咋咋地,跟我没关系。

甚至于在车辆转弯的时候,在侧向加速度的推波助澜,下,一侧的弹簧要,扬眉吐气地伸长,不惜打压另外,的一侧亲兄弟,是典型的个人主义。
而稳定杆就像是调和弹簧,这对亲兄弟的一个中间人,始终希望哥俩能够共进退。

如果你刹车、或者是过减速带的时候,左右两边本来就是同上同,下的,那稳定杆很欣慰,也就什么都不管了;如果是转弯侧倾,两边一上一下,那么稳定杆就是对抗这种,步调不一致的力量,努力把两边拉在一起,起码不要分得太开
这种努力是卓有成效的 —— 

因为稳定杆的存在,让左右两边各自为政的,难度变大了,转弯侧倾的时候,被压缩的那一边不会被压,得那么厉害,伸长的这一边也没有,原来那么嚣张,两边运动的行程都短了,车身侧倾的幅度就变小了。
有一个术语来称呼这种“两边各自为政”的难度 —— 侧倾刚度

由于稳定杆的作用,侧倾刚度被提高了,侧倾梯度就变小了。因为稳定杆是一股对抗侧倾,的势力,所以它被称为“Anti-roll bar”。
 加硬弹簧也能降低侧倾 
 那为什么还要稳定杆?


稳定杆的使命只有一个,就是提高侧倾刚度。

但是弹簧管的事就太多了,牵一发而动全身,加得太硬,搞不好就得不偿失。

如果不要稳定杆,要全靠弹簧来,实现同样的侧倾效果,那得到的会是,一台舒适性非常差、制动加速俯仰非常小、响应过于敏捷的车。
即使是对于场地赛车来说,虽然不追求舒适性,也不希望在刹车或者,加速时有太多的俯仰,弹簧也依然影响着刹车,或是加速时的前后载荷转移,弹簧与稳定杆之间的协调配合对车辆在弯道加速或是弯道制动时,的响应应和稳定性都有着重要的意义。
 稳定杆为什么总是前,粗后细 
 甚至没有后稳定杆?


这里涉及到一个“侧倾力矩前后分配”,或者说是“载荷转移前后分配”的问题。

前面说,左右两边的车轮就像,一对关系不太好的兄弟,但是要闹矛盾,总要事出有因,转弯时产生的侧向加速度,就是这个“因”。

因为侧向加速度,会引起侧倾,那么产生出来的这股力量,就是一个力矩,叫做“侧倾力矩”。
这个“侧倾力矩”可是坏得很。

对于轮胎来说,最基本的是什么?

载荷,也就是竖直方向的,这个力量。

有了竖直载荷,轮胎才能支撑起整台车,才能提供制动或加速,时的纵向附着、和转弯时的侧向附着。
如果没有竖直的载荷,随便一点动静就可以让,轮胎滑起来。

竖直载荷对于轮胎的意义,就好像馒头对于,搬运工的意义一样 —— 给工人馒头让他们吃饱,他们才能干活

一点饭都不给吃,那就一点活都干不动;饭吃的越饱,干的活就越多。

轮胎就是这样,竖直的载荷越大,他能提供的,附着极限就越高。
但是这个规律并,不是线性的 —— 一天吃一个馒头,可以有力气搬运十公斤,货物;十个馒头100公斤货物;一天吃一万个馒头,是不是就可以搬运100吨,了呢?

显然不是。

最管用的馒头,永远是第一个,到后面越吃越不想吃,越吃越没用。在经济学中,这个叫做“边际效应”。
世界就是这么奇妙,谁能想到轮胎会遵循,经济学原理?

竖直载荷越大,轮胎能提供的,附着极限就越高。

但是载荷越大,投入和产出比就越低。

这也是为什么赛车要尽量轻量化的,一个重要原因。
在转弯的时候,由于侧向加速度、或者说是侧倾力矩的作用,载荷被从一侧车轮,转移到了另一侧,两边加起来的附着,极限总和就会被降低。
这个过程就好比是,原本兄弟俩分配好的,一人吃一半的馒头,这个叫做“侧倾力矩”的恶人,把抢了一边,的粮食给另一边,结果就是被抢的,这边吃不饱了,多吃的这边却没有那么稀罕这,多出来的馒头,所以两边加在一起干,的活就变少了。
事情并没有那么简单……

一台车上有四个轮子,前后各一对,这里面是两对兄弟的事。

在车辆转弯、载荷横向转移的时候,前后两对轮子所承担的转移,量并不一致。这个前后转移量的比例,其实就是侧倾力矩的前后,分配比。
它跟很多因素都有关系,比如车重的分配、侧倾中心高度、前后部质心高度等等。

这些通常都是汽车在开发的时候,要考虑的事情,暂且按下不表,只说稳定杆的事。
前后轴并不是各自为政,车身将他们连成,了一个整体。

侧倾刚度越大的那个轴,就越趋向于承担更多的,侧倾力矩。

“天塌下来有个高的顶着”,同理,车身侧倾了有更硬的,那个轴顶着。
车身就像是管着前后两对,车轮的大boss,Boss说“能者多劳,谁更硬谁就顶上”

所以更硬的那个轴、兄弟更团结的那对轮胎,就会转移更多的载荷,相应地,也就会损失更多的,侧偏刚度、或者说更多的附着极限。
因为民用车都是要,有一些不足转向的,所以就会让前轴承担更多,的侧倾力矩,车辆在转弯极限的时候也是,前轮先打滑。

稳定杆在这里就起到了一个,调整前后侧倾力矩分配的作用。
那么
稳定杆这么好
那是不是越粗越硬就越好呢?
我们下期为大家解答!
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