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底盘与轮胎之间的秘密,简评主流六大悬架类型

收藏 评论 时间:2020-09-09 11:25 作者:EV君 来源:EV世纪

老百姓常说汽车三大件发动机、变速箱和底盘,其中唯底盘悬架恍若一门玄学,仿佛道不透说不明。汽车文章每每谈及“底盘”二字,分分钟能给你绕得云里雾里、似是而非、不知所云。每当掰扯不明白,只消道一句“调校”“功底”云云,便似乎一切都合情合理。

其实关乎底盘日常表现得最重要部分便是底盘与轮胎的连接部分,即悬架系统了。目前市面上主流的独立和非独立悬架大概可以概括为六个类型,下面我们就一一道来。

1,麦弗逊

麦弗逊悬架是当今乘用车最常用最主流的前悬架类型,麦弗逊悬架(MacPhersan Strut)的正式名字,应该叫弹簧减振支柱式独立悬架,因发明人麦弗逊而得名。其最大特点,是基础结构相当简单:一体式弹簧减振支柱(也叫滑柱),加上下方的 A 字形控制臂(下叉臂)。

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之所以下控制臂要做成 A 字形,是因为汽车前轮要负责转向。A 字形的“尖端”与车轮(其实连的是转向节)单点连接,于是前轮转向时,可以绕着“减振器顶点-A 臂与车轮连接点”这根轴线转动(学名叫主销)。

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麦弗逊悬架成本低、占空间小、结构简单,性能表现比较一般。因为汽车前轴需要负担转向功能,前悬架设计时受限更多,一来要照顾前轮转向的角度,二来中间还有个大块头的发动机占地方。麦弗逊悬架最初被发明出来,正是为了横置引擎前轮驱动的家用车,帮助它们进一步缩减成本、节省空间。

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麦弗逊悬架的三个短板:

负外倾角增益特性变化无规律,结果是不利于提高车辆弯道性能;

侧倾中心与重心形成的侧倾力臂难以缩短,结果是抗侧倾能力难提高;

纵倾中心与重心形成的纵倾力臂难以缩短,结果是刹车点头现象难抑制。

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麦弗逊悬架是如今最为常见和主流的汽车前悬架类型,不过也有少数产品将其用作后悬架。多年前,丰田凯美瑞的后轴使用这种悬架结构时,官方给出的名称是“双连杆悬架”。如今的保时捷 718 前、后轴皆为麦弗逊结构,不过其弹簧支柱向内倾斜的角度相当可观,由此获得的负外倾角增益、抗侧倾能力等等,远不是使用前后麦弗逊的轿车、SUV 所能同日而语。所以千万不要看到保时捷用前后麦弗逊就笑嘻嘻,保时捷是保时捷,你是你。


2,E 形多连杆

E 形多连杆算是多连杆世界中的“入门款”了。名字很直白:因其结构为“三横一纵”的四根连杆,从上往下看形似字母 E 而得名。E 形多连杆有时也被称为四连杆。这种后悬架结构,正逐渐在中价位车型中流行开来,取代了不少曾用麦弗逊式后悬架的旧车型。

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E 形多连杆也有两个纵臂,也被称为 control blade。然而不同的是,E 形多连杆有三根彼此交错的横向连杆,车轮位置完全由三横一竖四根连杆来束缚,弹簧减振器只承担垂直方向的力,各司其职。

作为结构较简单、成本较低的一类多连杆悬架,E 形多连杆也有着明显的不足。因为 control blade 向前伸出较长,顶端无法连接到副车架,只能直接连接车身。没有了副车架这层缓冲,振动和噪声会直接传导至车身。另外 control blade 的几何运动轨迹,从车侧面看是一个扇形,后轮上下跳动时,难免会附带一定的前后位移,对于后轮的束缚定位不够精细。


3,梯形多连杆

梯形多连杆也被称为 H 臂多连杆,核心部件是底部一个带有四连接点的 H 臂或称梯形连杆(下图中黄色),除此之外还会有两根单独的横向连杆(一根蓝色,另一根未做颜色标注),再加上一个被称为 integral link 的活动导杆(紫红色)。

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梯形多连杆算是真正可以体现多连杆悬架优势的结构,好用,但是贵。

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梯形多连杆后悬架,在高端豪华车上非常常见。蹲在车尾俯下身,你能在各色奔驰宝马等车底见到它的身影。电动车爱好者也可以一起扬眉吐气,特斯拉 Model S 和 Model X 的后悬架,都是标准的梯形多连杆结构。以后跟人聊起特斯拉,不要只知道一个“空气悬架”就没词了,空气悬架只是说把螺旋弹簧换成了空气弹簧,决定其性能基础的,还是悬架系统的基本结构。

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梯形多连杆悬架中,仅一个 H 臂就可以约束车轮在多个方向上的自由度,纵向与横向空间占用都较小,却能实现比较完美的车轮定位控制。但 H 臂结构需要高刚性,若采用钢制会很重,高端车型有时会动用昂贵的铝材。大尺寸的铸铝中空 H 臂,对于冲击振动有着很好的吸收过滤效果,天然就适合高端车型。


4,五连杆

虽然五连杆是连杆数最多的,却也是最好理解的:任何物体在空间中都有六个自由度(x、y、z 轴,平移与翻滚,3×2=6),车轮要允许上下平移(减振器和弹簧伸缩),于是剩下五个自由度需要限制(前轮则是剩四个),每个连杆可以束缚一个自由度,于是五连杆诞生了。

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五连杆悬架的连杆和衬套更多,调校起来拥有很高的灵活性。使用铝材的五连杆重量可以很轻,轻量化方面的优势,可以帮车企应付越来越严苛的排放法规。近几年,奔驰、宝马、奥迪等厂商几乎无一例外,纷纷从梯形多连杆后悬转向五连杆后悬。连杆在车轮上的五个连接点(称为硬点)间距较大,对于瞬时大扭矩特性的电动机适应能力更好,特斯拉在 Model 3 和 Model Y 上改用了五连杆后悬。


5,双叉臂

双叉臂悬架(double wishbone),它和五连杆有很大相通性。五连杆悬架的五根连杆,上面两根合二为一变成上叉臂,下面两根合二为一变成下叉臂。剩下一根,在后轴上用于束缚后轮角度(束角),假如用在前轴上就作为转向拉杆。双叉臂通常用于前轴,因为轮端的五个硬点合并为两个,形成一条转向轴线(主销)。

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双叉臂式悬挂的上下两个A字形叉臂可以精确的定位前轮的各种参数,前轮转弯时,上下两个叉臂能同时吸收轮胎所受的横向力,加上两叉臂的横向刚度较大,所以转弯的侧倾较小。双叉臂式悬挂通常采用上下不等长叉臂(上短下长),让车轮在上下运动时能自动改变外倾角并且减小轮距变化减小轮胎磨损,并且能自适应路面,轮胎接地面积大,贴地性好。双叉臂式悬挂运动性出色,为法拉利、玛莎拉蒂等超级跑车所运用。


当然,最后还一个中国消费者非常敏感的悬架类型不得不提——“扭力梁”。

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跑到车尾蹲下看看车底,如果有一根显眼的粗壮钢梁连接着左右后轮,就是扭力梁后悬无疑。作为一种结构更加简单的非独立悬架,其在10 万元以下的中低端车型中极为常见,是一种非常普遍的后悬架结构。

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独立和非独立,是指左右车轮之间是否有刚性连接。独立悬架,左右车轮完全分离,各自独立跳动,左侧车轮碾到凸起,不会影响到右侧车轮。非独立悬架反之,左右车轮有物理连接,左侧车轮碾到凸起,会影响到右侧车轮的姿态。所以扭力梁悬架最广为人知的弊端,是左右不分离导致的舒适性天然劣势,也就注定只能用在价格相对较低的车型上。

作者:EV君
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