替宝马说句公道话:关于新3系取消防倾杆【诺总日记】

原标题:替宝马说句公道话:关于新3系取消防倾杆【诺总日记】

【写在前面】

因为埋头于公司的主营二手车业务,有一年半没怎么写纯粹的汽车科普了,毕竟小团队初创,诸事欠妥,还是要多投精力,才能交得起房租养得起一百多个家庭。

不巧,昨天逛“诺诺学员2群”,看到里面转发了一个视频,大意是:

厂方宣传说新三系(加长版)取消防倾杆是因为车身刚度增加,视频认为是在扯淡,因为防倾杆和车身刚度并没有关联;

新三系取消防倾杆会让车尾稳定性恶化,乃非常可惜之举;

我是宝马的忠实粉丝,也在汽车研发一线干过十年,有必要站在工程师的角度发表一下观点。

老规矩,饮料瓜子准备好,通俗易懂的诺式科普又回来了。

“原车本来有防倾杆,把它摘掉,车子开起来确实更晃,但当一台车造出来时就没有防倾杆,还是值得琢磨一下的...”

【A】防倾杆是把双刃剑

这一部分是很多读者都了解的知识,一带而过。

1)独立悬架取代非独立悬架,是一大进步,因为两侧车轮可以独立响应地面的起伏,舒适性大为改善;

2)独立悬挂的固有缺憾就是过弯支撑欠佳,容易侧倾过大,所以工程师又在左右轮之间连了一根“扭转弹簧”,让两侧悬挂的行程在一定程度上有所关联,通过这种“制约关系”来减少侧倾角,这根“扭转弹簧”俗称“防倾杆”,学名“平衡杆”;

3)独立悬架中的防倾杆,实质上是革命不彻底的遗留,它将独立悬架往“不独立”方向拖累,但是在工程师没有找到更好方案的情况下,独立悬架只能选择跟它睡在一起,舍小保大;

图 :键盘空格键下面也有根防倾杆,无论你按左侧还是右侧,另一端都是同步跟动,它让按键的左右侧不再“独立”

【B】侧倾是怎么造成的

只要把侧倾趋势降低到可以忽略的地步,自然就可以告别防倾杆,而且簧下质量也会明显降低,这些都是对操控有益的改进。想减少侧倾,我们先来了解一下它是怎么产生的。

当你驾车转弯时,离心力指向弯道外侧,所以车身也会往弯道外侧倾斜,这仿佛是每个司机心里的公理,就像苹果熟了一定会往下落一样,但真相并不一直是这样的。

车身也可以往弯心倾斜,也可以不倾斜,这完全取决于侧倾力矩是如何作用的。有不少人坐过快艇,快艇转弯时甲板就是往弯心倾斜吧,怎么回事呢?

图:快艇的重心和浮心示意图

船为了在水上稳定漂浮,重心一定要低于浮心,只有在这种情况下,当重力和浮力同时“拉扯”船身时,船身可以很轻松地保持稳定。在通常的船身截面形状下,浮心就可以认为是船身侧倾的转动中心,因此当船身转弯时,施加于重心的离心力,就会让甲板朝弯心倾斜。这就是重心低于转动中心的案例。

(注:这里只举了船舶漂浮的一种情况,至于船舶稳定性理论,其实比这个复杂,还有稳心什么的,这里不再展开)

回顾我们熟悉的汽车,倾斜方向和快艇是相反的,这就是因为通常汽车的重心都是高于侧倾转动中心的。

图:汽车重心和转动中心示意图

侧倾趋势的大小,我们用侧倾力矩来表示(力矩=力x力臂),所以想要减少侧倾,汽车工程师只要设法拉近重心和转动中心的距离即可,如果可以让两者重合(L=0),那么侧倾力矩就被完美地消灭了,我们就再也不需要防倾杆了!

可惜由于种种限制,我们在量产车上还无法实现两心大团圆,只能在有限条件下尽量让彼此靠近,他们靠得越近,防倾杆就可以做得越软,对两侧悬架的独立性就影响越小。

我知道好早以前奔驰设计过一款概念车,连顶棚都没有,两个座位,驾驶员需要带着二战时的那种皮帽子和飞行护目镜来驾驶,这款车过弯时的侧倾就是反的,类似快艇一样,悬架设计得很出彩,偏转角度让驾驶员基本体会不到侧向离心力。(求助:哪位知道车型名?)

嗯,家里有宝马老三系E90的诺粉,可以寻找一下后悬架防倾杆,虽然它没有被挡住,但我打赌你们并不能马上找到它!因为这根杆子已经细得和手刹线一样了,当底盘满是尘土时,你的确需要好一会才能分清后轴的刹车油管、手刹线和防倾杆。

图:E90 325i的后防倾杆(箭头所指)

E90后防倾杆的刚度可能只有前防倾杆的1/10甚至更小,也就是说E90的后桥动态表现是相当棒的。当年我看到这一幕的时候,就对宝马的底盘调校佩服得五体投地,心想,这要是再努努力,后防倾杆直接就可以取消了,那样独立悬架的优势必将发挥得淋漓尽致啊!

当然,我还不清楚G28到底什么情况,还无法确认宝马工程师是否真的做到了登峰造极,不过,这么细的一根防倾杆,即便是直接去掉它,我估计牺牲侧倾造成的减分和改善独立弹跳获得的加分,其实都甚微,整车而言无所谓好坏变化,对于日常使用更是难以觉察。但无论如何,一定不能光靠看“有没有防倾杆”或根据“杆子的粗细”就对车辆的动力学特性做出判断。

【C】车身刚度和侧倾是有密切联系的

某些视频指出车身刚度和侧倾无关,其实这两者是密切相关的,这不怪他们,只是并非人人都学过汽车动力学。

在研发的最初阶段,设计一款车型的动力学特性时,我们会把车子切成两段,前半截和后半截,分别研究。

刚才我们说到了后防倾杆是使使劲有望取消的,但前防倾杆通常都很粗大地存在,即便是宝马3系,前防倾杆也有擀面杖一般粗。这就是因为前后两部分的车身动力学特性存在差异造成的,这也是工程师们把车子“一分为二”后的调校结果。

如前所述,一旦切开,前轴和后轴都有各自独立的重心和转动中心,所以前后轴得分别匹配侧倾抑制措施。后轴因为通常没有发动机变速箱,油箱位置较低,所以后轴的重心也更容易接近转动中心,加之后桥的转动中心本来就偏高,所以经过进一步调整后,取消后防倾杆是更现实的改进。

好了,既然车子可以被工程师拦腰切开,那么在某种过弯工况下,前、后半截都可以有各自的侧倾力矩,各自的侧倾刚度,最后也会得到各自的侧倾角吧?对的,但当前、后半截计算出来的侧倾角不一样时,又怎么解读呢?

这个时候就必须用到“车身刚度”这个概念了,确切地说,是“车身扭转刚度”。你可以把它理解成连接前后车身的一个弹簧,目的就是在中间起到一个牵制作用,不让前、后车身各自的侧倾角差得太离谱。

大家觉不觉得,说到这里,又很像在独立悬挂的中间硬加入一个防倾杆,让左右悬架的动作有所制约的那个感觉,对吧?只是这一次把“左右”换成了“前后”而已。

图:车身两段式模型示意图

一旦代入车身刚度,前后段就联系在了一起,通过一个扭矩平衡方程就可以求出车身被扭转的角度,而此时前后轴各自的侧倾角度也会更加接近,和两侧悬挂间加入防倾杆后建立的方程几乎一模一样。

不细聊方程,举一个车身扭转刚度几乎为0的例子,大家小时候坐过那种车身分为两节,中间带转盘的公交车吧?学名叫铰接公交车,前后车厢可以按各自的侧倾角扭转,开起来整个车都扭扭的,很有趣。在设计时,这样的车辆(包括火车、拖挂车),就必须设计各自的防倾措施。

图:迪士尼的《玩具总动员》里面有只弹簧狗,当时一看到这个动画片,就让我想起了车身刚度模型(图片来自网络,迪士尼商城)

我们再设想一下,车身扭转刚度为无穷大的例子,此时车身是绝对刚体,任何情况下前后车身的倾角永远一样,无论把防倾杆装在哪根轴上,过弯时的侧倾角都是一样的。

但现实是,车身不是绝对坚硬的,常常迫于成本压力,车身会被做软,于是摆在底盘工程师面前有两条路:

遇到“偏软”的车身,就得尽量在前后轴上调整各自的防倾措施,让前后车身侧倾表现尽量接近些(不可能完全一样的),控制前后侧倾角差异对车身的扭转形变(现实中不少车型研发并没有太关注这个);

有幸遇到车身设计得非常硬的时候,就可以在(1)的基础上做适当的防倾刚度迁移,将就空间布置、配重等要素,比如说把已经很细的后防倾杆“合并”到前桥上去。

图:对于绝对刚性的理想车身,无论防倾措施设计在哪根轴上,前后桥侧倾永远一致

有些车友说自己的风挡在过弯时裂开,就是这个原因。过弯太猛,而车身前后段的侧倾差异太大,加上车身本来就不够硬,过大的车身变形拉裂了挡风玻璃。一句话,研发阶段没把车子调好。

所以,如果G28具备更高的车身刚度,那么我就相信工程师有条件完成防倾措施的迁移,把后防倾杆并到前轴,减少后轴簧下质量,减少车身的零部件数量,也会减少故障率和总装成本,这些正是产品基于技术的升级迭代。

如果硬要说G28过弯侧倾和E90不一样,那只能说是减振弹簧的刚度可能不一样,但操控的好坏,并不直接等于“有没有防倾杆”和“弹簧软硬”,对于喜欢在核心总成上处处雕琢的宝马更是这样。

图:同样的侧倾力矩下,采用更硬、更短的减振器弹簧,会得到更小的侧倾角。在民间改装中,这是用来减少侧倾最常见改装方案,但是用来交换的代价可不小,因为通常都没有考虑整个悬架几何特性的重新调校,更没有去考虑前后桥之间的侧倾协调,给车身带来额外的扭转应力,甚至造成车身塑性变形,四轮定位上出现不对称特征,再也无法修正。

高刚度的车身除了能改善安全性之外,对操控的提升是显著的。宝马的老Z4就有硬顶版和敞篷版,两者的刚度相差不少,所以在国外硬顶版Z4更受宝马迷的追捧。(我依稀记得硬顶版车身抗扭刚度高30%左右,现在上不了外网,查实不了,劳烦有能力的诺粉帮忙求证)

图:(BMW Z4 E86)充满了对诺诺一号基地的怀念

【写在后面】

我并不了解G28,也不知道G28的操控到底怎样,以及厂方在加长版上做了什么特调(加长版一定会做特调的,不是改改图就交卷了)。但上面讲的都是汽车知识,其客观性不容怀疑,没有学过汽车工程的喷子们就别怼了,也没空回复。需要得到G28客观的操控变化,还是需要知情的工程师用真实数据说话,并不是举起底盘看一看,或者上网看个评测就算数的。

企业为了让一款车受到更多人的喜爱,是会不断去改进其综合水准的。工程师们付出的劳动并不是删除一个零件这么简单;而车辆的操控,也远不是取消一根防倾杆,换根短弹簧,把铁换成铝那么简单,汽车这是一门学问,是严谨的,是万物关联的,是值得去深究的。

即便是在汽车研发圈,即便是靠经典力学和传统几何知识混饭吃的底盘领域,国内依然普遍缺乏有深度造诣的工程师,这可能决定了我国的汽车研发在人才素质上会长期落后世界领先水平。要想加速追赶,必须重视人才,善待基础知识扎实和经验丰富的汽车人才。

特为诺粉和宝马迷们撰稿,作为一个二手车贩子向广大汽车工程师的致敬,以正视听!

附硬广:爱车的诺诺马上就要开上海二店了,欢迎来做客。

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