「SEB 蝶形仿生悬挂」凭什么被称为「第3类悬挂」?

摘要:北京时间20191114关于【「SEB 蝶形仿生悬挂」凭什么被称为「第3类悬挂」?】的具体情况和说明,让www.gztcsb.cn新闻频道以图文形式为您慢慢道来。

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【图1 多连杆(Multilink suspension)与传统的扭力梁(Torsion beam axle)悬挂结构,来源:Car and drive

综合来说,多连杆和扭力梁体现在普通车上的性能差异,并没有部分媒体和爱好者想象的那么明显。只是两者出于本身结构的差异,不可避免地在这两个功能上,各有特点:多连杆更多的设计自由度,为车辆提供了更充裕的设计余量与驾驶极限;扭力梁本身所具有扭转刚度,有助于控制车辆侧倾,但同时为实现舒适与操控性,则有赖于设计经验与整体调教。

那么有没有可能通过扭力梁的设计,来尽可能改善它的结构特点呢?

【图2 典型的扭力梁结构】

部分厂商的实现方法是:在优化扭力梁弯曲刚度的基础上,通过连接连杆或是优化弹簧组合的设计,构建了一个新的扭力梁-连杆/弹簧机构,来提升横向的支撑。而不同于这类机构组合,SEB(Smart Expand Beam)则是一个将前两类悬挂优势结合的一个新答案。它的设计则要更为简洁,也更为本质——通过变周长的中心梁来同时满足了两个需求。从图3可以看到,SEB的形状非常独特,两侧与车轮连接处形状粗壮,中间又慢慢收细,这一好似蝴蝶展翅的形状,也是「蝶形仿生」的名称由来。

【图3,上图为典型的扭力梁,下图为SEB结构,来源:マツダ技報】

而将二者的横截面进行对比,就更直观地能够看到这一差异。如图4所示,典型扭力梁是一个同样周长的钢管,在不同位置压制成不同形状,从而来满足强度需求;而SEB在不同的截面,形状和周长都不一样,从中间到两端,横截面积和周长同时增加。

【图4 SEB与典型扭力梁横截面对比,来源:マツダ技報】

【图5 SEB与典型扭力梁横向的扭转惯性矩对比,来源:マツダ技報】

变周长的中心梁设计,让SEB能够有效结合两种悬架的优势,同时兼顾弯曲刚度与扭转刚度,而又不需要增加任何冗余的机构。但这一设计看似简单,实则不易实现。主要的难度在于量产制造。

通常的钢管成型技术大致有两种,或是通过圆棒中钻孔制作冷锻钢管,或是通过钢板弯曲成钢管。但两种方法均没有办法实现同一根钢管内的直径变化。而为了制造SEB的这根中心梁,在保证高质量的同时实现高的生产率,马自达和新日铁公司为此开发了一种新的钢管制造技术。

【图6 典型的钢管U-O成型工艺流程】

一般的钢管U-O成型工艺如图6所示,首先将钢板切成所需形状,再弯曲成U形,然后通过模具制成O型,再通过焊接形成毛坯管。但在这一工艺基础上想要加工制成变周长的管道,则会出现问题:由于变周长管道需要钢板形状并不规则(如图7),原本的钢板在卷制中多余的部分,在脱模后会导致管道的弹性变形,从而脱离原本设计的曲率。

【图7 变周长钢管的展开形状】

【图8 变周长钢管成型工艺流程】

【图9 成形后的截面形状对比】

SEB看似质朴的仿生结构背后——最大的创新便是生产工艺的精进。由于上述生产工艺要求极高,国内还没有产线可以实现,SEB悬架也需要全部从日本生产进口。这其实在很多的日本领先汽车技术上都有所体现,我曾经在写日本各大厂商的混动系统,以及马自达的Skyactiv-X发动机都提到过这一点——「创新的量产科技离不开背后的精益的机械生产能力。」马自达则更是精益求精,为了底盘架构中的一小部分后悬架的创新,开发了一整套新的中心梁加工工艺!

【图10 MAZDA3实车底盘的SEB悬架】

【图11 Mazda 3 实车】

毕竟马自达一直追求和阐扬的「Jinba Ittai——人马一体」,在方方面面都强调驾驶的感受。而从我的试驾体验来看,新马 3所传递的「驾感」——是让人可以轻松地获得乐趣。无论是城内通勤还是郊区的高速,只要是没有拥堵的日常驾驶,都可以喜欢上这辆车,它不仅是轻快易于驾驶,还是可以在转弯并道时,就可以体会到车与人的互动。

【图12 Mazda 3内饰】实现简单易得的驾驶乐趣,却并不容易。

「驾驶质感」不同于简单的工程参数标定,它经过了结构设计、工程实现、客观的行驶参数、再到主观的驾驶体验,且是因人而异的感受。这需要以不断的经验积累和车型迭代,才能够总结出自上而下的、以驾驶感受为实现目的的车辆设计理念。在Skyactiv-Vehicle架构的设计理念中,马自达围绕「驾驶质感」指导了所有的底盘设计:Skyactiv-VA将人的驾感与车的运动一一对应,例如在车轮上,长马3的原配轮胎侧壁的硬度相对更低,在遇到颠簸路况时能够立刻形变,降低直接给悬挂系统带来的震动感;又比如在车身上,通过优化结构实现了车身的力传导闭环。在这样的改进下,车上搭载的减震器所受到颠簸能够快速地传递到对角线位置,从而有效地降低车辆前部到后部的能量传递时间;再配合上全新推出的SEB悬架,整个Skyactiv-VA技术架构就像把脚踝、膝盖、髋关节三个部位的运动整合在一起,实现了骨盆的平稳运动,保证了人的头部的平衡。

在架构层面,Skyactiv-VA对车辆底盘进行了特殊调教,包括:更大的摆臂角度,减震器衔接点刚性强化和鱼眼衬套的使用等等;而在SEB的部件层面,SEB蝶形造型、材质和工艺,实现了类似独立悬挂的减震效果与双轮独立跳动。这些都对驾驶体验有着突出贡献。但也正是因为在Skyactiv-VA下驾驶感受的一体性,这辆车给我留下了毫不拖泥带水的感受和扎实的底盘印象,反倒很难明确剖析哪一个动作是SEB的功劳。

的确,为了实现这种一体性,这辆车上为「驾感」设计的技术又何止是SEB悬架——发动机力矩强化控制、风琴式油门、线性刹车、重新设计的踏板布局、抬高仰角的支撑座椅、A柱可视角度优化……马自达做了一切的创新和优化,都是围绕驾驶感受的提升;而在全新的SEB悬架和Skyactiv-VA架构等等创新的背后,更是汽车技术与制造工艺的前沿融合。

这家独特又有趣的公司,值得欣赏和尊敬。

流动的Mazda 3与望京Soho


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