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麦弗逊及梁式悬架的变异

 依薷书坊 2023-04-06 发布于福建

阅读本篇之前请先阅读第一篇和第二篇关于悬架技术的文章(点击传送到第一篇,点击传送到第二篇),否则理解起来可能会有点困难。首先我们需要再回顾一下麦弗逊式悬架的三脚架结构。

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为了平衡重量、成本、结构,实际的麦弗逊式悬架的主控制臂可能是这样的一个叉臂形式存在的,它和原理图没有差异,只是有了一些弧度,仍然是一个三脚架结构,并且这个三脚架结构可以成为下叉臂式结构。

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如果我们把这个三脚架结构稍作变化,是可以得到几种不同的悬架变种的。

1-强化的麦弗逊式悬架

在传统麦弗逊式悬架的基础上强化控制臂实现的,增加的控制臂通过连接减震器和副车架来强化对车身的控制,其大概的结构如下图,和麦弗逊式的三脚架控制臂不同的地方在于它多了一根杆子。

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那么现实中有没有这种车呢,实际上斯巴鲁家的车子基本都是这种强化的麦弗逊式结构,下图可以看到除了传统麦弗逊式悬架的三脚架结构外(黄色标注),在竖立的减震和副车架之间比普通的麦佛逊多了一根杆子(红色标注),这根杆子也是相当于多了一只胳膊这种情况,这也是斯巴鲁家的车子很多人感觉好开的原因。这个强化麦弗逊要是落在米国人手里,怎么着也要把全宇宙的英文拿出来修饰它。

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实际上上面新添的这个杆子原本的意图是想做成叉臂的,不过弄成叉臂还要再多一根杆子和一个支撑件,相对比较麻烦,为了省事干脆弄一根杆子了事,所以这个强化的麦弗逊可以理解为传统的麦弗逊+上单连杆式的组合结构,但在性能上的确比单纯的麦弗逊要好一些,换个角度看一下。

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再回到麦弗逊悬架的三脚架结构,如果把这个三脚架从中间一分为二,我们会得到麦弗逊式悬架的另外一个变种——两连杆式悬架。

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如果把这掰开的两根捋直,并且保证这两根杆子是平行的,那么就可以叫做平行两连杆式悬架。

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2-两连杆式悬架

两连杆的在改善操控上会比单根杆的效果要好,但整体上来说不如单个叉臂的效果,因为叉臂可以承受多方向的力,因此双连杆结构主要用于对操控要求不高的后悬架上面,这种两连杆的结构用的比较早的是别克的凯越,海马的福美来,Toyota的凯美瑞也是如此,包括与之共底盘的雷克萨斯ES系列也一样,大名鼎鼎的路虎极光和全新指南者也是这种近似的结构,再后来一些天朝品牌也采用了这种结构模式,因为其结构简单,连杆细长而被水军戏称为“筷子悬架“,大意是讽刺它不够结实。

实际上两连杆结构的悬架并不只有两根杆,还有一根牵引杆,不过通常网络水军都不怎么提到它。下图是上一代凯美瑞的两连杆后悬架,红色和绿色所指是两连杆结构,基本处于平行状态,最底下的一根黄色所指的往前伸的牵引杆,学名牵引臂,这种牵引臂顾名思义是为了拽住后边往前跟,但如果它连接在车身上,就会造成车身的震动,因此它最好也是连接在副车架上。

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本质上两连杆结构是麦弗逊式的变种,但还是有所不同,不同的地方在于两点,一是麦弗逊式悬架的叉臂结构可以应对车头转向的多角度力量,所以用作前悬架,而平行两连杆在这个能力上有点差,所以用作跟随性的后悬架;第二点是大凡采用两连杆结构的车子,其连杆的长度感觉总是比麦弗逊的叉子结构要长很多,下面这张图可以看出来(红色区域)。

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对于轿车来说,长连杆的好处是可以使减震器的行程有更大的缓冲空间,进而增加舒适性,对于SUV来说也是一样,但却不是为了求得舒适,而是使悬架能够自由伸展接触更多的地面以获得驱动力,所以这种悬架并非一无是处,对于小型车来说足够用,但对于上一代的庞然大物汉兰达来说(与凯美瑞通平台),这种结构多少就真有“筷子“的嫌疑,所以新汉兰达义无反顾的丢弃了它,我们仍然用一张近似的动态图看看它的实际运行效果。

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3-双横臂式悬架

如果我们把两连杆悬架的两根杆子中的前面一根向上移动,在更高的车身位置来控制车子,而后面那根不动,同时把弹簧和减震器分开(不分开也可以),把弹簧放到下面这根杆上,我们就得到了两连杆式悬架的另外一个变种——双横臂式悬架。

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双横臂式悬架实际上是一种兼顾舒适和并不激烈的操控设计,它的好处是利用相互错位的两根杆兼顾横向和不同高度上的受力,相对双叉臂来说结构上又不会那么复杂。由于结构简单,它还可以调整杆的长度以增加悬架行程,所以这种结构可以兼顾舒适性的同时有限的改善操控或用于越野。

双横臂式悬架结构似乎是本田的最爱,我只在本田的CRV、奥德赛、上一代思域的后悬架上看到过(当然对于拷贝CRV而成功的哈弗H6系列也是),而最新一代的思域已经放弃了这种结构转而使用更为复杂也更为主流的复合多连杆式悬架,下半年上市的新款CRV无疑也会放弃这个结构。下图是上一代思域的后双横臂式悬架实车,红色区域所指为两根横臂,只是上横臂是弯曲设计。

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双横臂式悬架用于越野绝不是什么新闻,比较常见的是富有传奇色彩的米国军队的悍马军车前悬架普遍是这种结构,下图中的红黄两色分别标注了下横臂和上横臂,当然也有悍马的前悬架采用叉臂结构的,这点下面还会说。

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我们把以上介绍的麦弗逊、双叉臂、双横臂、四连杆拿出来对比就会发现,所谓的悬架结构就是一套机械游戏,其中如果只有下叉臂,就是麦弗逊或者单叉臂,如果同时有下叉臂和上叉臂,就是双叉臂,如果把双叉臂掰成四根杆子,就是四连杆,如果把两个叉臂各合成一根杆子,就变成双横臂,到这里,我们就可以对悬架说呵呵了,只不过在技术上远没这么简单,参数的设定需要反复试验找到最优结果。

事实上,只有闲着没事的水军才会严格区分这些种类,工程师的目的是解决问题,而不是被各种所谓的悬架名目限制,如果真是这样,也就不会有那么多的悬架种类创新,之所以会有新名目出现,一是为了的确特别的变种更加容易在同行之间交流沟通,二是出于传播的需要,刻意营造一种特别NB的感觉。在实际的使用过程中,各种悬架出于解决问题的需要可能是混合在一起使用的,实用主义是工程师的价值取向。

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比如上面这款装甲运兵车的后悬架,它是什么类型的呢,这里面混杂了麦弗逊、双叉臂、双横臂的三种结构,主体上是麦弗逊式结构,但为了应对较高的重心,上面又添加了一根横向的杆子变成了实质的双横臂结构,不但简单实用又能适应越野需求,但同时上横臂和下横臂又有两个小型叉臂的存在来应对不同的侧向力,这就是一种聪明的设计,但已经难于严格界定这种悬架的类别。所以一句话,区分悬架类型不是目的,而是从合理性的角度去判断悬架是否具备车子需要的能力。

下面再来说说梁式悬架的变种。由于扭力梁式悬架在原理和实物上差不多,相对的变化也比较少,不外乎换个名称,什么扭力梁式、扭转梁式、拖曳臂式,它就算是叫做大力金刚无敌梁也没什么神奇的,梁式悬架是很普通的设计,连巧妙都算不上,所以看看就可以,能把板车悬架的结构和实效做的很好的是法国车,铺装路面梁式悬架比麦弗逊式悬架的操控反应更直接,它只是没办法很好的解决舒适性的问题和非铺装路面的操控问题。

4-扭力梁+瓦特连杆式悬架

扭力梁+瓦特连杆就是一根扭力梁再加上一根瓦特连杆,这是一个绝对偏门的悬架结构,这个瓦特连杆只是起到一边车辆抬起时往下压的效果,瓦特连杆可以近似的理解为另外加装了一个强化的横向稳定杆,并不是神奇的东西,但是的确可以让车身保持稳定,这个貌似国产车里只有英朗GT在用,因为英朗的原型车来自欧宝,欧宝很喜欢用这个东西,上面说福特的野马也曾经用过的就是这个。下图中红色标注部分就是瓦特连杆。

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瓦特连杆的关键在于中间的铰接部分,它的运动轨迹大概如下。

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表现在实车上就是下图这个样子,可以看到它的主要作用是尽量促进车轮在离地时压住轮胎贴住地面从而保持抓地力,那么我们所说的独立悬架操控的的两个关键一个是抓地力,一个是横向多角度的控制力,瓦特连杆只能解决一个,而对于舒适性而言,瓦特连杆完全没有办法,所以它一点都不神奇。

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5-整体桥式悬架

比较特殊的是使用整体后桥的方式,这种是典型的非独立悬挂,它在本质上是梁式悬架的一种变种,你可以把下图中的红色区域看作一个整体的梁,和扭力梁相比,只是明显的粗壮了很多。

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通常是为了强化车子的四驱能力而增加了差速器,所以明显的特征是后桥中间鼓起了大包,基本上这是专业SUV的设备,因为和四驱技术关系密切,所以我们会在以后的四驱技术里一并说它,这里仅仅说一下它的非主要特征的变化。

采用整体桥式后悬架的车系通常都会要求有较强的越野能力或者承载能力,所以当传统的减震器和弹簧承载能力足够的时候,和通常所见的车差异并不大,也有弹簧和减震器。

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但是当传统的减振和弹簧承载能力不足的时候,就会换成抛物线的钢板弹簧。

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钢板弹簧这玩意其实还是很舒服的,尤其是在连续起伏的山区公路上,不过这并没有什么值得羡慕的,因为钢板弹簧也是皮卡、运货车常用的悬架。有些特殊的改装者为了强化牵引力会对整体桥悬架再加上纵臂。实际上这种上扬的纵臂不但可以充当牵引臂,在紧急制动时还有辅助抑制车辆推头的作用,这也是结构带来的不同效果。

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网络水军关于悬架的一些争论

关于扭力梁适不适合操控,其实网络水军之间有很多争论,经常有人拿有些扭力梁的车说操控性很好,来打那些说扭力梁不适合操控的人的脸,应该说扭力梁适合操控和不适合操控这两种说法都很片面,因为从操控的本质来说,操控就是底盘或者说车轮对车身的多方向的有效控制能力,由于扭力梁与车身几乎是纵向的刚性连接,所以毫无疑问地说,在良好的铺装路面上,扭力梁对操控的反应速度会比某些独立悬挂更快一些,独立悬挂比如麦弗逊天生的是为了舒适性而生,三脚架在传递控制力的时候会有一个过程,这种过程虽然感受不到,但是在高速状态下会被放大。

如果再稍微烂一点的路面上,扭力梁的这种操控就要大打折扣,因为我们说的对横向力量的控制和对轮胎接触地面的控制,扭力梁是先天不足的,而且扭力梁的操控是以损害悬架和车身系统为前提的,除非你肯在这金钱和工艺这两个方面上下十足的功夫,扭力梁的车操控性不错的,除了PSA的几个有限车系外,其他的都不太靠谱,至于欧宝和野马用的扭力梁加瓦特连杆那是另外一个变种。

不要相信悬架在于调教的说法,这么说的一定是个外行,否则也就不会有那么多的悬架变种存在,也不要相信悬架好坏只在于结构和材质的说法,相同的结构和材质也能得到不同的悬架效果,系统的东西通常都是相互影响的,悬架就是一个系统,不是哪一个物件就能决定全部的,但结构、布局、材质,甚至是球头衬套这些最细微的东西的处理,才是影响悬架最终表现的关键,就像一个人,身体强弱是一定的,但你也可以保持适度的紧张来强化身体机能。

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各类汽车媒体的论坛区经常充斥着各色悬架的争论,也经常吐槽“板车”悬架怎么不好,如果你不能通过实际驾驶来判断车辆的真实驾驶状态(由于驾驶者个体的差异,多数的驾驶者都不能真正感受到车的最真实极限状态),通过悬架的外形、结构、材质可以作为一个重要的判断依据,毕竟没有哪个制造商会把复杂的铝合金多连杆悬架弄出屎一样的效果,如果真的是这样的话,工程师自己都会不好意思的!

汽车说白了就是一个复杂的机械电子的复合系统,既然是机械电子设备,就只有愚蠢的、一般的和聪明的三种设计,没有高深莫测的、神奇的设计,任何把汽车上的东西或者某个品牌的东西描绘的很神奇的,不是资质太浅,就是城府太深!

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