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比汽车诞生的更早? 且看板簧悬挂前世今生!最早竟然是木板?

比汽车诞生的更早? 且看板簧悬挂前世今生!最早竟然是木板?

卡家胜利哥

04-07

比汽车诞生的更早? 且看板簧悬挂前世今生!最早竟然是木板?

【卡车之家 原创】L4高阶辅助驾驶、自动刹车、电子后视镜...在如今来看,卡车上的各种黑科技似乎层出不穷,大有赶超乘用车之势。不过,你知道吗?在汽车上有一项设计,它的出现甚至比汽车更早,历经百年发展,时至今日依然在发挥着重要的作用。

秤砣吗?当然不是!今天我们的主角是钢板板簧悬架!

板簧悬架 比汽车诞生的还早

钢板悬架,在卡车上属于是普通到不能再普通的一项基础配置,而这就是这么一项非常基础的配置,它却有着超过100年的发展史,甚至它的出现比世界上第一辆汽车的诞生时间更早。

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数千年前,当时人类发现将木头、石头等材料制成圆形,组装之后就可以轻松的移动重物,这为当时的人们带来了一种全新的移动方式,而其后随之诞生的马车更是将轮子的优势发挥到了极致,历史悠久的马车几乎伴随了整个人类文明的发展,一直到18、19世纪,马车仍然是城市交通及运输的重要运载工具。

工业革命之前,人类只能在马匹的数量和车辆的构造上下功夫,而工业革命带来的机械动力,使交通运输工具发生了翻天覆地的变化。除了样式、功能更加多样化之外,在马车的悬架结构方面也是开始了一系列的变化。

受历史原因影响,无法找到太为久远的资料。从维基百科来看,Suspension--悬架,这一次词汇更多的出现于18世界的第一次工业革命,在此前马车的“悬架”这个概念还没有太多的记录,早期的四轮马车悬挂系统的设计相对简单且原始。最初的悬挂系统可能并没有使用链条或皮带,而是直接将车厢固定在车轴上,这导致乘坐时颠簸且不舒适。

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through braces(皮带减震)

随着时间的推移,为了提高马车乘坐的舒适度,出现了各种创新。其中包括使用铁质链条来悬挂车厢,这种设计可以在一定程度上吸收道路的颠簸,提供更为平稳的乘坐体验。在此阶段(15-18世纪,时间太久远暂无从考证),同时出现了一种以through braces(皮带减震)为命名链接机构,实际上就是通过多重皮带来悬挂车厢,与铁链一样,因为车厢与车轮实现了“软连接”,这样的设计使马车的乘坐更加平稳,这也为后来真正意义上的Suspension悬架根植了一个良好的开端。

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18世纪,第一次工业革命开始了,马车的技术也得以进一步更新,以金属弹簧、钢板弹簧为主的悬架系统开始在欧洲的马车中普及,流存至今的钢板悬架诞生了。奥巴迪亚·埃利奥特Obadiah Elliot,因其在1804年申请了关于椭圆形叶片弹簧的专利而被认为是现代叶片弹簧的发明者,这一发明给他带来了可观的收入。在19世纪后半叶,通过力学、挠度理论、制造工艺以及钢合金材料的进一步研究,使得钢板弹簧的性能一致性更高且生产成本更低。

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这些历史似乎离我们太远,而又无从考证吗?有时候巧合就是这么有趣。2019年,卡车之家受邀前往美国参加一次特别的工厂探访之旅,在印第安纳波利斯赛车博物馆,我们与诸多早期的赛车有了这么一次穿越百年的邂逅。

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1911年,雷·哈伦(Ray Harroun)以6小时42分的时间跑完了500英里的比赛,并以每小时74.6英里(120.1公里)的平均车速赢得了第一届500英里赛的冠军。而当时他所驾驶那辆32号赛车依旧被保留在现如今的印第安纳波利斯赛车博物馆。

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一百多年前 钢板悬架已经开始投入应用

这辆32号赛车,基本属于如今F1赛车的爷爷辈车型。正如图片所展示的一样,它除了使用柴油发动机之外,悬架结构也极有特点。发现了么?100多年前的赛车使用的竟然是钢板悬架,而且转向机构也是极为原始的机械拉杆,可想而知,钢板悬架有着一段多么长的发展历史。

悬架的进化 软硬兼得

当然,在工业革命期间得以发展的并不是只有钢板悬架,包括后期的麦弗逊、双叉臂、多连杆等独立悬架也得以飞速发展并快速应用至各类乘用车之上。那么,回过来看,今天的商用车承载系统又演变出了什么种类呢?

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首先,还是给大家聊聊传统的钢板悬架。悬架是车架与车桥之间弹性连接并传递力和力矩的装置总称,它一般由弹性元件、减震器和导向机构三部分组成,分别起到缓冲、减震和导向作用。以两轴载货车为例,一般情况下多数采用非独立悬架,多轴载货车中后桥多采用平衡悬架。

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什么是平衡悬架?我们可以参考一下双桥自卸车的后桥部分。如果多轴载货车全部车轮都是单独的悬挂在车架之上,那么在不平整的路面上行驶时,不能保证所有的车轮同时接触地面,即便车轮没有悬空,各个车轮之间的垂直载荷分配比例会有很大的改变。

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在车轮垂直载荷变小甚至降为零时,则车轮对地面的附着力也会随之变小甚至等于零,如果是前桥转向轮遇到此类情况将使汽车的操纵能力大大降低甚至是失去转向控制。驱动轮如果遇到此类情况将不能产生足够的(甚至没有)驱动力,此外还将导致其他车桥和车轮的荷载变大,进而出现危险情况。

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因此,在早期的悬架发展阶段,聪明的工程师设计出了一种平衡悬架,直接将两个车桥(如三轴汽车的中桥和后桥)装在平衡杆的两端,而将平衡杆中部与车架作铰链式连接。这样,当一个车桥抬高将使另一个车桥降低。而且,由于平衡杆两臂等长,两个车桥的垂直载荷在任何情况下都相等,不会产生个别车轮悬空的情况。这种能保证中、后桥车轮垂直载荷相等的悬架,称为平衡悬架。如果没什么概念,参考6X4、8X4车型的后桥即可。

橡胶悬挂 会是更好的选择吗?

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有意思的来了,相信大多数人都有印象,在2010年左右国内开始逐渐出现了一种新兴的悬架系统--橡胶悬架。顾名思义,其弹性元件为橡胶,且结构与传统的钢板结构完全不同,属于柔性悬挂的一种,其优点在于自重较轻、结构简单、维护也相对简单,且承载性能方面,有着与钢板悬架相媲美的优点。

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不过,它同样存在一些短板。曾有不少卡友评论,自卸车上的橡胶悬架在空载的状态下震动较强,舒适度欠佳。同样,在恶劣的运输工况下,橡胶悬挂的使用寿命会受到一定程度影响,后期更换维修成本相对较高。从整体上来看,橡胶悬架是现如今实现整车轻量化的一种手段,但同样在适应性方面还是存在一些短板,更倾向于一些特定的用车场景。

空气悬架 高附加值货物运输

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空气悬架,我们当然不会错过这一高端选手。如今,在冷藏车、快递车甚至很多普货车型之上,你都能轻松找到这一配置,有人说空气悬架也就最近十年才开始流行,真的是这样的吗?

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其实,空气悬架同样也有着悠久的历史。在1920年左右,这一设计就已经有了雏形,它的名字也非常接地气--空气悬架Air Suspension。在1929年左右,太拖拉开始在当时主销的T24卡车后桥上,中央脊管式车架+空气悬架这二者在当时可以赚足了眼球,不过受制于当时的传感器、材料等原因,早期并未大面积投入应用。

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然而,时至今日,空气悬架已经成为了一种非常接地气的配置。从此前的一则数据来看,目前欧洲卡车的空气悬挂的普及率已高达90%以上,而国内也是如此,除了冷藏、快递等车型之外,目前采用气囊悬架的普货车型也不在少数。

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那么在如今,为何空气悬架能够成为当今重型商用车的一大主流配置呢?在功能性方面,除了必备的滤振特性之外,同时也具备轴荷检测、轴荷分配、高度记忆等功能,甚至部分传感器数据,为卡车的起步预选档位也提供了很好的数据支撑。

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相比于传统的钢板悬架,空气悬架的优势也非常明显。其本身主要利用压缩空气、气囊以及连接机构来实现车架与车桥的软连接。在重载情况下,可以有效的缓解大部分来自路面的冲击,减少颠簸。除了舒适性更高之外,对于高附加值的货物也能够起到极好的保护作用。

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并且,对于快递一类追求运输方量的运输场景而言,更大的货厢意味着更强的竞争力。在货厢宽度、长度受限的情况下,更高的货厢高度自然可以实现更大的有效容积。显然,气囊桥是一种不错的降高手段,加上低鞍座设计和小扁平比轮胎,货厢容积可以实现最大化。

此外,通过空气悬架的高度调节,对于挂车对接货台以及甩挂运输方面,也能极大的提升运输效率。同样,气囊悬架也有较为明显的短板,对于重载运输、非铺装路面运输等工况而言,它的使用寿命会出现衰减,并且在空载的情况下,遇颠簸路面也存在着较大的跳动。

丨结语丨

从历史的时间线来看,汽车板簧悬架的诞生、演变有着非常长的时间线。即便是如今的卡车,也早就不再是单一的钢板悬挂,除了橡胶、空悬之外,在各种先进工艺、材料的加持之下,少片簧钢板悬架以及复合材料的单片簧也越来越多的出现在各类卡车之上。

比汽车诞生的更早? 且看板簧悬挂前世今生!最早竟然是木板?

至于其是否稳定可靠,我们现在谁也给不出确切的答案,也许说不定在未来,这样的轻量化板簧也能占有一席之地呢?有时候,时间总会给出答案。

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