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时下,由于三连杆结构已不能满足人们对于底盘操控性能 的更高追求, 只有结构更为精确、 定位更加准确的四连杆式和五连杆式悬架才能称得上是真正的多连杆式, 这两种悬架结构通常分别应用于前轮和后轮。以常运用于后轮的五连杆式悬架为例,五根连杆分别指主控 制臂、前置定位臂、后置定位臂、上臂和下臂(见下图);其中,主控制臂可以起到调整后轮前束的作用, 以提高车辆行驶稳定性,有效降低轮胎的摩擦。
顺便说一下,国产峰填开买芮的后轮两连杆式独立悬架并不属于多连杆式悬架的范畴, 仅仅只是融入了多连杆式悬架理念的麦弗逊悬架。位于上端的支柱减震器与车身相连,下端的 A 臂变成了 两根连杆,在性能表现上两连杆与麦弗逊悬架有许多相似之处,优点在于重量轻、减震响应速度快,但缺 点也非常明显,在刚度、侧面支撑、减震方面都不及真正的多连杆悬架。很好的例子就是因车速过快造成 车辆失控并冲上隔离带,两连杆式后悬架的刚度就会因此而受到考验,同时因为冲上隔离带致使撞击力过 大导致后悬架的两根连杆断裂,于是整个后悬架就有脱落的可能性。
舒适乘坐的基石 汽车悬挂系统之麦弗逊式独立悬架 一直以来,汽车的行驶操控性和舒适性与底盘结构中的悬挂系统息息相关,而悬挂结构的简单与复杂也直接决定着汽车制造成本的高低。麦弗逊式独立悬架是众多悬挂系统中的一种,它以结构简单、成本低廉、舒适性尚可的优点赢得了广泛的市场应用。 在人体构造中,骨头与骨头间往往都由软组织相连接,它能够起缓冲保护骨头的作用,并隔绝多余的振动以免传递到大脑损坏脑细胞。在汽车的组成结构中,悬挂系统的作用正好与人体构造中的软组织相同,悬挂系统就是指由车身与轮胎间的弹性元件、减振器和传力装置三部分构成的整个支撑系统,这三个构成部分各自负责缓冲、减振和受力传递。悬挂系统的具体职责是支撑车身,过滤掉路面多余的抖动,为驾乘人员提供一个平稳舒适的乘坐环境。 发展至今,悬挂系统已形成独立、半独立以及非独立三大类型。在现代轿车中,大都采用独立式悬架,按结构形式不同,独立悬架又可分为横臂式、纵臂式、多连杆式、烛式以及麦弗逊式等。而在众多种类的独立悬架中,麦弗逊式又以结构简单、成本低廉、舒适性尚可的优点而被最为广泛地运用。自发明之日起,麦弗逊式独立悬架一直沿用至今,不过其结构已发展成为如今可以带横向稳定杆甚至副车架的复杂系统。这种悬架之所以能得到广泛的应用,原因就在于它的结构非常紧凑,占用空间不大,并且制造成本也不高。从耳熟能详的微型代步工具奥托到追求速度和操控极限的宝马M3、保时捷911,无一例外地都在前悬采用了这种结构简单、延伸性好的悬挂系统,只是为了适应各自不同的市场定位和产品诉求,在弹簧阻尼系数调校和结构匹配上各自有所不同。 A0级别的欧宝可赛和A级的福克斯都是装备的前麦弗逊式独立悬架,结构简单、成本低廉、并且操控也不俗 麦弗逊式独立悬架最早诞生于1930年,由美国人麦弗逊(Mcpherson)发明。从小喜欢机械的他大学毕业后一直在欧洲从事航空发动机制造,1924年转行进入美国通用汽车公司工程中心。进入通用后不久,通用方面拟定用雪佛兰品牌生产一款总质量在900kg以内,注重行驶舒适性的小车。担纲总设计的麦弗逊为了满足通用苛刻的开发要求,一改当时技术含量并不高的板簧与扭杆弹簧组合的前悬形式,创造性地将减振器和螺旋弹簧套在一起有效提高了舒适性。随后,实践证明这种结构简单且占用空间小,悬架结构在操控性和舒适性上都有所提高。遗憾的是,通用未能量产这款小车。1950年麦弗逊跳槽到福特,世界上第一辆装配麦弗逊式独立悬架的商品车就诞生在了福特英国公司。 要说麦弗逊式独立悬架在结构上有多简单,从构成部件来看,它仅仅由两大部分构成:支柱式减震器(简称:滑柱)和A字型下托臂。与复杂的多连杆式以及占用空间的横臂式相比,麦弗逊式独立悬架在结构上已经作了最大化精简,并且经过半个多世纪的检验,其结构充分可靠。麦弗逊式独立悬架的物理结构为支柱式减震器兼作主销,承受来自于车身抖动和地面冲击的上下预应力,转向节(也可说车轮,因为转向节作用于车轮)则沿着主销转动;此外,其主销可摆动,特点是主销位置和前轮定位角随车轮的上下跳动而变化,且前轮定位变化小,拥有良好的行驶稳定性。在麦弗逊式独立悬架中,支柱式减震器除具备减震效果外,还要担负起支撑车身的作用,所以它的结构必须紧凑且刚度足够,并且套上螺旋弹簧后还要能减震,而弹簧与减震器一起,构成了一个可以上下运动的滑柱。 在麦弗逊悬架结构中,还有一个关键部件---A字型下托臂,它的作用是为车轮提供横向支撑力,并能承受来自前后方向的预应力。车辆在运动过程中,车轮所承受的所有方向的冲击力量就要靠支柱减震器和A字型下托臂这两个部件承担,而这两个部件的高强度和轻质量也就成为当下最前卫的设计思路,于是就有厂商用空气减震取代传统的液压减震,不过由于成本高昂而难以形成气候。推广不了成本与舒适性成正比的空气减震,还是继续使用液压的吧,不过由减震器和A字型下托臂构成的L型麦弗逊悬架还是能为时下流行的小车装大排量发动机预留充足的空间。根据以上所述麦弗逊悬架的独特构造,再看看时髦的香港人多年前发明的:麦花臣支柱式独立悬架,理解起来是不是更直观,也更形象! 实际上富康(ZX)的换代车型就是赛纳(XSARA),所以他们在前悬结构上有诸多的相似之处;后悬也同样为纵臂扭力梁带随动转向功能 麦弗逊式独立悬架的结构就是这么简单,两部分组成:支柱式减震器和A字型下托臂 虽然麦弗逊式独立悬架的优点众多,但这并不能掩盖它本身的瑕疵。当装备有麦弗逊式独立悬架的车辆行驶在不平路面时,车轮很容易随路面不平发生自动扭转,令驾驶员难于控制,所以驾驶员须时刻用手握紧方向盘;而当车辆行驶速度过快车轮受到剧烈冲击时,支柱减震器又容易因为受力过猛而导致弯曲,危及车辆在行驶中的安全。此外,麦弗逊式独立悬架的抗侧倾和抑制制动点头的能力较差,虽然能通过增加稳定杆、防倾杆,以及增加弹簧圈数和阻尼系数对其进行改善,但问题无法从根本上解决,主要原因还是由于机械结构简单造成刚度和耐用性不高。正因为如此,麦弗逊悬架的减震器需根据使用公里数定期更换。 得益于各个厂商的设计师不断地对麦弗逊式独立悬架进行改进,才使它有今天的辉煌成就。许多厂商通过对麦弗逊悬架加装横向稳定杆,扩充其运动特性,同时使左右悬挂的下托臂或支柱减震器相连,增强悬挂系统的整体性。这主要是因为麦弗逊悬架靠支柱减震器和A字型下托臂来承受强大的车轮冲击力,容易发生几何变形,而这种结构变形体现到驾驶感受上就是驾驶者会明显感到车身侧倾加剧,稳定性较差,于是上述办法就是最好的解决方案。而当左右悬挂都处于跳动状态时,两侧的悬挂各自运动,稳定杆不发生扭转;当车辆转弯时,内侧悬挂承受的力量较大,车身会发生一定侧倾,而此时由于内侧悬挂被压缩,外侧悬挂舒张,加装的横向稳定杆就会发生扭转,产生一定的弹力阻止车辆侧倾,从而提高了车辆的行驶稳定性。如果能在其结构中再增加诸如纵向支撑杆等部件,则能同时达到提高悬挂纵向刚度的目的。其实增加悬架辅助零件的好处很好理解,好比我们使用电脑,不断地更新配置就是为了使电脑的兼容性和处理能力更强大。 其实,对比其他类型的独立悬架,麦弗逊式的优势还是相当明显的。与烛式悬架相比,麦弗逊式悬架的车轮沿主销转动,并且主销是可以摆动的,能提高操控稳定性;与双横臂式悬架相比,麦弗逊式悬架又具备结构紧凑、车轮跳动时前轮定位参数变化小等特点,加上没有上横臂,给发动机及转向机构的布置带来了方便。所以,麦弗逊式悬架多应用在中小型轿车的前悬架上,像我们所熟悉的雪佛兰SPARK、奇瑞A1、雪铁龙毕加索、宝马Z4、马自达6乃至行政级别的奔驰E级和别克林荫大道都装配这种悬架。 综合起来看,麦弗逊悬挂虽然在稳定性、刚度以及耐用度方面逊色于结构更为复杂的多连杆和双横臂式,但它的技术含量和成本都不高,适应范围很强,而且改装提升空间也很大。麦弗逊式独立悬架被誉为汽车结构中经典的设计,想必再效力半个世纪,也不是不可能的事!
常见的悬挂有麦弗逊式悬挂、双叉臂式悬挂、多连杆悬挂等等,它们的结构是怎样的?对汽车操控性能又有着怎样的影响?下面我们一起来了解下吧。 ● 悬挂的作用 汽车悬挂是连接车轮与车身的机构,对车身起支撑和减振的作用。主要是传递作用在车轮和车架之间的力,并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力,衰减由此引起的震动,以保证汽车能平顺地行驶。 典型的悬挂系统结构主要包括弹性元件、导向机构以及减震器等部分。弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式,而现代轿车悬挂系统多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧,个别高级轿车则使用空气弹簧。 ● 独立悬挂和非独立悬挂的区别 汽车悬挂可以按多种形式来划分,总体上主要分为两大类,独立悬挂和非独立悬挂。那怎么来区分独立悬挂和非独立悬挂呢? 独立悬挂可以简单理解为,左右两个车轮间没有硬轴进行刚性连接,一侧车轮的悬挂部件全部都只与车身相连。而非独立悬挂两个车轮间不是相互独立的,之间有硬轴进行刚性连接。 从结构上看,独立悬挂由于两个车轮间没有干涉,可以有更好的舒适性和操控性。而非独立悬挂两个车轮间有硬性连接物,会发生相互干涉,但其结构简单,有更好的刚性和通过性。 ● 麦弗逊式悬挂 麦弗逊悬挂是最为常见的一种悬挂,主要有A型叉臂和减振机构组成。叉臂与车轮相连,主要承受车轮下端的横向力和纵向力。减振机构的上部与车身相连,下部与叉臂相连,承担减振和支持车身的任务,同时还要承受车轮上端的横向力。 麦弗逊的设计特点是结构简单,悬挂重量轻和占用空间小,响应速度和回弹速度就会越快,所以悬挂的减震能力也相对较强。然而麦弗逊结构结构简单、质量轻,那么抗侧倾和制动点头能力弱,稳定性较差。目前麦弗逊悬挂多用于家用轿车的前悬挂。 ● 双叉臂式悬挂 双叉臂式悬挂(双A臂、双横臂式悬挂),其结构可以理解为在麦弗逊式悬挂基础上多加一支叉臂。车轮上部叉臂,与车身相连,车轮的横向力和纵向力都是由叉臂承受,而这时的减振机构只负责支撑车体和减振的任务。 由于车轮的横向力和纵向力都由两组叉臂来承受,双叉臂式悬挂的强度和耐冲击力比麦弗逊式悬挂要强很多,而且在车辆转弯时能很好的抑制侧倾和制动点头等问题。 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。由于双叉臂式悬挂比麦佛逊式悬挂双叉臂多了一个上摇臂,需要占用较大的空间,而且定位参数较难确定,因此小型轿车的前桥出于空间和成本考虑较少采用此种悬挂。 ● 多连杆悬挂 多连杆悬挂,就是通过各种连杆配置把车轮与车身相连的一套悬挂机构,其连杆数比普通的悬挂要多一些,一般把连杆数为三或以上的悬挂称为多连杆悬挂。目前主流的连杆数为4或5根连杆。前悬挂一般为3连杆或4连杆式独立悬挂后悬挂则一般为4连杆或5连杆式后悬挂。 多连杆悬挂通过对连接运动点的约束角度设计使得悬挂在压缩时能主动调整车轮定位,使得车轮与地面尽可能保持垂直、贴地性,具有非常出色的操控性。多连杆悬挂能最大限度的发挥轮胎抓地力从而提高整车的操控极限,是所有悬挂设计中最好的,不过结构复杂,制造成本也高。一般中小型轿车车出于成本和空间考虑很少使用这种悬挂。 ● 空气悬挂 空气悬挂是指采用空气减振器的悬挂,主要是通过空气泵来调整空气减振器的空气量和压力,可改变空气减振器的硬度和弹性系数。通过调节泵入的空气量,可以调节空气减振器的行程和长度,可以实现底盘的升高或降低。 空气悬挂相对于传统的钢制悬挂系统来说,具有很多优势。如车辆高速行驶时,悬挂可以变硬,以提高车身稳定性而低速或颠簸路面行驶时,悬挂可以变软来提高舒适性。 倒车时需要注意的盲区 无论是三厢轿车还是两厢SUV,在倒车时都有几大盲区: 1、盲区:车头 因为倒车时车头所划过的区域要比车身占用的面积大很多,所以在注意车后的同时也不要忽略了对左右两端车头的观察,特别是此时走过车前的行人。 2、盲区:近车侧面的区域 贴近车两侧的区域是看不到的,而且打方向时,前轮的轨迹是弧线,并与后轮存在轮差,所以在倒车时可能会发生剐蹭。 3、盲区:后风挡以下部分 在没有安装辅助设备的情况下,这个区域在倒车时是完全看不见的相反,如果有倒车雷达,当遇到一些低矮障碍物时倒车雷达也不能保证完全判断正确。 4、盲区:车身右侧靠后的区域 这是距离驾驶员最远的区域,也是观察最困难的区域,因为经常会被C柱挡住(外形越流线的车这个盲区越严重)且处于车辆后部,所以稍有不慎就会造成碰撞。 安全倒车的方法 如果打算倒车,那么在上车前要绕车一周,除检查车况外,就是看看周围有无障碍物躲在盲区里。不管车后视镜有多大,不管倒车雷达有多少个,也不管倒车影像范围有多广,自己亲身观察来得稳妥。尤其是大型的越野SUV车型,更要养成这一习惯。 不少人喜欢将汽车座椅调成半躺式,认为这样舒服,但这样的姿势会大幅降低前方视野,所以倒车时要保证座椅处于合理位置。正确做法是将坐姿抬高,能看到发动机盖的前方边沿,靠背呈合理的角度,不能太斜,但也不必太直。 座椅调整完毕后,要调整后视镜。另外,通过后视镜进行观察、倒车时,不要回过头去,比较容易兼顾车头的动态,不容易发生车头剐蹭障碍物的情况。 点亮大灯或是刹车灯对判断与障碍物的距离有帮助,通常在被照物上留下的光斑越小说明车辆距离障碍物越近。 停放时与旁边的车辆保持一致的方向能降低车辆被碰坏的几率。如果地方局促,车两边都有障碍物(如停有车),往左后倒时,尽可能让车身贴左,反之贴右,这样可以提前打把转向,缩短倒车距离。 倒车时车速切记要缓慢,以防突发情况。同时,不要原地打轮,这样不但损车,而且此时的方向助力也变得很沉。 ● 扭转梁式悬挂 扭转梁式悬挂的结构中,两个车轮之间没有硬轴直接相连,而是通过一根扭转梁进行连接,扭转梁可以在一定范围内扭转。但如果一个车轮遇到非平整路面时,之间的扭转梁仍然会对另一侧车轮产生一定的干涉的,严格上说,扭转梁式悬挂属于半独立式悬挂。 扭力梁式悬挂相对于独立式悬挂来说舒适性要差一些,不过结构简单可靠,也不占空间,而且维修费用也比独立悬挂低,所以扭力梁悬挂多用在小型车和紧凑型车的后桥上。 ● 稳定杆的作用 稳定杆也叫平衡杆,主要是防止车身侧倾,保持车身平衡。稳定杆的两端分别固定在左右悬架上,当汽车转弯时,外侧悬挂会压向稳定杆,稳定杆发生弯曲,由于变形产生的弹力可防止车轮抬起,从而使车身尽量保持平衡。 ● 弹簧和减震器 在悬挂的减振机构中,除了减振器还会有根弹簧。有了减振器为什么还要弹簧呢?其实需要它们的合作,才能完成减振的任务。 当车辆行驶在不平路面时,弹簧受到地面冲击后发生形变,而弹簧需要恢复原型会出现来回震动的现象,这样显然会影响汽车的操控性和舒适性。而减振器起到对弹簧起到阻尼的作用,抑制弹簧来回摆动。这样在汽车通过不平路段时,才不至于不停的颤动。
问题:
非独立悬架是否一定比独立悬架差?
这是个很有意思的问题,因为扭力梁悬架装备于太多汽车,车辆用户普遍不能够承认这种结构不好;然而不论主观上是否能接受,客观上扭力梁确实是比较差的选项。
扭力梁悬架严格意义上属于非独立结构,但也有些用户将其定位「半独立悬架」;因为中间的梁体是可以小幅度扭转变形的,也就是在单侧车轮运动的过程中,首先要扭转梁体、达到扭转极限后才会影响另一侧的车轮角度,然而这也只是相当不是那么差的标准而已。
【相互牵制】是扭力梁悬架的核心缺点,梁体的扭转极限各不相同,不过大部分的极限都非常低;也就是说单侧车轮的起伏,还是会直接通过梁体作用于对称车轮。
此时的扭力梁就像是一根撬棒,起伏车轮是作用力,撬棒的长度是杠杆原理中的“力臂”,对称位置的车轮就是支点。那么抬起车身使其侧倾也就是必然的结果了,侧倾程度的大小一定程度取决于螺旋弹簧或钢板弹簧的压缩行程,整体运动状态大致如下图所示。
独立悬架类型众多,比如:
多连杆
双横臂
双叉臂
五连杆
梯形连杆等
区分类型的基础是连杆摇臂的特点和数量,体验的差异主要是横向支撑性的强弱,对车轮角度的控制程度,以及是否能实现随动转型等等。
但不论是那种类型的独立悬架,固定的方式都是每个车辆的硬件,就近与车辆底盘的进行刚性固定。
也就是说单个车轮的起伏动作,首要要作用于减振弹簧和悬架,其次作用于车身,超过极限后才会车身整体侧倾。所以独立悬架对于车身姿态的控制水平更高,当然也有减振系统与悬架支撑性的影响,只是在风格与调校技术水平相当的前提下——独立悬架100%优于扭力梁,哪怕是最低等级的双连杆。
【整体桥式非独立悬架】比较特殊,这种桥的特点首选是集成驱动系统,内部的牙包与半轴可以将变速箱输入的动力一分为二传递到两侧车轮。不过整体桥是不能扭转的,理论上是比扭力梁还不如的结构。
但是扭力梁一般是前置前驱汽车使用,但是整体桥必然是前置后驱,或者前置四驱的越野车、客车或货车使用;不同的驱动系统与不同的车型,决定了整体桥有绝对的结构优势,参考下图。
整体桥的亮点刚度很高,说白了就是较大程度的冲击不容易断裂,而扭力梁如承受较大的冲击,或者长期在起伏路面驾驶则容易断裂;硬派SUV和越野车的后桥普遍为整体桥,专业越野车或大型皮卡还有前后整体桥的选项,为了越野只能接受略差一些的公路驾驶感受。
其次整体桥的结构强度高则载重能力强,在评价货车的时候总会谈「前后桥最大载荷」,标准都是按照吨来计算的;普通的微型卡车也有前桥≤1.3吨左右,后桥≤2吨的极限载重能力,然而扭力梁没有这种水平。所以载货汽车或中大型客车都用整体桥,乘用车型大多为≤10万级别的车辆使用扭力梁,两种非独立悬架的制造成本是完全不同的。
总结:扭力梁悬架的真正价值是降低整车的制造成本,优点只能说是可以让汽车便宜一些;但是已经有一些定价在5/8万区间,使用多连杆或双横臂结构的优秀汽车,那么扭力梁悬架则应当下探匹配车辆的产品定位。
整体桥悬架只是对基础结构的定义,在其基础上同样可以加装3/5连杆,或者使用瓦特连杆;这两种结构可以有效控制车轮的动态角度,所以只要舍得下本,这些越野车型也是可以有良好驾驶感受的——再次说明扭力梁的尴尬定位。
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