加装平衡杆的目的就是增加车身对外力的承受能力,产生较少的车身变形,在车辆转向时可以提高转向的灵敏度和车辆的操控性。改装用的平衡杆通常是指顶吧和防倾杆。

顶吧是连接车身两侧前、后减震器顶的加强车身刚度用的连接杆,也称刚性拉杆,如图3-20 所示。

图3-20　顶吧

防倾杆是指连接同轴两个车轮(通常为弹簧下支座)和车身底部的有一定弹性的金属杆,如图3-21 所示。防倾杆有一定刚度,同时又允许一定范围内的变形,从而产生弹力,实际上就是一根扭杆状弹簧。防倾杆是悬架系统的一部分,通过它的弹性限制两个车轮的运动,以抵制车身产生倾斜。

图3-21　防倾杆

1.防倾杆的工作原理

在汽车转弯或通过凸凹不平的路面时会出现侧倾现象,防倾杆的作用就是抵制车身侧倾,从而提高汽车的操控性和舒适性。当汽车转弯时会产生一个向外的离心力,在离心力的作用下,内侧车轮的弹簧伸长,外侧车轮的弹簧被压缩,这时防倾杆就会产生扭转形变从而产生弹性回复力,它会对外侧车轮的弹簧施加一个向下压的力,而对内侧车轮的弹簧施加一个抬起的力,施加在左、右弹簧的作用力是大小相等、方向相反且相互牵制的,这样即可尽量保持两侧悬架的高度一致,从而减少侧倾。

当汽车左右两轮行经相同的凸起或凹陷路面时,防倾杆并不产生作用,但如果左右两轮分别通过不同的凸起或凹陷路面,即左右两轮的水平高度不同,就会造成杆身的扭转,产生防倾阻力,抑制车身侧倾。也就是说,当左右悬架上下同步动作时,防倾杆不起作用,只有在左右悬架因路面起伏造成不同步动作时,防倾杆才起作用。

另一个防侧倾的方法就是增加弹簧硬度,但过硬的弹簧会降低乘坐的舒适性,同时造成行经不平路面时循迹性不良,从而需要用阻尼系数很高的减震器来抑制弹簧的弹跳。但是如果配合适当的防倾杆不但可以减少侧倾,更不必牺牲应有的舒适性和循迹性。因此,防倾杆与弹簧的搭配是达成舒适性和操控性的最可行方法。

2.防倾杆与悬架的关系

悬架系统的正常工作除了需要有好的弹簧和减震器以外,还需要好的防倾杆辅助才行,因为弹簧和减震器只负责控制一只车轮,而前、后防倾杆却负责协调整个悬架系统,所以防倾杆虽然从外观上看只是一条钢梁,但其作用却不容小视。高性能防倾杆就是为了配合减震器、弹簧而生的,一般高性能防倾杆都是经过冷锻的弹力合金钢线材弯制而成,此外还需要经过特殊的硬化处理。为了获得更稳定的控制车体侧倾能力,高性能防倾杆直径会大于原厂值,可按不同的直径配合不同设计特性的减震器及弹簧,以获得完美的悬挂系统性能表现。

防倾杆和弹簧提供的防倾阻力是相辅相成的,而且防倾阻力是成对发生的,即车头的防倾阻力和车尾的防倾阻力伴随发生,但由于车身配重比例及其他外力作用,使得前后防倾阻力并不平衡,这样就会直接影响车身重量转移和操控平衡。如果后轮的防倾阻力太大则会造成转向过度,反之如果前轮的防倾阻力太大则会造成转向不足。为了改善操控,不但可以利用防倾杆来控制车身的倾侧,还可以控制车身防倾阻力的前后比例分配。

汽车转弯时,对内侧车轮来说,防倾杆对车轮施加的力和弹簧对车轮施加的力是方向相反的,弹簧产生的力可把车轮压回地面,而防倾杆会使它离开地面。如果防倾杆太硬,则会减少把车轮压回地面的力,这种情况如果发生在驱动轮,转弯加油时,可能会使内侧车轮的抓地力变小,造成轮胎空转,这对大功率但没有LSD (限滑差速器)的车辆来说是相当危险的,最理想的状态是把防倾杆所提供的防倾阻力控制在总防倾阻力的20%～50%,如果总防倾阻力太强,转弯时,可能造成内侧车轮离地,这样会造成100%的重量转移,这种情况通常发生在弯内的非驱动轮上。车身的滚动会降低循迹性或转向的灵敏度,一部有最佳悬架几何设定的车有较低的滚动中心,同时,由弹簧提供的防倾阻力可将车身的滚动限制在合理的范围内。对一部有既定的悬架几何设计、重心高度和车重的车来说,改变防倾阻力能改变极限过弯时车身的侧倾程度。

3.防倾杆的设定(www.daowen.com)

汽车转弯时,如最极限的车身滚动会导致悬架系统产生超过2°以上的外倾角变化,那么表示这部车需要较多的防侧倾阻力。车身滚动时有超过2°的外倾角变化,就表示至少需要增加-2°的外倾角,以便使轮胎在极限过弯时维持充分的轮胎贴地性。但是超过2°以上的外倾角设定会减少汽车直行时轮胎的接地面积,并且会破坏瞬间循迹性,也就是破坏从汽车直线到弯道或从平路到倾斜路面的瞬间的循迹性。这对操控平衡、过弯速度、进弯和出弯的转向灵敏度都会有负面的影响,更会影响转弯行驶中的制动和加速表现。

限制车身滚动的另一个理由是:要限制滚动中心的纵向和侧向的位移变化,这对任何形式的悬架系统都是很重要的,尤其是对麦弗逊悬架系统而言更是如此。滚动中心的位移会导致突然的车身重量转移变化,造成车身操控平衡的破坏。对赛车来说,把车身滚动限制在1.5°～2°内就可以把滚动中心的位移变化限制在可控制的范围内,但是对一般道路用车来说把车身滚动限制在4°以内就算是非常理想的。

对防倾杆的设定来说,调整车身滚动的前后比例分配是很重要的,要完全由弹簧来抑制车身滚动,那么必须使用很硬的弹簧,如此一来便会降低行经不平路面的循迹性,使用防倾杆则可轻易地调整车身的操控平衡而不影响循迹性。因此在赛车所用的前后防倾杆通常都是可调式的,以便调校出最佳操控平衡,而一般道路用的往往是不可调的。

一般后驱车都将防倾杆装在前悬架位置,如此可增加前悬架的抗侧倾能力,减少过弯时后悬架的车身重量转移,这会延缓或消除过弯时驱动轮(内轮)的离地现象并增加外轮的负荷,增强转向不足的趋势。对前驱车来说,因为驱动轮在前轮,所以需要增加后防倾杆的硬度,如此一来可增加驱动轮的循迹性,并减少前驱车固有的转向不足特性。但如果后轮过弯时会离地或是车身的侧倾太严重,就应该考虑在前驱车的前轮加粗防倾杆,以避免这种现象。对一部严重转向不足的车来说,通常只要加粗前防倾杆即可大幅改善转向不足的现象。

防倾杆的硬度是由制作的材质、杆身、杆径、杆臂的长度以及和杆身所成的角度所决定的。杆身的长度越长则硬度越软,反之杆臂的长度越长却会增加其硬度。受限于车宽,所以杆身的长度几乎不太能改变,但杆径和杆臂的长度却是比较容易调整的。一般来说防倾杆的材质都大同小异,所以要改变防倾杆的硬度都是由改变杆径来达成的。此外由于杠杆原理的作用,改变悬架臂与防倾杆臂的连接点即可改变杆臂的力矩,而可调式防倾杆就是由这里着手的。

4.防倾杆的种类

根据防倾杆使用目的与功能的不同,分为以下几种。

(1)前轮下摆臂防倾杆(原车必备配件)。设计安装于前桥与前轮的单独连接,主要作用是控制前轮的内外侧倾角。

(2)方向前束防倾杆(原车必备配件)。设计安装于两边的前轮下摆臂上,控制方向前轮的整体对称,主要作用是控制前轮的前倾角,保持方向轮的循迹能力。

(3)前轮减振防倾杆(前顶吧,选装件)。设计安装于前减振塔的位置上,主要作用是增强发动机舱与前部车身的刚性,抵消离心横向扭力造成的车架形变(严重时的形变能造成减振塔撕裂),改善车辆的过弯能力,提高过弯速度,减小车身受离心力作用而产生的侧倾角度。

(4)前底横梁防倾杆(选装件)。设计安装于前桥与车架底盘前方的连接部位,其主要作用是增强前底横梁(前桥)与底盘的连接强度,减小离心力与车身扭曲造成的前桥位移形变,改善过弯性能。

(5)后轮减振防倾杆(后顶吧,选装件)。设计安装于后减振塔的位置上,其主要作用是增强行李厢的强度,减小车厢后部由于离心力造成的横向扭曲,减小过弯时车尾部的侧倾度,提高车辆过弯性能。

(6)后桥悬挂增强防倾杆(选装件)。设计安装于后桥与车架底盘后方的连接位置上,其主要作用是加强后桥与车架的连接强度。

(7)车架(车身)底盘增强防倾杆(组件)。设计安装于车架底盘的中间部位,其主要作用是加强车架底盘的整体刚性。

5.防倾杆的材料

防倾杆的取材非常讲究,不是普通钢材所能轻易取代的,其既要求质量尽量轻,又要求其配合车身材料的硬度达到与之刚柔并济而形成一个融洽的整体。可选用7005 民用航空铝材制造的平衡杆,7 字头的铝材要优于6 字头的。除此之外还有由铝镁合金、弹簧钢材等材质制造的平衡杆。