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新出行百科 | 这也分高低贵贱?浅显易懂了解悬架系统
新出行原创 · 百科

悬架作为底盘的一部分,对于普通消费者而言往往只可意会不可言传,很多人只能依靠“悬架结构”来判断车辆底盘运动性能的优劣。

麦弗逊是低端货上不了场面,豪车用麦弗逊就是不厚道的表现,麦弗逊就一定逊于双叉臂...... 

事实并非如此,悬架的结构其实并没有优劣之分,只有适合或不适合。

那么今天我们就来简单科普一下关于汽车悬架的一些基础知识,让大家更好的了解关于悬架方面的区别以及其之间的差异。

一、悬架的概念以及主要核心

汽车为什么要配备悬架?车轮为什么不能直接固定在车身上?

相信大家对于板车或者架车多少有些印象,这种车辆就是把车轮直接固定在硬桥上,载人或者载物都会非常的颠簸。因为路面不平所传来的冲击力直接作用在了车身上面。

而解决其的办法就是悬架系统,让车轮和车身之间有个缓冲,来吸收由不平路面传给车身的冲击载荷以及衰减由此引起的振动,以保证车辆能平稳地行驶。 

因此悬架系统就成为了连接车辆车身与轮胎的重要组成部分,专业术语上被称为车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总成。

那么悬架结构大致可分为三个核心部件:向机构(结构部分)、弹性元件(弹簧)以及减震器

导向机构(结构部分):这其实就是我们平常提到的麦弗逊、双叉臂、五连杆这些等等总称,它们就是通过不同的导向机构,包括各种连杆、控制臂来组合而成。

它们负责引导车轮按照正确轨迹上下移动,同时也决定了车轮与车身之间的相对位置和角度,这对于车辆的操控稳定性非常重要。

弹性元件(弹簧): 弹性元件是悬架系统中最直观的部分,它的作用就像蹦床,能够吸收路面不平带来的冲击力,让车轮在上下跳动时有所缓冲。比如我们熟知的螺旋弹簧、空气弹簧等都属于弹性元件这一类与悬架是否为“独立悬架”无关

减震器(避震筒): 紧挨着弹簧的就是减震器,它的工作原理类似于一个有阻力的活塞。当弹簧压缩或伸展时,减震器会限制弹簧的快速弹跳,避免车辆持续震动,让乘坐感受更加平稳。 

简单来说,就是路面与车轮产生力的时候,弹性元件(弹簧)会率先吸收路面不平带来的冲击力,而此时如果没有减震器的话,那么弹性元件(弹簧)会不断振动下去直至能量被缓慢分散,这样一来车辆就会一直上下振动个不停。

所以说弹性元件(弹簧)负责刚度,是储能装置减振器负责阻尼,是耗能装置,两者不可混为一谈。

二、独立式?非独立式?

简单讲完悬架的组要核心部分之后,我们就来看下悬架的各种类型,也就是不同的导向机构(结构部分)。

根据导向机构的不同,大类可以分为独立式悬架和非独立式悬架。消费者一般认为独立悬架更高级,这是对的也是错的,准确来说是“独立悬架的下限和上限会更高”。 

先简单理解下非独立悬挂与独立悬挂的区别:

独立悬挂:即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,相互独立、互不影响。

非独立悬挂系统:即两个车轮间有硬轴进行刚性连接,两轮并不是相互独立的,会相互影响。

通俗来讲,独立悬架和非独立悬架的最大区别就是, 当一侧车轮遇到突起的路面,独立悬架只有遇到突起路面的车轮会跳动,另一侧的车轮不受影响。而非独立悬架遇到突起的那一侧车轮会带动另一侧车轮跳动,并且另一侧的车轮接触面也随之改变。

所以这两种悬架对车辆影响最大的因素其实就是舒适性与操控性。理论上说,左右两边车轮影响越小,舒适性和操控也就越好。 

不过,非独立悬架也并非一无是处。首先就是制造成本低,结构简单,占用空间较小,在一定成本下能够更利于车内空间的利用。

其次就是承载、抗扭能力强,在某些情况下,如载货车辆、硬派越野车型会更加适合非独立式悬架,毕竟它们更注重承载能力以及抗扭能力(防止断轴)而非操控性。

三、独立式悬架也有鄙视链?

从上面的介绍来看,看似简单但实际参数的确定却相当的复杂。毕竟厂家不但要考虑车辆的舒适性,操控稳定性还要考虑到成本问题。

因此针对不同的悬架大类也延伸出了更细分的悬架系统,比如我们常见的几种悬架:麦弗逊式独立悬挂、双叉臂式独立悬、多连杆式独立悬挂、扭力梁式半独立悬架等等,下面就让我们来一一介绍一下。

独立式悬架-麦弗逊

麦弗逊悬架可谓家喻户晓,毕竟目前在售的车型绝大部分的前悬挂都用的是麦弗逊,上到保时捷 911,下到五菱宏光 MINIEV。

首先麦弗逊悬架的结构比较简单,大致上就是由螺旋弹簧、减震器以及一个下支撑的 A 型控制臂组成。通常厂家在此基础上还会加上一个横向稳定杆进行加强。

它最大的优点就是占用空间小,因为只有下横臂的设计,所以给前舱腾出了更多的可用空间。在燃油时代就是腾出更多地方摆放横置发动机与变速箱;在如今新能源时代也是如此,可以让其摆放更大的电机,或者是混动系统。

但是缺点也比较明显,由于麦弗逊式只有一个下横臂进行支撑,而减震器和螺旋弹簧都是只能针对车辆上下摆动而缓冲,故在较快速度过弯时,侧向的支撑上会不足导致侧倾明显,同时面对颠簸路面时,车轮外倾角也会较大。

面对颠簸路段时(车轮跳动)车轮外倾角会略大

因此市面上对于此也是有很多争论,因为结构简单,被套上“高端车用麦弗逊就是不厚道”等等言论。

我们拿一张麦弗逊独立悬架和双叉臂独立悬架的图做对比看一下,可见麦弗逊约等于少了一个上控制臂,横向支撑性肯定不如双叉臂的双 A 臂好,但这就代表麦弗逊很次吗?

事实上并不能这么说,麦弗逊看似结构简单,但实际驾驶起来你也不会觉得市面上所采用麦弗逊的家用车型在转向时支撑性上明显不足吧?

所以说,麦弗逊独立式悬架更多的是一个低成本高回报的理性方案。它可以在每一个科目上给你考到 70-80 分,但你想让他有哪个地方特别出众,这可能会比较困难。

当然,话也不能说那么死,毕竟保时捷 911 也采用的是麦弗逊独立式悬架。虽然保时捷 911 选择麦弗逊独立式悬架的绝大部分原因是因为空间,但也不影响保时捷 911 被冠上了“操控神车”的名号。

不过,此麦弗逊非彼麦弗逊,许多厂家为了避免麦弗逊的一些缺点,都对麦弗逊式独立悬架做出改良或者是“变体”。

保时捷也是如此,在麦弗逊悬架的关键部位,比如轴承座、下控制臂以及转向拉杆都用高强度但轻量化的铝制材料打造,同时将 A 型下控制臂做成了分离式设计,让工程师在调校时提供更大的空间。

所以说,一套好的麦弗逊独立悬架,成本也能非常昂贵。

独立式悬架-双叉臂

双叉臂式独立悬架其实可以理解为,在麦弗逊式独立悬架的基础上,在悬架的上部增加了 1 个 A 型控制臂,上面也有介绍到。

这 2 种类型的悬架工作原理基本相同, 只不过是在结构设计上有了一些变化。但就是这不同之处,让两者的制造成本、数据参数和使用范围发生了巨大的变化。

双横臂式独立悬架的 2 个控制臂的长度可以相等,也可以不相等。

目前市面上常见的双横臂式独立悬架更多采用的是上短下长式的控制摆臂,其最大的优点是可以保证车辆在颠簸路面行驶时,车轮外倾角以及轮距的变化都不太大,同时还可以很好地解决麦弗逊式独立悬架横向支撑力不足的问题。

因为上 A 字形控制臂的加入,让原本单一支点的悬架变成了双支点,这样可以更好地提供横向支撑力以提升车辆的操作稳定性。

双叉臂:面对颠簸路段时(车轮跳动)车轮外倾角更小
麦弗逊:面对颠簸路段时(车轮跳动)车轮外倾角更大

不过,相比麦弗逊式悬挂双叉臂多了一个上摇臂,相对在空间上会占用较大,而且其定位参数较难确定,也比较考验厂家对于其的调校能力。

但其具有侧倾小,可调参数多、横向支撑更好、抓地性能优异等优点,因此绝大部分的性能车型都会选用双叉臂式独立悬挂。

独立式悬架-多连杆

多连杆独立悬架其实会有很多种,可分为多连杆前悬挂和多连杆后悬挂系统,能够提供多个方向的控制力。

按数字来分类比较好理解,前悬挂一般为三连杆或四连杆式独立悬挂;后悬挂则一般为四连杆或五连杆式后悬挂系统(也有三连杆),其中五连杆式后悬挂应用较为广泛。

其实双叉臂也算是多连杆的一类,只是把明显 A 臂特征结构的悬架独立出来,所以多连杆悬架的定义其实比较模糊。

先说说三连杆,比亚迪被人诟病的筷子悬架就是这个三连杆。其实本质上三连杆就是麦弗逊悬挂的“后置形式”,由于后桥悬挂需要考虑的事情很多,包括车辆后桥的空间,是否侵占到后备箱空间等等。

所以说,标准形式麦弗逊(粗壮的 A 型控制臂)直接塞入后悬挂其实是很困难,因此就将麦弗逊的 A 型控制臂拆分成两个横向摆臂,再搭配一根纵向的拉杆就组成了这个“后桥麦弗逊”,也就被江湖赐名的筷子悬架。

虽然说是筷子,但不代表其脆弱,三连杆的结构强度是足够稳定的,也没有说比亚迪出现许多悬架问题的案例吧。 

但在用料上的确是为了成本省了许多,这一点是没得洗的。而在操控上像过弯抑制侧倾等等方面也会略显不足,连杆少,相对可调参数也少,在调校上限也就不如四连杆和五连杆了。

接着往下讲,四连杆和五连杆结构就比较类似了,我们就以应用最广的五连杆来介绍。

五连杆后悬挂系统包含 5 条连杆,分别为 4 根控制臂以及 1 根牵引臂(四连杆就是五连杆少了一根横向控制臂)。

值得注意的是,为了减少对车内空间的侵占(集成式的支柱一般直径较大)以及提高调节性,大多数后悬架的弹簧和减振器都采用分离式的布局( 分离式的弹簧基本上都可以布置在地板以下空间,只有减震器占用少量车宽)。

讲到五连杆,就要补充一个概念:“自由度”。在我们的三维空间,也就是 X/Y/Z 三轴坐标当中,任何一个物体的运动无非就是 6 个自由度:三个坐标轴的移动以及旋转,就有点类似于魔方的构造。

说到自由度,又要引入一个新概念:“约束”,也可以理解为限制,多一个约束,就会少一个自由度。

就例如下图这个活塞,本身在无“约束”的情况下有 6 个自由度,可以随意上下左右移动旋转。但把它放入气缸内后,它就只能进行下上的运动,也就是这个气缸约束了其 5 个自由度。

将这个理论带入悬架与车轮,其实也是同理。工程师设计悬架的缘由就是只希望保留下轮胎的 1 个自由度,那就是上下跳动,来缓冲路面冲击,去除前后移动、左右摇摆这些不利因素。

因此,悬架系统的实质就是“让车轮只有 1 个自由度”的约束装置,车轮的实际运动轨迹越接近理想轨迹的悬架,就是好悬架。

从理论的角度来说,有 1 根连杆与车身相连时,能使车轮不能横向移动,约束了 1 个自由度;再增加 1 个连杆,能使车轮不左右摆动,又约束了 1 个自由度。以此类推,只要设计得当,每根连杆都可以消灭 1 个自由度。

所以,以这个理论来说,只需要 5 根连杆就可以实现“只剩 1 个自由度”的约束目标,这就是五连杆悬架的设计本质。只要确定好每根连杆的参数,再搭配好的悬架组件就能做到舒适或者运动的完美表现。

也因此如,市面上就没有六、七、八连杆的出现,一是没有必要,二是成本增加,三是调校难度几何上升。

而以上这些也让五连杆悬架有着较大的优点:调校上限高、自由度高,可以实现对车轮精准的导向,对于车轮倾角、束角的控制更加全面;对于纵向冲击的优化也更好,舒适度也更好。 

缺点的话,其实更多取决于厂家而不是它结构本身。由于杆系过多,在达到相应的性能前,需要综合考虑每个连杆参数,最终达到各种性能的平衡,因此它的设计成本与调校成本都非常的高。

如果调校不当的话,可能五连杆的舒适程度还不如一些麦弗逊或者非独立式悬架。

半独立式悬架-扭力梁

扭力梁式半独立悬架也是目前市场当中应用最广的一个悬架之一了,其早在 20 世纪 70 年代被发明出来,并一直沿用至今,主要应用在一些中低端车型的后悬架结构上。

扭力梁的结构也非常简单,主要由减振器、螺旋弹簧和扭力梁组成,几乎一眼就能看完。因此很多人对于扭力梁也有些偏见,认为它与板悬差不多,就是一个廉价的非独立式的悬架。

但事实上并非如此,扭力梁的横梁在受力时其实是会发生扭转形变的,当某一侧的车轮在受到外力时会将力传导至横梁,横梁利用自身的扭转形变消除力对另一侧车轮的影响。 

也就是说扭力梁是具备消除左右轮相互干扰的能力,与非独立悬挂还是存在本质上的不同,因此也被称为半独立是悬架。

不过,利用横梁自身的扭转形变来消除冲击必然是有上限的。如果是车辆自重大、行驶速度高,那么过大的载荷会很容易突破扭力梁的“约束”,毕竟在对自由度的物理性能上是不如真正的独立式悬架的。

所以,扭力梁在优缺点上会比较明显,优点就是结构简单、省空间、制造成本低,有利于降低整车的成本。同时,悬架强度高、耐久性好、重量轻,相对能够给厂家提供一个较高性价比的方案。

缺点就是因为结构的原因,在大幅度活动时两侧车轮依旧会相互影响,在舒适度、操控性、调校上限等方面都不如独立式悬架那么高。

不过,我也一直强调,悬架只是决定了物理性能的上下限,调校才是决定好坏的关键。第七代高尔夫用得是扭力梁,但没人说它不好开吧?雪铁龙也坚持使用扭力梁,但它也被称为“底盘大师”......

所以,悬架就像车手和赛车一样,只有好的工程师与之配合,才能发挥出其最大的水平。

作者结语 ... /

悬架的选择关乎到车辆性能和乘坐舒适度的关键因素。从扭力梁到麦弗逊,从多连杆到双叉臂,每种悬架都有它的适用场景和特定优势。归根结底,还是回归到开头那句话,悬架并没有优劣之分,只有适合或不适合。 希望通过本篇文章让大家对于悬架有一定的了解,更好地选择适合自己的悬架类型,并不是以偏见的眼光去看待车型。

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