目前更新至双叉臂
一,麦弗逊
麦弗逊悬架的优缺点,
1. 传统麦弗逊
优点:
省空间:侵占横向的空间十分小,非常好布置,舱体内可以省下大量空间,适合紧凑型车型;
成本低:下摆臂可钢质冲压,弹簧减震器一体,衬套就下摆臂内侧两个,转向节体积小,紧固件少,省钱代表作可参见PSA的麦弗逊;
杠杆比高:由于减震器下端接转向节上,天生杠杆比就大,轻松做到0.9,意味着减震器、弹簧、稳定杆“效率”都高;
缺点:
轮外倾特性差:K特性(Kinematics,下同),内外侧的轮外倾角(Camber,下同)在侧倾大的情况下不好,即轮胎与地面接触不好,可以通过别的手段弥补外侧车轮,但会恶化内侧车轮的接地性能和轮载;
扭矩差效应大:K特性,Spindle Length偏高,若传动轴不等长会主动地或被动地产生轮扭力差,此扭力差造成的Z轴力矩传到转向拉杆,会导致额外的方向盘力矩,影响驾驶。对大马力大扭矩车而言十分不友好,甚至一些小马力车1档,2档也比较明显,而现今部分新能源车电机扭矩那么大,传动轴也不等长,依旧使用传统麦弗逊,体验肯定不佳。这也是福特发明Revoknuckle的初衷,本田跟着搞Dual-Axis的缘由,本质是一个东西;
下摆臂力与力矩耦合复杂:K&C特性,内侧两个衬套需要同时受来自X、Y向上的力,X、Z向上的力矩,在调校匹配的时候两个衬套对操稳性能和舒适性能的灵敏度都很高,不可兼得,一般挂在副车架横梁附近的衬套对操稳影响更大。这两个衬套,软了就来哗啦啦的余振,但是冲击力小,圆度好;硬了柔度低,更精确,操稳佳,余振小,但冲击大,圆度差;
抗点头有限:K特性,抗点头(Anti-dive,下同)因其余性能其实会受限,大多整个下摆臂都是接近与地面平行,后摆臂内点不能拉得比较高,减速时的俯角相对比较明显,要减少俯角只能加强弹簧刚度,但舒适性差;
转向不足:一般第四象限(左视图)布转向拉杆外点,加上内侧车身抬高量大,内外侧车轮的轮外倾和轮载并不是很好,以上几点结合,导致传统麦弗逊悬架,会很容易调成车子快到极限前,转向不足度和转向不足梯度突然加大的情况,尽管某种意义上说稳定性更好 : ) 。标致通过扭力梁的衬套改后轴推力角来改善,现在的OEM通过后轴多连杆来弥补,具体性能变化可参见Civic FK2 / FK8的性能差异,在FK8通过使用后多连杆,大幅度改善了车辆的操稳表现;
弯矩和摩擦:减震器下端布在转向节上端,会受到一个弯矩,会加剧摩擦,需要用C型簧(测偏力弹簧,下同)减小这个弯矩;
白车身塔顶端受横向力大:需要C型簧或者加强梁来减小白车身形变,重视操稳的OEM就带,比如宝马基本都有加强梁。
2. 先进麦弗逊 I
Figure.1 RevoKnuckle 和传统麦弗逊的比较
Figure.2 Dual-Axis图
优点:省空间,杠杆比高,设计简单,好布置,并且
扭矩差效应小:此麦弗逊降低了Spindle Length和Scrub Radius,大幅度减小扭矩差效应,大马力前驱钢炮必选;
Figure.3 Spindle Length from Steering Axis
Figure.4 Steering Axis Comparison,相当于把steering Axis独立出来
缺点:K&C(Kinematics & Compliance)特性缺点基本保留,个别有些改善
成本高:这种麦弗逊会注重性能,重视簧下,下摆臂,法兰端轮节和Revo都开始上铝制件了,即转向节分体成两个了,多了球铰,还多了一根抗扭杆。
3. 先进麦弗逊 II
Figure.5 F30-328i Front Suspension,宝马喜欢两个下摆臂外点放的很近,一根摆臂做的很扭来绕开转向拉杆
优点:省空间,杠杆比高,好布置,并且
虚拟主销下点可变:可以优化Scrub,Trail等,增强车辆的操稳表现;
抗点头限制更小:可以加强抗点头,从而可以不通过加强前弹簧刚度的前提下,控制俯仰;
轮外倾可略微调整:稍微优化轮胎地面接触;
缺点:
成本高:摆臂分体开两个模,多两个球铰。
4. 先进麦弗逊 III
优点:省空间,杠杆比高,并且
紧凑:相当紧凑,减震器下端因为没有传动轴可以下探得十分深,降低上端安装高度;
抗点头限制更小:可以加强抗点头,从而可以不通过加强前弹簧刚度的前提下,控制俯仰;
缺点:
X向冲击:前下摆臂内点换成球铰了(经考证,前下摆臂内点球较),不利于X向冲击力;
成本高:摆臂分体开两个模,多两个球铰,且减震器的下探,导致另一根摆臂不得不与另一根连接(经提示,非球铰,是衬套)。
Figure.6 保时捷用的麦弗逊,减震器下端下探到轮心以下
二,双叉臂
注*:双叉臂是狭义定义
双叉臂悬架的优缺点
1.双A臂
Figure.7 Ferrari 458 前悬
优点:
轮外倾特性佳:K特性,侧倾时轮胎与地面接触佳,运动驾驶时前轮摩擦环近似最优解;
柔度权重低:C特性,双A臂柔度少,悬架的控制性能佳;
容易设计:都是三角臂,自由度有限,轮心运动可以直接脑补;
杠杆比较高:像458这样,杠杆比已经很高了;
布置潜力极大:推杆,拉杆都能布,转向拉杆外点一二三四象都可以;
力与力矩分布均匀:力和力矩均有四个点分到副车架 / 白车身上,横向刚度也好,以上双A臂简直就是赛车工程师之友。
缺点:
空间占用:上臂倾占横向空间大;
主销不可变:没有虚铰,理论上更适合悬架行程小的车。
Figure.8 双A臂 + Pushrod 推杆
Figure.9 Pushrod & Pullrod Comparison,推杆与拉杆的对比
2.三球铰双叉 I
Figure.10 奔驰E300前悬
优点:
轮外倾特性佳:K特性,侧倾时轮胎与地面接触佳,运动驾驶时前轮摩擦环近似最优解;
力与力矩分布均匀:力和力矩均有四个点分到副车架 / 白车身上,横向刚度好。
主销可变:两个下摆臂有虚铰,虚拟主销可以调整,更适合悬架行程长一些的乘用车。
抗点头强:下摆臂分体后,可以做更多抗点头,同样布在后轴可以做更多抗沉头(Anti-squat)
适合平台化:可以适配各类别车型,sedan、sports sedan、SUV等,甚至悬架硬点(Hardpoints)都不需要改;
缺点:
空间占用:上臂倾占空间大;
成本高:一般乘用车中,这类前悬最贵了。
3.三球铰双叉 II
Figure.11 Audi Aicon Rear Suspension,奥迪Aicon概念车后悬
优缺点暂不明,奥迪的想法是前后悬零部件共用,前悬的摆臂,转向节,弹簧减震总成调个个就能用在后悬上,带四轮转向,内部刹车碟,有点迷。
下摆臂用“A”形估计还是为了布减震器,转向节形状和法拉利做的很像。
4.四球铰双叉
Figure.12 Audi New A8 Front Suspension,新奥迪A8前悬
优点:
轮外倾特性佳:K特性,侧倾时轮胎与地面接触佳,运动驾驶时前轮摩擦环近似最优解;
力与力矩分布均匀:力和力矩均有四个点分到副车架 / 白车身上,横向刚度好;
全虚主销:上下都有虚铰,虚拟主销可以整体向外推,可以根据需求进行最佳优化调整,优化转向性能,降低Spindle Length,同时主销内倾小(Kingpin Inclination),能够做成操稳很好的轨道车;
抗点头强:下摆臂分体后,可以做更多抗点头,同样布在后轴可以做更多抗沉头(Anti-squat)。
缺点:
相对难设计:全虚主销怎么变,如何满足各种工况下的性能目标,是难点,目前接触到的就新A8 (以及老A4?)在用,奔驰没有,或许认为没必要再加这成本;
空间占用:上臂倾占空间大;
成本高:乘用车中,此前悬最贵了。
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