什么才算好的底盤？

大家好，我是電動(dòng)車公社的社長(zhǎng)。

前兩天，奔馳發(fā)了一篇文章，標(biāo)榜自己138年的底盤研發(fā)歷史。拋開品牌宣傳層面，同樣是值得推薦的底盤科普：《是什么，讓每一輛奔馳開起來(lái)都像奔馳？》

但這篇文章里，很多術(shù)語(yǔ)還是相對(duì)專業(yè)。什么頻率、共振、操穩(wěn)、道路特征、駕駛特性……很容易讓人看得一頭霧水。

那么，懸架軟或者底盤硬，就一定等于底盤好嗎？大家說的底盤調(diào)校，又到底是不是玄學(xué)？什么樣的底盤，才是一副好底盤？

今天，我們就從原理聊到實(shí)踐，和大家好好科普一下底盤里藏著的秘密。

（今天的內(nèi)容會(huì)有些硬核，我會(huì)盡量用通俗易懂的語(yǔ)言和大家講明白）

01. 懸架是什么？????

很多人不知道的是，早在2000多年前的秦朝時(shí)期，古人就已經(jīng)有利用“懸架”來(lái)減振的意識(shí)了。

作為君子六藝之一的御（駕車），馬車上就出現(xiàn)過一種叫作轐的木塊。因其獨(dú)特的造型，人們也給它起了一個(gè)頗具文學(xué)意境的名字，叫做伏兔。

墊在圓形車軸和方形車廂之間的伏兔，能夠增加兩者之間的受力面積，避免脆弱的車軸過早損壞；但更重要的是，它作為中間層，能夠一定程度上化解從車輪傳來(lái)的顛簸！

這種結(jié)構(gòu)，也成了懸架最早的雛形。

經(jīng)過了一千多年的演變，車上的懸架逐漸由硬變軟，也逐漸分成了兩派。

一派，是王公大臣們最喜歡的“八抬大轎”，能以最直接的方式帶來(lái)柔軟的乘坐質(zhì)感，避免車馬勞頓之苦；

另一派，就是材料學(xué)和力學(xué)飛速發(fā)展之后，隨時(shí)代而來(lái)的新型發(fā)明了。

在15-18世紀(jì)，歐洲出現(xiàn)了用鐵鏈條懸掛的車廂（和秋千是同一種連接方式）、以及用多條皮帶進(jìn)行減振的馬車，通過軟連接的方式讓行駛變得更加平穩(wěn)：

把車廂“懸起來(lái)、吊起來(lái)”之后，懸架（suspension）在歷史上才寫下了真正的開端。

第一次工業(yè)革命之后，一位名叫奧巴迪亞·埃利奧特的年輕發(fā)明家設(shè)計(jì)了由兩塊鋼板疊在一起的彈簧，并申請(qǐng)了專利。

簡(jiǎn)單理解的話，鋼板彈簧就是“強(qiáng)化版”的皮帶！

更強(qiáng)的緩沖能力，不僅讓它榮獲了一票貴族們的“舒適五星認(rèn)證”，還在美國(guó)開發(fā)西部地區(qū)時(shí)立下了汗馬功勞：

有了鋼板彈簧，馬拉的大篷車才能穿越廣袤的荒蕪之地開疆拓土，帶來(lái)源源不斷的金礦、銀礦、鐵礦和煤炭產(chǎn)量，從而給美國(guó)打下了堅(jiān)實(shí)的工業(yè)基礎(chǔ)和經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。

作為懸架的老祖宗，它也從馬車時(shí)代走進(jìn)了汽車時(shí)代，歷經(jīng)數(shù)百年依然經(jīng)久不衰。時(shí)至今日，還能在不少貨車乃至豪華車上，找到它的身影。

（沃爾沃S90上的復(fù)合材料葉片彈簧，輕量化的同時(shí)還能提供后備廂空間）

只不過因?yàn)殇摪鍙椈沙俗孢m性存在天生缺陷，想解決需要花費(fèi)很大力氣，因此在很長(zhǎng)的時(shí)間里被主流的螺旋彈簧所取代，這就又是后話了。

02. “相愛相殺”的彈簧和減振器????

步入汽車時(shí)代之后，出現(xiàn)了一個(gè)新的問題：汽車的時(shí)速比馬車要高得多、重量也要沉得多，從路面?zhèn)鱽?lái)的沖擊力也就大得多。

彈簧依然能夠支撐車身的重量，但已經(jīng)無(wú)法滿足車輛對(duì)緩沖能力的要求了。

發(fā)明彈簧的胡克告訴我們，在彈性限度內(nèi)，彈簧所受的拉力與伸長(zhǎng)/壓縮量成正比。彈簧會(huì)在壓縮時(shí)將振動(dòng)的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，隨后在伸張時(shí)釋放，起到“蓄能器”的作用。

這也就是說，如果不施加外力干預(yù)，彈簧需要壓縮-伸張-再壓縮-再伸張很久，才能把這能量耗散完畢！

體現(xiàn)到坐車的人身體上，就好比在浪最大的時(shí)候“上了賊船”，一浪接著一浪……那感覺肯定無(wú)比酸爽。

這時(shí)，就必須增加一個(gè)新的“耗能器”了，它必須能把彈簧存儲(chǔ)的機(jī)械能消耗掉，這就是減振器（避震、減震器的說法都不嚴(yán)謹(jǐn)，因?yàn)橄牡氖恰罢駝?dòng)”能量，而不是“震動(dòng)”）。

這種減振器里面，都存放著油液。這些液壓油會(huì)在壓縮、回彈時(shí)穿過內(nèi)部閥系的截留小孔，從而把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，借助外殼導(dǎo)到外界空氣中。

這樣一來(lái)，在路面起伏把沖擊傳遞給懸架的時(shí)候，減振器和彈簧會(huì)同時(shí)壓縮，前者先吸收掉一部分沖擊能量，多余的再由彈簧儲(chǔ)存起來(lái)；

而減振器回彈的時(shí)候，又會(huì)把彈簧回彈的能量吸收掉，形成一次完美的閉環(huán)。

彈簧的剛度、勁度系數(shù)和長(zhǎng)度，決定了它能儲(chǔ)存、釋放多少能量；而減振器的阻尼大小和行程的長(zhǎng)短，則決定了它消耗能量的速度。

（大多數(shù)情況它倆會(huì)以合體的方式出現(xiàn)，少數(shù)情況下會(huì)分開）

總而言之，在現(xiàn)代汽車懸架里，彈簧主要負(fù)責(zé)在車身與車輪間提供支撐，而減振器主要負(fù)責(zé)吸收路面沖擊和彈簧多余的能量，提升舒適感和操控性。

說它倆是一對(duì)“相愛相殺”的CP，也毫不為過。

03. 懸架軟硬=底盤好壞？????

接下來(lái)，就是今天要聊的重點(diǎn)了：“軟”或者“硬”，就意味著底盤的好或者壞嗎？

研究底盤138年的奔馳已經(jīng)給出了答案：完全不是！

正相反，如果懸架設(shè)定很硬，雖然在高速行駛、高速過彎下能如同貼地飛行一般，但路面所有的顛簸和振動(dòng)也都會(huì)通過車架、座椅傳遞到人體，同樣會(huì)非常難受。

總而言之，只有適中的“軟硬程度”，才能盡可能照顧到車輛更多的使用場(chǎng)景。

因此，出于彈簧和減振器的特性，工程師們想盡了辦法，想要兼顧“軟”底盤的舒適和“硬”底盤的操控。

相對(duì)節(jié)約成本的方案，就是FSD(Friction Shifting Damper)可變阻尼減振器，以及和線性彈簧對(duì)應(yīng)的漸進(jìn)式彈簧（在家用車上很少見，一般都是改裝車或者越野車會(huì)用）。

這兩種，都屬于“被動(dòng)式懸架”的范疇。

前者能夠通過一個(gè)特殊的閥門設(shè)計(jì)來(lái)調(diào)節(jié)油液的流動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)“前段阻尼小，化解細(xì)碎的顛簸；后段阻尼大，提高車身穩(wěn)定性”的效果：

而后者，就是前端簧絲圈數(shù)少，剛度??；后端簧絲圈數(shù)大，剛度也更大（下圖中紅色的彈簧）。

相比之下，更完美、成本也更高的解決方案，就是很多人所說的空氣懸架了。

一個(gè)冷知識(shí)：乘用車上的空氣懸架并不是一個(gè)像“氣球”那樣的氣包那么簡(jiǎn)單，而是由空氣彈簧和CDC?減振器共同組成的最佳拍檔。

其中，CDC?減振器的作用要更大一些，它能根據(jù)傳感器傳回來(lái)的路面數(shù)據(jù)主動(dòng)調(diào)節(jié)阻尼，從而實(shí)現(xiàn)“低速柔、高速韌”，飛坡如同呼吸一般的高級(jí)行駛質(zhì)感。

至于空氣彈簧，大家可以簡(jiǎn)單理解為一個(gè)剛度和勁度系數(shù)非常大的彈簧（儲(chǔ)存能量的能力很強(qiáng)），給CDC?減振器提供最大的發(fā)揮空間。

至于更高級(jí)的空氣彈簧，會(huì)選擇雙腔室甚至三腔室，能夠在單腔調(diào)節(jié)高度的基礎(chǔ)之上進(jìn)一步調(diào)節(jié)剛度，調(diào)節(jié)范圍更廣，也就能最大程度地兼顧舒適和運(yùn)動(dòng)性能。

但更關(guān)鍵的，其實(shí)是車型的產(chǎn)品定位。

就比如跑車，哪怕犧牲舒適性，也要把彎道性能拉滿。而且為了減重，幾乎不會(huì)用空氣彈簧；

再比如一些行政級(jí)轎車，就不需要考慮激烈駕駛時(shí)的車身姿態(tài)，反而更重視后排的舒適性。

04. 誰(shuí)決定了車輛的操控？????

不得不說，汽車作為上萬(wàn)個(gè)零部件組成的工業(yè)品，確實(shí)是一個(gè)大規(guī)模的系統(tǒng)性工程。和大家講了這么半天，連懸架都沒講完，更不用說更廣義的底盤了……

除了彈簧、減振器之外，懸架中的又一個(gè)重要組成部分就是大家常說的“雙叉臂”、“麥弗遜”、“多連桿”——導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。沒有它，你的車甚至開不起來(lái)！

要知道，咱們生活的三維世界是由X-Y-Z三軸坐標(biāo)組成的，物體的運(yùn)動(dòng)也就是6個(gè)自由度：

前進(jìn)/后退、左滑/右滑、上跳/下潛、以及側(cè)傾（左搖右晃）、俯仰（點(diǎn)頭抬頭）和橫擺（漂移）。

其中Z軸就是彈簧和減振器主要負(fù)責(zé)的部分，影響著車輛的乘坐品質(zhì)；而X軸代表著加速、剎車和極速，Y軸代表著車輛在彎道中的表現(xiàn)，這兩點(diǎn)都和性能、操控直接相關(guān)。

而車輛的運(yùn)動(dòng)，又是車輪相對(duì)地面運(yùn)動(dòng)所帶來(lái)的。

要想讓車輪受控制，就必須通過導(dǎo)向機(jī)構(gòu)——也就是這“幾根桿子”消滅掉5個(gè)自由度，只留下Z軸的“上下跳動(dòng)”這一個(gè)選項(xiàng)。

（只要5連桿，就能約束住車輪）

因此這些導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的幾何設(shè)計(jì)，決定了4個(gè)車輪將以怎樣的距離、怎樣的角度接觸地面。硬點(diǎn)連接確定了，也就決定了懸架的“K特性”（忽略形變后的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性）。

就好比一個(gè)人身高腿長(zhǎng)，一步能邁1米多，K特性就比較不錯(cuò)；另一個(gè)人只能邁半米，就是K特性不太好。這就意味著，先天結(jié)構(gòu)（和材料）就決定了懸架的下限和上限。

不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)卣f，如果雙叉臂前懸的操縱穩(wěn)定性能有60-95分，那么麥弗遜可能只有20-90分（絕大多數(shù)家用車都不會(huì)高于80分）。

確實(shí)有的麥弗遜（比如寶馬3系、保時(shí)捷911&718）能做到85-90分，能追平甚至碾壓很多友商，但依然比不過自家用雙叉臂的大哥（比如寶馬7系、保時(shí)捷911 GT3）的95分。

那么，為什么上下限差距會(huì)那么大？這就要說到懸架的另一個(gè)特性——“C特性”了（包含形變的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性）。

因?yàn)檩喬ナ菚?huì)形變的，各類擺臂的膠套是會(huì)形變的，彈簧和減振器也是會(huì)壓縮/回彈的，這就讓車輛行進(jìn)中的姿態(tài)變得千奇百怪——

如何調(diào)整各個(gè)擺臂連桿的形狀和位置、以及四輪定位參數(shù)，選擇哪款輪胎、供應(yīng)商要不要特調(diào)，又采用什么材質(zhì)、什么剛度的擺臂襯套，彈簧、減振器的“軟硬”改怎么調(diào)整……

才能讓輪胎盡可能保持更大的接地面積，就是車企里的底盤工程師要做的事了。

如果用做菜來(lái)比喻，懸架硬件的水平就像是食材的等級(jí)。但具體能不能讓食材變得好吃，還是要看車企工程團(tuán)隊(duì)的底盤調(diào)校功底。

這里面的部分，由于涉及太多know how的知識(shí)，社長(zhǎng)就不班門弄斧了，有機(jī)會(huì)的話請(qǐng)專業(yè)的VD工程師再來(lái)和大家好好聊一聊。

05. 寫在最后：什么才是好的底盤？????

懸架作為車輪與車身之間所有連接機(jī)構(gòu)的統(tǒng)稱，和車輛舒適性和操控性息息相關(guān)。

最理想的狀態(tài)，一副懸架在舒適模式下能夠過濾掉所有的振動(dòng)，讓車身像魔毯一樣穩(wěn)定；而在運(yùn)動(dòng)模式下，又能夠時(shí)刻保持輪胎接地面積最大，提供最強(qiáng)的抓地力。

這對(duì)車企的工程能力、調(diào)校能力都提出了極高的要求。即使強(qiáng)如勞斯萊斯、賓利或是保時(shí)捷、法拉利，也只能做到舒適和運(yùn)動(dòng)中的一極。

如果還要同時(shí)兼顧成本和利潤(rùn)，更是難上加難。

從趨勢(shì)來(lái)看，想要同時(shí)實(shí)現(xiàn)極致的舒適和極致的運(yùn)動(dòng)，或許要靠全新的概念和技術(shù)，比如角模塊搭配四電機(jī)才可以。

目前最有希望實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的，或許是已經(jīng)擁有易四方技術(shù)的比亞迪。

至于已經(jīng)“有現(xiàn)貨”的，我覺得是WRC賽車：

只不過這一根減振器就價(jià)值一套房……一般的民用車，根本消受不起?。?/p>