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双叉臂悬架及其变异-悬架技术(2)

阅读本篇之前请先阅读第一篇关于悬架技术的文章(点击此处传送到第一篇),否则理解起来可能会有点困难。上回书说了,麦弗逊式悬架的基本原理就是弹簧加减震器组合加上一只胳膊来推拉副车架,由于副车架和车身是固定连接的,这样用胳膊推拉副车架也就能够更加容易的控制车身。

把胳膊换成控制杆,这就是麦弗逊式悬架的基本原理。

为了强化控制臂的作用,大多的控制臂会设计成两根胳膊,车轮可以对车体施加多方向的控制力,这样会更符合车子实际运行的情况,同时为了强化稳定性和方便定位,实际的控制臂是三脚架结构。

为了平衡重量、成本、结构,实际的麦弗逊式悬架下控制臂可能是这样的一个叉臂形式,尽管有变化,但其基本原理是一样的,并没有本质的差别,所以麦弗逊式悬架也可以叫做单叉臂式悬架,同时又因为这个叉臂位于下方,因此又可以叫做下叉臂式悬架,起那么多名字的目的是方便理解和记忆,你只需要记住麦弗逊式悬架=下叉臂式悬架就可以了。

既然加一只胳膊可以控制车身,两只胳膊也可以控制车身,那么三只、四只、五只、N只胳膊在理论上也是可以的,而且通过胳膊角度的变化和组合可以使操控车身变得更加容易和灵活,事实上独立悬架的不同变化正是基于这个原理实现的,这也正是操控之所以能够操作和控制的理由。

前面说了,下面的手臂可以换成三脚架的杆状结构,如果我们把上面四条胳膊换成两个三脚架结构,就得到了一个基本的悬架变种:双叉臂式悬架。实际上相当于四只胳膊两两组合控制车身,车子可以更轻松的前进,因为这时候悬架上有至少十个不同方向的力控制着车身随着车轮走动,这是一种天生为了操控而设计的悬架类别,通常为了给这两个叉臂腾出更多的空间,会对减震组合的安装角度进行调整。

双叉臂式悬架,英文名叫做Double Wishbone Suspension,意思就是两个许愿骨的悬架,什么是许愿骨呢,就是鸡身上一块像树杈的骨头,树杈是什么不用我再解释了吧,双叉臂其实就是上下各有一个叉子式的叉臂结构,一点都不神奇,只是利用了三角稳固的原理,英文的命名方式更是直接的不要不要的。

下图中红色的标记部分直接可以看到两根叉子的存在,副车架和羊角架上的球头连接点比麦弗逊式要多出一倍的数量,这样可以强化其安全性,同时对于常见的制动推头现象,当制动时车辆重心前移挤压前减震器和弹簧的时候,叉臂同样可以起到顶住车身抑制推头的作用,所以我们可以看到同级别的车系对比测试时,双叉臂的前悬架在抑制推头的能力上普遍比麦弗逊式前悬架要好很多。

市面上的高级别跑车、专业赛车基本上都是采用前双叉臂式悬架+后双叉臂式悬架,高级轿车基本是前双叉臂+后多连杆悬架,而高档SUV基本是前双叉臂+后整体桥式结构,由于双叉臂在结构上非常相似,所以非常容易识别,不同车型的差异主要在于叉臂的细微结构区别,另外,车型的定位不同也会体现在具体的叉臂风格设计上,比如对于Lotus(莲花)这样喜欢玩超级小跑的品牌来说,轻量化和精致感是必需具备的,如下图Eagle的前悬架。

而对于福特猛禽这种喜欢简单直接粗暴的货色来说,又粗又大才符合它的身份,合它的胃口,尽管它也是在使用铝合金材质的双叉臂结构,但与莲花小跑的风格明显的不同!

同样是福特的另一款越野车TUV车型(全地形车),上下叉臂和副车架则近乎变态。

很多跑车是使用前后两个双叉臂结构的,也就是一辆车上有四个双叉臂,只不过这样的结构在设计时很麻烦,不但要选择减震器和弹簧进行匹配试验,还要确定不同的叉臂的强度、连接杆的长度和角度,安装的位置,材料的选择,如何制造出来等等,从这个角度来说,一分钱一分货是绝对有道理的。但是多了这些东西控制车子,对车子的舒适性和操控性的改善是明显的,缺点就是费钱、费工、费空间。

我们在前面说了,即使你完全不具备悬架基础知识和经验,你一样可以弄出一幅完整的悬架来,那些狂热的改装恐怖分子更是这样,精致不精致一点都不重要,重要的是在不断地折腾中获得快感,在不断的成绩刷新中找到自我,私自折腾的空管式车身和双叉臂式悬架组合改装狂热恐怖分子的一种生活方式!

事实上,大多数的家用轿车和SUV都没有跑车那么低矮的车身,为了能够在横向上尽量给发动机的布置留出空间,所以使用了双叉臂结构的轿车和SUV的上叉臂需要另外设计一个独立的弯曲支撑,而不是像跑车那样直接连接在轮毂的羊角架上,下图的黄色支撑就是相对于上图多出来的支撑件,之所以要弯曲,是为了避免这个支撑件干涉轮胎,你看,悬架没有什么神奇的,就是为了解决问题而已。

采用这种类型的双叉臂的车子在前轮上方的空隙可以明显的看到上叉臂(红色)和支撑杆(黄色)。在20万左右的常见的车系里,这样的悬架曾经出现在第七代雅阁、第八代雅阁、现款锐志,老款的马自达6以及马自达6衍生的相关车型上(基本都是日系车,这是事实),当然,豪华品牌使用的比例会更大一些,令人遗憾的是,上面提到的这几款车现在只有锐志在使用这种前悬架结构了。

和麦弗逊的下单叉臂结构相比,至少双叉臂的作用有以下几点:一是增加了横向多角度的控制力,二是强化了纵向控制力,三是强化了连杆与车身和羊角架的连接,四是麦弗逊的下叉臂只能控制车身底部,而双叉臂多了上叉臂,还可以有效控制车身的上部,所以虽然是一个简单的结构变化,但好处是很多的。那些说麦弗逊一样很好的其实有点酸葡萄的味道在作怪,之所以不用双叉臂不是舍不得花钱,就是真的没从双叉臂上赚钱,至少100万以上的车里麦弗逊是找不到存在感的。

来一张麦弗逊式悬架和双叉臂式悬架的对比,以便更好地理解这种差异,你也可以简单的理解成为下单叉臂和上下双叉臂的结构对比,最大的不同就在于双叉臂多了一个上叉臂,同时多数的双叉臂悬架的减震器布置的倾斜角度更大些。

说了这么多,你会发现,悬架类型其实跟减震器和弹簧的关系不大,基本就是杆子组合的结果,确实是这样的,减震器和弹簧都是制式的,你可以选择的型号和规格多如牛毛,而叉臂(连杆)的结构会千变万化可以自由发挥变化出各种花样来。

也正是因为如此,设计是针对悬架系统整体的,其中最主要的在于副车架设计、上下控制臂的设计、连杆和衬套的设计,这种设计包括结构、角度定位、材料、强度、缓冲效果等等,除非两辆车的底盘数据完全一致,否则牵一发而动全身,甚至可以说只要不是底盘参数完全一致,没有两种车的悬架系统是相同的,而设计同时还包括轮胎系统的选择、减震系统的选择、主销倾角及轮胎倾角设定等等,你没看懂吗?没关系,你只需要明白悬架系统的设计是一个系统化的设计,绝对不是选个减震器和调整一下弹簧那么简单!所以那些经常把悬架调教挂在嘴边的一定是外行。

老爷子住院的半年多时间里,老家近300平米的院子都荒了,老爷子过世以后,我才有时间去重新整理院子,前一阵子当了一个星期的泥瓦匠,邻居苏小胖兴冲冲地跑来告诉我帮他看看车,苏小胖初中毕业以后自学修车,自己开了个修理厂,虽然没什么严谨的理论知识,但能修5万-50万的车,平时都开一辆五菱面包车拉电瓶拉车灯什么的,车里脏兮兮的一股味道,他自己又不是不懂车,所以这么兴冲冲的来肯定是炫耀的,多半是有好货,于是到了他家门口,然后我就看到了这货。

刚看到的时候有点懵,因为记忆里实在找不到这是一款三菱的什么车,在苏小胖的提醒下才想起来这是改了车标的东南得利卡,在我刚入行的岁月里还是比较流行的,大概看了一下,车子是 2003年的,跑了近30万公里,发动机是2.0的,有很多进口件,很老很老,这车老的居然连ABS都没有,内饰一团糟,这玩意有什么看头啊,我疑惑地瞪着苏小胖问他:是不是闲的蛋疼?多少钱买了这车?他给我递了一支烟,回答说1500块,然后让我仔细看看。

仔细看很快就发现这车还是有点特别的,后悬架是整体桥+钢板弹簧,发动机前置后驱,不过这也不能说明问题,因为五万块的面包车也是这样,只不过这车的后悬架比面包车粗壮了些,再看前悬架居然是双叉臂的结构,减震器和弹簧叠在一起很像火车的减振系统,上叉臂短小精悍,很像跑车的结构而不像一款SUV的样子。

我问苏小胖开起来什么感觉,他说很稳很爽,感觉像坦克,就是油耗太高,百公里17升油。至少我觉得这1500花的挺值,现在要买一个带双叉臂悬架的车30万以下基本上没得选。

然后又看大梁,这是一个典型的纯正越野车用的阶梯式车身结构(以后的文章会讲车身结构的类型),难得的是经历14年的风雨,除了排气管有点锈蚀之外,车架大梁和车身没有任何锈蚀或修理的痕迹。

然后就发现这款车完全没有防撞梁的骨架,但敲一敲保险杠发现整个前后保险杠都是钢制的(红色区域标注),自然也就不需要单独的防撞梁,即便如此,保险杠已经被撞的豁了几个口子。

看完车除了恭维苏小胖捡了个大便宜之外,其实心里五味杂陈,这款1500块的陈年旧车单纯看底盘的确比现在多数30万的车都好,但内饰和安全理念却明显的落伍了,不知道是汽车业的进步还是倒退。

四连杆式悬架

双叉臂是两个叉子,所谓叉子就是一头是合在一起的,一头是分开的,如果合在一起的那头不是合在一起而是分开,那么双叉就会变成四根杆子,这样的结构也就可以叫做四连杆结构。所以你看很简单,只要把两个叉子掰开,就可以变成四根杆。

四连杆相对于双叉臂来说,他们都可以有效的改善操控,但由于双叉臂的单个叉臂是刚性连接,而四连杆的四根杆子可以相互独立,具有更大的活动自由度,所以双叉臂更加适合纯操控类的车子,四连杆则是求操控和舒适的平衡。这个四连杆结构很重要,它是由双叉臂掰开形成的,它的不同组合方式可以衍生出来很多现代汽车的悬架变种。

实际上纯粹使用四连杆结构的车子并不常见,我们在上期文章里说的比较老的帕萨特B5就是这种结构形式,它实际上是双叉臂的变种,但是因为空间有限,所以帕萨特B5的发动机是纵置的,纵置的发动机对于后驱类的车来说有好处。

五连杆式悬架

四连杆对于增加车辆的控制力很有好处,不过由于车辆前进是主要状态,这时就可以再增加一个专门负责牵引的杆,这样就变成了五连杆。下图中粉色的杆子就是一根牵引臂,通常它也是连接到副车架上,请留意它的连接角度是与后面最常见的复合多连杆结构的牵引臂的不同的。四连杆、五连杆与双叉臂的适用性还是有一些不同,双叉臂适用于纯操控取向的车,四连杆或五连杆则通常用于沉重的大型车辆,主要是为了兼顾操控性和舒适性,同时又有足够的空间去布置这些杆子。

纯粹的五连杆式悬架的结构我武断的认为只有本田和马自达在使用这种技术,欢迎大方之家的人给我指出错误,因为我只在第七代雅阁、思铂睿、讴歌的TSX、马自达的MX5的后悬架上看到过,它的特点是结构定位复杂,不适合头脑简单的工程师或制造商使用,同时这种模式事实上会比双叉臂更占空间,由于叉臂和连杆都要固定在轮毂的羊角架上,因此轮毂需要的羊角也更多,但优点也很明显,五连杆结构使得弹簧下的质量偏轻(就是改装侠常说的簧下质量小),更加有利于提升操控的灵活性。

第七代雅阁是典型的五连杆结构(下图黄色标注部分可以看到明显的五根杆),第八代雅阁的上面两根杆合成了一个叉臂,实际形成了一个上叉臂+下三连杆的结构,五连杆的结构很少有人山寨,历史上不是没有人山寨过,只是山寨的结果和实效很失败,事实上完全山寨的至今只有比亚迪的F6,其实这款车是完全拷贝了第七代雅阁的。

下图是很多年以前我给四艾斯店的销售和市场经理们讲解技术时所作的一个五连杆悬架的动态图,有点粗糙,因为太花时间,就不修饰它了,好在可以近似的反应出状态,也方便大家理解。

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