close
PSA的扭力桿式拖曳臂雜論

前言:本文緣起
1999年筆者買了第一輛206-S16,開了幾年覺得實在必須稱讚這輛車的設計良好(當然不是沒有缺點),尤其是在底盤的操控反應上,實在很協調而讓人充滿安全感。等我有些機會回頭去開日系國產車時,就會覺得一切都不對勁:坐姿很奇怪、底盤反應很差、煞車不好、轉向不聽話等等。這時才真的體會PSA在底盤設計上的水準,也理解了法系車和日系車在造車工藝上的巨大差距。
 
等我認識了某位PSA車系的專家,在長時間的泡茶之下,也得知了許多巷子裡的人才知道的知識;加上自己車子的維修經驗和駕駛體會,較諸許多網路上討論區和汽車雜誌上的言論,發現有許多流傳久遠的謬誤信息,仍然在持續地誤導大眾,實在必須跳出來導正一番,以造福眾多車主,是有此文也。
 
必也正名──所謂的「拖曳臂」,其實是一種『幾何』方式
所謂的「拖曳臂」是一種機械結構嗎?答案其實「是」也「不是」,端看你從那一個基準去理解和描述。為了減少誤解和更逼近真相,在此筆者要採用一個定義就是:所謂的『拖曳臂』,其實是一種『幾何』方式。
 
什麼是幾何呢?就是角度、長度、力矩&力臂等等基本性質。在汽車底盤基本設計的討論上,『拖曳臂』一詞所描述的就是某種特定的幾何性質,而不是「機械方法」。那拖曳臂的幾何是什麼?這用文字來說明可是又臭又長,還不如您去找輛206頂起來看看後懸吊長相,或者到路上找一輛機車看看後輪的機械結構就是了。但為了本文的完整,此處還是進行相關描述:
 
圖1--拖曳臂與半拖曳臂

圖1的下圖為半拖曳臂,擺臂的旋轉軸與車身縱軸不垂直,而擺臂擺動時車輪與車身縱軸的角度會有變化。上圖則是為全拖曳臂,擺臂與車身縱軸垂直,擺臂在擺動時車輪與車身縱軸的角度不變。兩者間的共通點就是:輪軸與擺臂之間是固定死的,在懸吊運動時沒有任何角度變化,擺臂與擺臂的旋轉軸之間也沒有角度變化。
 
拖曳臂的重點有二:第一是擺臂軸垂直於車身縱軸,其作動的方向則平行於縱軸;第二是擺臂從固定軸到輪軸間沒有可改變角度的關節構造。這個定義也是本文所要採用的定義,即使某些幾何效果類似的懸吊機構,甚或是某些被許多人誤稱為拖曳臂的懸吊機構,只要未符合此定義的,全都不能被稱為拖曳臂。
 
錯誤1-只要是『拖曳臂』,就可以放在一起比?
有很多種機械設計方法可以達成前述之拖曳臂的幾何定義,拖曳臂的機械可以採用最單純、最少的部件去完成--就像是PSA車系的拖曳臂設計,(圖2)也可以採取較粗壯的設計以符合車輛需求,(圖3)也可以加入1~n根連桿等等予以改良。(圖4)
 
圖2-Peugeot 205GTi的扭力桿式拖曳臂基本構型
 
圖3-固定軸較為粗壯的拖曳臂設計
  
 
圖4-Peugeo206改良的扭力桿式拖曳臂結構
眼尖的讀者可能會發現圖4是206-RC的後懸吊結構,也許也會質疑其是否屬於拖曳臂機構。很多歐系小型車的拖曳臂設計是採用較簡單的機械方法,這種作法會使拖曳臂懸吊有橫向剛性較差的弱點,也就是對於平行於輪軸的方向施加壓力時,系統的抵抗力(或穩定性)會較差。基於相同的原因,許多以拖曳臂為基本構型的懸吊構造就是意圖在補強這個弱點,206-RC的後懸構造增加兩根連桿的目的就在補強橫向的剛性。
 
仔細觀察此機構所增加的連桿並不會改變拖曳臂的幾何特性,而且其連桿的固定位置也沒有違背本文對拖曳臂的定義,因此206-RC的後懸吊可以被視為是改良式的拖曳臂。假使所增加的連桿抖機構會限制或改變拖曳臂幾何特性,則不被稱為拖曳臂,而可能被稱為「多連桿懸吊」等等不甚精確的稱呼。
 
另外也有很多懸吊機構的幾何類似於拖曳臂,但並不符合本文對拖曳臂的定義,因此根本不能被稱為拖曳臂機構。例如圖5的這種機構有人稱之為雙拖曳臂結構,儘管其幾何特性類似拖曳臂,但並不符合本文的定義,故此處不被稱為拖曳臂機構。事實上這種懸吊機構的幾何方式類似拖曳臂,但機械方式卻比較近似雙A臂的變形,因此有時要給予某種機構準確名稱是困難的,端看你從那一種觀點去描述。
 
圖5-“雙拖曳臂”(?)懸吊結構
 
要用文字完全準確地定義拖曳臂並不容易,若從反面描述就是:只要擺臂在運動時,擺臂與擺臂軸以及擺臂跟輪軸的夾角如果會出現變化的,就不能被稱為拖曳臂。例如307和VAG車系的後軸設計,就不符合拖曳臂的定義。(圖6、圖7)事實上307和VAG的後懸吊是一種被稱為扭力樑(torsion beam)的懸吊機構,而非拖曳臂機構。(註2)
 
圖6-VW Golf的後扭力樑懸吊
 
圖7-Peugeot 307的後扭力樑懸吊
 
而從圖片顯示的構造來看,扭力樑機構的幾何特性顯然就和拖曳臂大異其趣。因此若我們想要進行某種比較,則要比較的東西必須是可以被比較的,這是『比較』這件事的基本要求──最低限度是至少得把要比的東西的『名稱』弄對。例如今天要比較「VAG的『扭力樑』和PSA的『拖曳臂』機構」──這樣的前提就OK;若要比較「VAG的和PSA的『拖曳臂』孰優」──這種前提下的文章就是一種謬辯。許多討論的謬誤就出在這個地方:把不同的東西用一樣的名詞代表,或是把相同的東西用不同的名詞稱呼──這常常是因為根本沒有弄清楚定義,或是討論採用的觀點並不完整的緣故。
 
若討論的前提沒弄錯,那同樣都是拖曳臂的懸吊操控特性會相同嗎?例如圖8的兩種拖曳臂機構和圖9的PSA扭力桿式拖曳臂──那種的操控比較理想?這就得實際去比較才會知道了。這種基準相同的比較有時還得考慮各種設計機械特性以外的差異,例如維修成本、空間佔用率等等。顯然我們可以預期,採用不同的機械方法達成了一樣的幾何結果,也很可能會造成駕駛者實際操控感受的顯著差別。
 
若以圖8來看,這種有分開兩處固定軸的拖曳臂設計,我們可以預期相較於圖9的PSA拖曳臂有著更好的橫向剛性,因為PSA的拖曳臂橫向的應力幾乎完全由粗大的軸承來承受,而圖8的構造則由兩個分開相當遠的固定軸承受。但顯然PSA的拖曳臂機構佔用的空間小得多,可以大幅增加座艙的空間利用性。從這裡也可以推論出,PSA拖曳臂機構對於軸承的設計和材料要求將會很高,因為它必須承受好幾個方向的極大應力。
 
圖8-某種拖曳臂後輪機構
 
 
圖9-PSA的拖曳臂機構
 
前述的事實代表了,即便在同樣的幾何之下,不同的機械結構設計也會造成車身動態的明顯差異。也就是說:即便其他的條件都相同(例如車重、前後軸配重、軸距、輪距、減震筒、彈簧等)一樣是前軸麥花臣、後軸拖曳臂的設計,也不代表兩者的操控感就會相同或類似。
 
錯誤2-容易混淆的問題:換了避震器,就能提升操控?
事實上「底盤的幾何」是決定車輛動態特性的最主要因素,而減震筒阻尼、彈簧係數等機械構造僅為次要因素,因此操控性的好壞主要就取決於底盤的幾何設定,更換彈簧和減震筒,只能部份改善車子的動態。
 
事實上除了常見的底盤幾何角度之外,(註2)底盤幾何還存在著某些一般大眾所未知的角度或幾何設定,甚至於底盤部件間所使用的橡膠襯套的材料特性,也可以造成底盤幾何的明顯影響;而在很深入的討論裡,懸吊機械部件的剛性/彈性特性,也能對操控特性產生影響,因此底盤部件的材料特性也是設計時必須考慮的元素。這就屬於各車廠的「know-how 」──也就是獨門功夫,也就是這個未知的差異,讓每家車廠的車輛都具有各自的個性。
 
以PSA後擔的那根砲管為例,儘管它看起來非常粗壯強韌,但以車輛的尺度來看,這根砲管並非完全的剛體而是一個彈性體。若你仔細看:車子頂高之後和落地之時,砲管的狀態是不一樣的,這也是設計時必須計算在內的變數。
 
PSA車系的拖曳臂是有專利的,是全球獨一無二的機械結構;其它歐洲車廠雖然也有拖曳臂的設計,但在機械構造恐怕都不相同。這也是我們必須以「所謂的拖曳臂,其實是一種『幾何』方式」這個觀點去理解拖曳臂的主要原因。
 
錯誤3-拖曳臂設計是成本考量?
很多常見的論點都說:小車使用拖曳臂是成本考量。這個論點在其他車系因筆者所知有限無法置評,但在PSA車系則此論是錯誤的。
 
所有維修過或更換過後擔的PSA車主都會有一個感想就是:PSA的後擔還真是他X的貴。為何會這麼貴呢?仔細觀察技師在拆解後擔的構造時你就會發現:PSA的後擔實為精密而且複雜的機械,而且使用的都是很好的金屬材料,難怪會這麼貴。
 
比起某些日系車的後多連桿還是一些有的沒的,PSA的後拖曳臂拆解需要非常多的工序和各殊工具,你很難用一把氣動工具加上螺帽套筒就能和分解PSA的後擔。看過PSA的後擔的細部分解時你就會知道這真是聰明又厲害的設計;正因為構造精巧(在很小的空間裡要塞下很多部件),又因為後擔部件負擔了強大的應力和荷重,因此對材料的要求度當然也高,(請參考前文)難怪貴得要命。相對的其他車廠的多連桿,只要幾根金屬棒和螺栓就搞定,成本絕對遠低於PSA的拖曳臂。(註四)
 
既然PSA的拖曳臂後擔不是低成本的部件,那為何主要應用在小型車呢?最主要的原因是因為「空間」,次要的原因則來自於「車重」。
 
看過PSA拖曳臂的後擔結構,不論是裝置在車上或是已拆離車體,你都會發現:整個後擔的結構佔用的空間非常的小!!從軸承、彈簧(即扭力桿)、平衡桿(防傾桿)、減震筒等,全都安排在獨立的後擔的小空間上,完全不占用車室內的空間(請參考前文)。當你相比於VAG後軸的扭力樑構造的減震筒固定座必須侵入車室內,你就會驚異於PSA後擔的工藝水準。正因為小型車的車室空間已經有限,能爭取最大空間的PSA後拖曳臂當然是絕佳的選擇。而大型車因為室內空間已經夠大,即使懸吊機構會佔用部分的車室空間,但整體的影響相對較小。
 
另外就是重量問題。當車子的重量增加時,懸吊的應力也會增加。這裡有一個簡單的機械/物理命題:假設相同的材料和構造,重量會以尺寸的3次方增加,強度則是以尺寸的2次方增加。所以儘管以現今的技術,我們當然可以把拖曳臂加粗加強到可以承受大型車的重量(有不少裝甲車和戰車的懸吊都是拖曳臂式的),但考量到成本和各種因素,在大型房車上採用後拖曳臂可能不是最聰明的選擇。若是便宜又輕巧的多連桿就能解決問題,何必裝上昂貴又重的拖曳臂呢?答案還真明顯。
 
所以囉,當你真的正確認識了PSA的拖曳臂之後,你就會知道:PSA的扭力桿式拖曳臂真是一種了不起的設計。正因為精密而複雜,所以可以在最小的安裝空間裡工作,並調校出良好的操控特性。
 
後語:廉價的以訛傳訛資訊
v     小車的後懸吊使用拖曳臂,是因為成本考量?不一定!至少在PSA車系的情況就不是如此。(註3)
 
v     拖曳臂的構造簡單?錯!拖曳臂是一種幾何方式,它的幾何很簡單,但是卻可能有著複雜而精密的機械結構,端看你所指的是那一種拖曳臂的機械構造。
 
v     只要名為「拖曳臂」的車輛操控特性都類似?錯!影響車輛操控性的主要原因是底盤的幾何設定,次要因素則是機械構造;而底盤的幾何常常藏有車廠的獨門功夫,機械設計也大不相同,所以別再把To××ta的「拖曳臂」(?)拿來比PSA的拖曳臂,那還真是“懶X比雞腿”的以訛傳訛啦。
 
很多網路汽車俱樂部的討論版,還有某些汽車雜誌裡,都充斥著以訛傳訛的資訊。網路文章有一個特性就是很容易複製轉貼,往往一個一知半解的寫手寫了篇對錯參半的文章,就被大量的轉貼或郵寄,最後造成普遍的車主都有錯誤的觀念。對於所有的網路「資訊」,我們都應該有懷疑、思考和求證的科學精神,這樣資訊才會變成「知識」。
 
事實上單是『拖曳臂』一詞恐怕也有非常多的人(甚至是汽車雜誌的編輯)一知半解、自以為是,也因此很多相關的討論都是「城門樓、雞巴頭」式的謬辯。各位車主若能用本文的這個方式去理解拖曳臂的構造──即回歸到最基本的幾何原理和定義,則很多混淆的觀念就能清楚了。
 
附註
註1:VAG車系的後軸設計常被稱為拖曳臂,但若在本文的定義之下,這種構造並不符合拖曳臂的定義,因為其擺臂的固定軸並非固定與車縱軸線垂直的,而會有其他角度變化。

圖10---扭力樑式懸吊的部分藍圖,可看出和拖曳臂的幾何相當不同

註2:常見的底盤幾何角度有:軸距、輪距、前後軸的束角(toe)、外傾角(camber)、後傾角(caster,大王銷角度)等等。
 
註3:此論有一個有力的反面證據就是:PSA車系的新世代小車已不再採用拖曳臂設計,例如307、C2、207、308等,都因為cost-down而開始採用類似扭力樑(torsion beam)式的後軸構造。
 
arrow
arrow
    全站熱搜

    PONPON2014 發表在 痞客邦 留言(1) 人氣()