【國王學苑】探索底盤絕對領域─《Volvo S90》

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 圖片來源:King Autos

底盤結構是影響一台車行路品質與操控性的關鍵,每一款車、每一間車廠在造車時,都會因為不同的用途與取向而有不同的設定及設計思維。但是對於一般大眾來說,要能夠一探底盤結構的機會實在不多。因此King Autos國王車訊啟動了《探索底盤絕對領域》的專題,讓讀者們能夠更加了解底盤的構造以及不同結構、設計之下對於車輛動態的影響。透過分析底盤的各項數據,我們得以一窺汽車製造商對於一款車的定位以及如何利用不同的方式來達成調校的目的。

 圖片來源:King Autos

當然,底盤這麼艱深複雜的學問是無法光靠幾張照片就來個鐵口直斷、講得天花亂墜。秉持著科學精神,我們將透過「底盤測試儀」「四輪定位儀器」等測量機具來取得數據,藉由分析各項數據的意義來判斷一輛車的操控特性與原理。而我們首次登場的主角,即是上市不久的《Volvo S90》

前懸吊

打從1970年代開始,Volvo已經有好一段時間沒有使用「Double-Wishbone (雙A臂)」的懸吊設計。Volvo在S90底盤重新使用雙A臂有著相當單純的目的:最佳化前懸吊的抓地力。雖然說S90並非走性能取向,但是擁有較為精準穩定的操控性不僅能夠強化車輛的安全性,也能夠讓駕駛在操作車輛的時候更有信心。

 圖片來源:Volvo

此外,S90的雙A臂在「Steering Axis Inclination (SAI)」也就是「轉向軸心傾角」上也做了最佳化的設定,讓「Scrub Radius」縮小。這樣能夠減少前輪因為Scrub Radius造成的力矩所產生的Toe變化,進一步穩定車輛的動態。

▼圖為S90前懸吊的上A臂,可以看見一支延伸的支架讓上A臂的支點位置相當高。在如此設計之下,原廠能夠在SAI角度上擁有較靈活的設計。

 圖片來源:King Autos

▼圖中綠色箭頭為下A臂,紅色箭頭為避震器桶身的下固定座,黃色箭頭則是上A臂的延伸支架。

 圖片來源:King Autos

▼圖中紅色箭頭為防傾桿的位置所在,雖然S90並非性能取向,但是實際駕駛後能夠感受到其防傾桿提供了合理的側傾抑制。在以游標尺度量以後測得下一張圖中25mm的實心防傾桿直徑。

 圖片來源:King Autos

▼由於防傾桿位置較為隱密,量測時難以拍攝,因此將游標尺取出後才拍攝紀錄數據。

 圖片來源:King Autos

這裡稍微針對SAI以及Scrub Radius做個簡單的解說,之後國王車訊將會在賽車工程的專題中針對各種不同定位角度進行更詳細的說明。

 圖片來源:Motor IQ

「SAI轉向軸心傾角」為上A臂支點與下A臂支點形成的延伸線,而「Scrub Radius」則是這條延伸線與地面的交點和輪胎中心線與地面交點之間的距離。Scrub Radius的距離越長,就會產生愈大的力矩造成車輛行駛時Toe的變化,也會在轉向時讓方向盤稍微變重。一般來說,汽車製造商在設計懸吊時都會盡可能的將Scrub Radius數值縮小以達成穩定車身動態的效果,部分性能跑車如《Porsche 911》甚至會將Scrub Radius設置為0。

後懸吊

Volvo S90採用的後懸吊形式為多連桿,但是採用了Volvo稱作「Integral Axle with Transverse Leaf Spring」的新設計,其概念是以橫置式的葉片簧來取代傳統的直捲彈簧。Volvo如此設計的目的是為了縮小後軸懸吊結構的體積與空間,使用複合材質製成的葉片簧也進一步的減輕了簧下負重,同時橫置式的葉片簧也擁有些許的防傾效果,因此也能夠使用直徑較小的防傾桿。

 圖片來源:Volvo

由於佔據的空間很少,因此S90的後座乘坐空間、行李廂空間都得到了不小的改善。從上方原廠提供的圖片能夠看到整支黃綠色的複合材質葉片簧穿過後軸副車架,提供兩邊懸吊做動時所需的支撐力。在懸吊結構的重量減輕以後,懸吊做動的反應可以更加迅速準確,這不但能夠改善車輛動態的反應,同時也會提供更舒適的乘坐感。

▼圖為S90後懸吊結構近照,能夠看到Volvo以黃綠色的複合材質葉片簧取代了傳統的彈簧。

 圖片來源:King Autos

▼S90後軸的下支臂相當粗壯,因此原廠以鋁合金材質打造來減輕些許的重量。紅色箭頭標示則為Toe連桿,在定位時能夠利用此連桿來調整Toe的數值。

 圖片來源:King Autos

▼下圖可以看到整個後軸結構,複合材質葉片簧貫穿了副車架,除了取代彈簧作用以外,還能夠提供些許的防傾效果。

 圖片來源:King Autos

▼雖然葉片簧能夠提供防傾效果,Volvo還是用上了防傾桿來進一步的抑制側傾。

 圖片來源:King Autos

▼圖中箭頭所指之處為S90用來調整車高的鋁合金墊片。

 圖片來源:King Autos

▼實際測量原廠防傾桿直徑為22mm,由於橫置葉片簧的防傾效益,讓Volvo得以採用尺寸較小、重量較輕的實心防傾桿。

 圖片來源:King Autos

底盤測試儀

 圖片來源:King Autos

在看過了S90的底盤結構以後,接下來就是以底盤測試儀來測量S90的懸吊設定。雖然採用前雙A臂、後多連桿的底盤設計,但是測量結果經由專業人員判斷之後是較偏向舒適的設定。

▼下圖為前軸 (圖中Rear Axle為電腦錯置)於底盤測試儀獲得的結果,接近V型的曲線通常代表著較為舒適的設定。

 圖片來源:King Autos

▼下圖為後軸 (圖中Front Axle為電腦錯置)於底盤測試儀獲得的結果。

 圖片來源:King Autos

定位角度

在說明S90的定位角度之前,要先傳遞一個正確的觀念。以市售車來說,強調數據上的「絕對精準」或「絕對對稱」意義並不大。除了每一台定位儀器的校準不同以外,每一次的定位數據也會因為市售車底盤的橡膠鐵套形變而有些微不同的結果,只要誤差在合理範圍內就有參考價值。這也是為什麼原廠給的定位數據通常會有一個建議數值與寬容值。

 圖片來源:King Autos

S90的簡易定位數據如下表,可以看到前輪Camber的設定小於負1度,Caster則超過6度。以目前車廠的造車趨勢來說,都開始傾向於增加Caster的角度並且減少Camber的角度。這是由於較大的Caster角度在轉向時能夠產生較大的動態Camber變化,這麼一來就能夠減少靜態Camber的數值,全面的增加車輛在直線以及過彎時輪胎的接地面積,是目前魚與熊掌皆可得的一種懸吊幾何設定。

後軸部分,Camber的數值依舊很小,這部分也是為了直行時輪胎接地面積的考量,以及能夠降低輪胎偏磨的機會。另外,從數據可以看出前輪的Toe設定趨近於0度,但是後輪卻有著總Toe為0.3度的Toe in設定。可以看出原廠希望藉此讓後軸擁有較高的穩定性,整體的定位設定較為保守並且是以安全性為主要考量。

S90的定位數據
前軸
左Camber 右Camber
-0.77 -0.74
左Toe 右Toe
 0.00度 -0.02度
總Toe
趨近於0
左Caster 右Caster
 +6.13  +6.09
後軸
左Camber 右Camber
 -0.48  -0.09
左Toe 右Toe
 -0.05  +0.35
總Toe
Toe in 0.3度

資料來源:King Autos

協力合作:洪小小

 圖片來源:King Autos

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