底盘大进化 汽车历史演进精彩缩影

从古埃及人和西罗马帝国战士竞技征战时所乘的双轮马车,一直到近期内车展所发表的McLaren P1新世代超跑,从古至今人类的座驾不论繁简却有着一个共同特徵,那就是人类发挥懒功役物之余还能用尽巧思追求舒适;在车体和车架结构随着科技进化推陈出新之余,我们可以从各个铆钉螺丝间细数出专属汽车史的年轮,饶富意趣的品味那各种专属于速度的万千故事,并且展望未来汽车底盘的发展趋势。对交通工具性能的要求自古以来一直是人类茶余饭后热衷的项目,打从18世纪末首度将蒸汽机运用在车辆上以前,老祖先花了百万年的时间培育马匹,成为魁梧雄壮,可日行百里的动力来源,载具部分亦针对辕桿和轭进行改良以提昇动力传输效率;进入工业社会以后,蒸汽机导入车辆取代兽力,机械的高动力输出打破了许多兽力车辆时代的限制,之后更广泛利用效率更高的内燃机使人类的移动距离大增,不过这些科技进化项目却怎幺也比不上一个项目那样自始至终的终于原始概念,同时也始终呼应我们数千年来追求行车舒适性的慾望,那就是底盘技术。

底盘大进化 汽车历史演进精彩缩影由古埃及壁画遗迹中,我们可以看到数千年前的古埃及人已懂得打造坚固的双轮马车来厚实军队实力。
很难想像刚脱离新石器时代没多久的人类就有足够智能,在培育马种之余还能运用简单的结构设计提昇车舆内乘客的乘坐舒适度,相信最初的人类想到的是,就算马儿再驯再敏捷,没有坚固且缓冲震荡的车身结构,车厢内的乘客就等于在跌荡不已的行车状态下受罪,过弯也会丧失循迹性,更无法在高速下行驶。

底盘大进化 汽车历史演进精彩缩影从旧时代的马车我们可以见到汽车发展初期的雏型,四轮配置、简单的皮带或叶片弹簧作为避震装置、木造车厢设计,唯一的差别就在于兽力与内外燃机的採用。
底盘,数千年智慧结晶
回溯到人类还在奴役马匹做为交通工具的数千年间,古老的先人早就知道要在车轴和车身间加装弹簧来提昇乘坐时的舒适性和车体耐久度,而在车辆上运用弹簧的时间我们最早可回归到距今三千三百多年前古埃及图坦卡门时期,这强大且爱好征战的王朝为达到战争和国内竞技的目的,整个国家的器械机具工艺技术达到巅峰,人类历史上最早的战车应运而生,多幅式轮圈、轮轴、轴承以及轴承上以皮带构成的减震配备等元件就等同于古埃及建筑力学智慧之缩影,看似简单的结构,就算以现代的科技或许也无法突破当时的製作技术,而这些基本元素的组成却影响迄今的底盘发展史甚鉅。

底盘大进化 汽车历史演进精彩缩影Ford Model T具备最早期的圈状弹簧,该配备当年被称作Hassler避震器。
时光走到西罗马帝国时代,结构简单但承载效果惊人的片状弹簧正式出现在史书上,由马匹拖行的双轮载具装上这项俗称叶片弹簧的装置依旧跳脱不出战士征战、国家竞技场合或王室贵族用车範围,这项木质叶片重叠而成的避震装置之后辗转运用在各式攻城器具上,从欧洲到中国都出现过这项设计,并且一路延续到19世纪乃至于现今,只不过在马车横行的时代,轻型的车厢採用木质片状弹簧,车重较重的马车则改用碳铁叶片。

底盘大进化 汽车历史演进精彩缩影最早的Fastback车款──1933年的Stout Scarab旅行车除了惊世骇俗的车体流线外,独立气压式悬吊系统设计更是史无前例。
只不过当时英国的铁製弹簧用在欧洲平坦的街道上尚可,但面对新大陆崎岖不平的道路却显得捉襟见肘,甚至在高速过弯时车厢还容易解体,于是美国新罕布夏州康科特市的Abbot Downing公司就发明了一种命名为Thorough Braces的皮带式悬吊系统,对于当年马车设计来说这项装置可说是破天荒的创举,因为旧式的弹簧只能减缓上下震荡,不像Thorough Braces可以让马车做横向摆荡,犹如安装两轮的庞大摇篮般,因而为车体带来更优异的舒适性和安全性,于是在1847年两位公司创始搭档在拆伙前,Abbot Downing 公司卖出了将近700部配备Thorough Braces悬吊的马车。

底盘大进化 汽车历史演进精彩缩影MP4-12C的Carbon MonoCell座舱採单片式一体成形碳纤维材质,其他再衍生出大樑等底盘结构组成车体,与其说是Body-on-frame,还不如说是Body-on-monocoque。
到了外燃机和内燃机成为车辆动力来源的新时代,兽力车时期的悬吊已追不上工业革命中后期交通工具的动力提昇,于是一连串更先进的悬吊设计于焉展开,其中影响近代最深的当推避震器的发明。在避震器运用在车辆以前,1898年法国自行车手J. M. M. Truffault便将气压式避震筒运用在他的单车上,隔年,Truffault便偕同美国自动车爱好者Edward Harford合作开发第一款气压避震器,这项设计到了1901年便被M. A. Yeakley加以改良为分别装载在四轮上的独立悬吊系统。

底盘大进化 汽车历史演进精彩缩影避震器发展至今,近似于F1赛车避震机制的水平式避震器为Lamborghini Murcielago等超跑或一般高性能房车追求直接精準路感的首选。
另一项改变人类汽车史至今的发明便是液压避震器,1901年C. L. Horock创造出现代化避震器的雏形,也就是回拉伸长行程的活塞阀体阻尼器,在内含油料所产生的反作用力以针对地面冲击力提供更缓慢的缓冲效果,产生更软Q缓和的避震性,于是在隔年至1903年便普遍被运用在赛车运动上,其影响力后来更导引出1908年福特在T型车身上所採用的气、液混合式避震系统,乃至于1933年首度出现在Stout Motor Car Company流线小型休旅Scarab上以橡胶缓冲垫片取代圈状弹簧的新型四独立气压式避震器。

非独立悬吊叶片弹簧优:构造简单、成本低廉、坚固耐重缺:构造简单使设计的自由度小,操控的安定性较差,且左右轮互相牵引,频繁的跳动影响舒适度。 横向连桿式悬吊优:构造简单 瓦特连桿式悬吊优:简单又能改善轮轴在高度改变时的偏移现象 Satchell Link优:抗下倾,过弯时更多转向 MOB Link优:低滚动中心 De Dion Tube优:簧下重量减轻,在高动力传输下减少轮胎跳动 扭力樑式悬吊优:构造简单,站底盘空间少,有利车舱空间 活轴悬吊优:平坦道路上良好的抓地力和过弯时侧倾量少 

独立悬吊双A臂悬吊优:极佳转向性和舒适性缺:构造複杂,成本高,佔前轴空间大 麦花臣支柱式优:低成本,佔底盘空间少及优异舒适性缺:面对Off Road地形时操控及舒适性大打折扣 拖曳臂/扭力樑式悬吊优:成本少,倾角变化极低,操控稳定性佳缺:两轮间有些许连动效应,路感较双A臂和麦花臣等设计差 半拖曳臂悬吊优:倾角及两轮上下位移较拖曳臂少,过弯稳定性较佳缺:结构複杂,成本过高,因此运用的车型少 多连桿式悬吊优:绝佳操控及乘坐性缺:多关节处长期下来容易磨耗,维修风险高 摇臂式悬吊优:独立悬吊中最简单的构造缺:关节处易耗损,紧急过弯时容易转向过度 

车体演化
不管是最早的蒸汽机外燃式引擎,内燃式的汽油引擎、柴油引擎、油电混合动力或纯电动型式等车辆,从古迄今的车体结构设计只有一个目的,那就是追求安全性和乘坐舒适性。当1984年Volvo宣布车身元件多利用环氧化合物以进行精密的Tack-Weld暂时性熔接技术,从此车体焊接点便精简了4000到500个单位,但环保且极简工法的创举并非前无古人,19世纪中期后的马车车厢便已使用酪蛋白黏着剂来固定车身,不过以当时的技术大概也只能如此。早期的木造车体大大的限制住车厢设计者的发挥空间,木材充其量顶多只能利用蒸气弯曲成想要的形状,所以每部车厢车身的元件及饰条皆大同小异也就不足为奇。

底盘大进化 汽车历史演进精彩缩影Lotus最后一部赢得F1大赛冠军的99T具备电子式液压主动式悬吊系统,其18个动态感知转换器还可以将讯息传达到四个电子控制液压调整桿上依路况调整。
进入20世纪后,钢材和铝合金逐渐成为汽车车身结构和钣件原料,车体的形态开始变得不那幺照本宣科。落槌锻造及压力锻造技术大约于1900至1910年间纯熟,液压延展成型则大约于1920年间发展出来,在此同时,车体设计同步採用木质及金属材料长达十年之久,之后金属材料逐渐成为强化车体的主角,木质材料成为辅助材料,1909年开始由Hupp Motor Company所生产的Hupmobile旅行车便是一例。

底盘大进化 汽车历史演进精彩缩影1905年Daimler的「American Mercedes」具备最早的底盘车身分离式车体结构,这种原始的车体结构到后期渐渐仅使用在货车或越野车上。
在造车材料进化的同时,车体结构的演进也是造就现代汽车历史的精采章节。超过百年之前,人们便开始採用非承载式车体结构来作为底盘主体,只不过当时碍于材料技术,车架几乎为木製品,而汽车也为接单订做的生产模式,消费者必须在选定底盘后选择车身式样。

底盘大进化 汽车历史演进精彩缩影所谓Monocoque单体车体结构便是所谓的底盘加上车壳,尤其近代设计在延续传统製造方式外,更逐渐以铝合金甚至碳纤维材质替代钢製车体,有助于车体重量减轻30%以上。
1930年代以后的非承载式车体开始运用钢铁,以梯形或矩形车架结构为主,属于Body-on-frame的车身车架分离模式,其最大的特徵便是具备大樑,有易于设计、生产和修复,且在车身周围橡胶垫片与车架间的隔离下,车舱也显得相对安静,但缺点是重量过重,过弯时承受扭矩变化的刚性较差,于是在1950年代以后便逐便被承载式车体结构所取代,特别是一般小客车的产品领域开始採用一体成形式车体,在一块庞大的地台上加上长纵樑并焊接或铆接横樑形成A、B、C甚至D柱,同时接上车顶和侧板等构件;在汽车渐渐成为普遍的消费性商品后,一体成形车体结构相当符合各品牌高度机械化生产线的生产趋势,不仅能够节省成本,车头和车尾处加装的附加车架也能形成溃缩区来缓冲撞车时的撞击力道,为驾驶人和乘客提供更优异的安全性。

底盘大进化 汽车历史演进精彩缩影Impreza WRX STI后车轴上便是配置双A臂悬吊,双A臂的优点便是拥有比非独立悬吊更优异的转向性和舒适性。
儘管承载式车体较古老的非承载式车架轻了许多,但后期的工程师还是极力专注于新材料的开发和生产技术,以追求车体结构在轻量化和高刚性上的无限提昇。同样的钢铁材质在含碳量和合金比例的调整下有着更高的强度,像是拥有高强度的低合金钢,各种镀层、涂层、複合材质运用的钢材,轻型钢结构的导入,抗腐蚀性的铝合金车体,高强度硼钢运用在B柱和大樑上,乃至于近期的CFRP碳纤複合材料,种种科技演化均着重在不增加重量的前提下,让行车安全发挥到极致。

底盘大进化 汽车历史演进精彩缩影多连桿的运用除了增加操控性外,还可以带来更多车舱空间的运用。
底盘大进化 汽车历史演进精彩缩影瓦特连桿式悬吊虽然是一项发展超过百年的古老设计,但迄今像Opel Astra等车款的后悬吊还在使用改良过的这类装置。
底盘大进化 汽车历史演进精彩缩影BMW家族最爱使用麦花臣悬吊是把传统的双A臂下摆臂变成了两根独立的连桿,转向节点会随着车轮转向而有所变化。
底盘大进化 汽车历史演进精彩缩影Juke前驱版本的前轮为麦花臣悬吊,后轮则为扭力樑式设计,但高性能版的Juke-R却改为GT-R的前双A臂、后多连桿设定。

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