随着中国经济这20多年来的迅猛发展,汽车已然进入千家万户,汽车根本知识也逐渐得到遍及。老一辈的购车者特殊关注品牌,再是发动机、变速箱、油耗等;新世代购车者会关注底盘操控、移动互联、环保形象、经销商做事等更深层次或更新颖的成分。
悬架作为底盘的一部分,对付普通消费者而言每每只可融会不可言传,很多人只能依赖“悬架构造”来判断车辆底盘运动性能的利害。大错特错!
这与“通过轴距判断后座空间”一样是伪科学。
一来,构造并不直接决定操控,只决定了物理性能的上限和下限,后期调校的功劳也很大;二来,不少消费者稠浊了悬架的诸多观点,最常见的缺点是把弹性元件和导向机构进行比拟,比如问空气悬架和多连杆悬架谁更高等;亦或将弹性元件和减振器进行比拟,比如问空悬和MRC电磁悬架谁更牛。这是不会有结论的。
笔者用图文形式将内容“浓缩”至一万字旁边,分高下篇发布,希望可以帮助读者们彻底读透悬架方面的根本知识,更精准地选车购车,以及少闹笑话。
解构悬架的构造
Suspension,中文译作“悬架”、“悬挂”、“悬吊”、“悬载”等词汇,都指的是同一种用于连接车辆和车轮的总成。
由于要坚持车与轮的动态几何关系,也要进行减振等事情,因此悬架是必不可少的。有些人会说“卡丁车是没有悬架的”,这并不甚精准,卡丁车只是没有弹性元件和减振器,不代表没有导向构造,不然车轮怎么挂在底盘上呢?又如何转向呢?
进入主题。我们将悬架构造分为以下四大部分,有些教材会分为三大部分(取消第四“横向”稳定器):
1
导向机构/构造部件
平时提到的麦弗逊、双A臂、五连杆、扭力梁、钢板弹簧(两重身份)等等,都属于悬架构造的导向机构,或者叫构造部件,卖力通报力和力矩,坚持几何关系。
全车间英文最好的张全蛋,视频中的中英文翻译都是错的。 张全蛋说的“底大杠”实在不是扭力梁,而是非承载车身中用到的车身大梁。
2
弹性元件/支撑媒介/弹簧
空气弹簧、螺旋弹簧、钢板弹簧、气液联动弹簧等部件分为这一类,属于弹性元件,也可称为支撑媒介,与本车是否“独立悬架”无关。
从上世纪70年代开始,主流汽车品牌开始研发主动悬架,率先利用在80年代初的F1赛车之上。现在我们能见到空气弹簧和气液联动联动弹簧都是主动悬架,别的多数都是铁脑袋不会思考的被动悬架。
3
减振器
用来衰减振动的部件,也便是阻尼桶。下图被螺旋弹簧包着的那根便是减振阻尼桶,构造上分为主动式减振器(会思考的)和被动式减振器(常规的)。
能量不会凭空消逝或者产生。如果没有阻尼桶,弹性元件会不断振动下去直至能量被缓慢分散,这样一来我们坐的车子就会高下振动个一直。弹簧卖力刚度,是储能装置;减振器卖力阻尼,是耗能装置。两者不可混为一谈。
4
横向稳定器
防侧倾的“防倾杆”,不过不知道分到哪一类比较好。
从浸染上看,防倾杆和弹性元件归纳在一起比较得当;从安装位置上看,防倾杆与导向机构比较亲近。
对付以上四大部分,《悬架》系列将分高下文进行深度阐发。
各种导向机构的优缺陷剖析
我们先来说说导向机构,这是汽车悬架构造当中最主要的部分,相称于人体的骨架,同时也是我们日常购车过程中打仗得最多的悬架构造部分,非读不可。
各种导向机构之间的差异很大,大类可以分为独立和非独立,消费者一样平常认为独立悬架更高等,这是对的也是错的,准确来说是“独立悬架下限和上限都更高”。
1
独立悬架:麦弗逊
麦弗逊悬架(McPherson suspension)可谓家喻户晓,由于现在市售车型当中绝大部分的前悬挂都用麦弗逊,特殊是微型、小型、紧凑型和一部分中型车。
麦弗逊悬架的构造非常大略,下图是麦弗逊(左)和双A臂(右)的构造比拟图,没比拟就没侵害,可见麦弗逊约即是少了一个A臂的双A,横向支撑性肯定不如双A好。
视觉上看到的和真实操控感想熏染到的,基本不会差太远,但这就代表麦弗逊很次吗?
不是,现在多数乘用车都在用,你也不会以为自家车子每次转弯都要崴脚了呀,保时捷718系列还是前后麦弗逊悬挂呢,谁敢说718没运动性能?当然,保时捷的麦弗逊比较高等,用的是分体式下摆臂,铝合金使劲往上堆, 911的前悬便是麦弗逊你没见地吧。
由于少了上面的连杆,以是麦弗逊只能利用“螺旋弹簧+减振桶”这个组合来当另一根杆,问题就来了这“螺旋弹簧+减振桶”不是一根硬邦邦的零部件啊,使劲掰它,它会被掰弯的……
以是麦弗逊悬架多数采取的是本身就被掰弯的螺旋弹簧(后文我们会聊到),在受力状态下就打直了,这时候才不会让螺旋弹簧跟减振桶一贯磨蹭,降落两者的利用寿命。
既然麦弗逊有以上缺陷,为什么多数厂家都选择它呢?便宜!
对,但不全对,品质精良的麦弗逊构造也非常非常贵,比如保时捷的那两组,车企们坚持用麦弗逊有些时候是由于麦弗逊霸占的空间非常小,特殊是在横置车型当中可以腾出很多地方安顿横置发动机与变速箱,而纵置发动机采取多连杆(包括双A臂)前悬架一定程度是由于纵置发动机不须要太多的横向空间。
便宜、省空间,构造也相对大略,零部件少,固紧件少,麦弗逊的上风比劣势要大,选择它绝对是明确的。
曾经的中型运动车标杆宝马3系(对,“曾经的”)就很喜好用麦弗逊,当然人家用的是双球铰麦弗逊,把下面的三角臂拆分成两个活动摆臂,自由度更高,转向精准度更高,性能、舒适、本钱都可以平衡到,以是我买的那台ATS-L就直接用了E90那套双球铰麦弗逊,老好开了我跟你说……
麦弗逊还有好多种变体,这里就不一一细拆了。
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独立悬架:多连杆
前后独立悬架就一定高等吗?你没开过东南菱帅V3吧,那台新车才5万块的玩意便是前后独立,不加顶吧开起来跟软脚蟹似的,又颠又倾,被你们骂上天的断轴速腾(后扭力梁减配款)开起来比V3好太多,只要轴没断。
多连杆构造有很多种,按数字来分类比较好理解(但专业人士会骂我不专业,好在他们不看我的科普文),我们就说三连杆、四连杆、五连杆吧。
三连杆我们在麦弗逊那节说过了,把下面的三角臂拆分成两个活动摆臂的“双球铰麦弗逊”,有些人把它归类在麦弗逊高等变种,也有人把它定义为多连杆,3系、ATS、汉EV就用的这种。定义这个事随便了,不主要。
再放一个gif会显示得更清晰一些,把稳最右边那根不是掌握臂,而是转向拉杆。
前文提到的双A臂,也叫“双叉臂”,是多连杆的一种,而且有好几种变体,比如双球铰型、三球铰型、四球铰型,球铰越多,灵巧性就越强,操控极限越高。
比如奥迪A8、大众途锐、保时捷卡宴这种纵置发动机的豪华车,前舱有很大的空间用来布局悬架,就可以用高真个四球铰双A臂构造,高下摆臂均由前后两根掌握臂单独与转向节相连接的四球铰构造,让力和力矩更为均匀地分布在叉臂上,调校本钱和物料本钱都很高,但舒适性、过弯极限、转向细腻度都更高。有钱可以任性。
但是有些四连杆又不叫四连杆,如果它们是最高级的四球铰型,而且还加入了一根前束掌握杆,以是官方会称他们的悬架为“五连杆悬架”,途锐的官方资料便是这样写的。下图是宝马5系的后五连杆,标红的便是四球铰型双A臂再加一根前束掌握杆。
总而言之,多连杆也有材料太菜、工艺太菜、调校太菜的角色,麦弗逊不一定比多连杆弱,当然市售多连杆多数都比麦弗逊强,由于做得好的多连杆又繁芜又去世贵,还特殊难调校,还特殊占空间。
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非独立悬架:扭力梁
扭力梁在经济型乘用车后悬上面用得非常广泛,由于构造非常非常非常大略,以是笔者不打算展开说太多了。
后扭力梁被认为是减配实在也很正常,由于多数后扭力梁车型都取消了副车架,本钱下限可以做到很便宜,上限也不低,由于调校实在很费钱。
调校得很好的扭力梁车型也能很强,比如高尔夫7平民版便是取消了高尔夫6的多连杆,变成了扭力梁后悬,而大众调校能力的确很牛,过弯极限依然高。
问题是,多数车企都没有大众集团、通用集团、PSA集团的底盘调校能力,个中标致和雪铁龙调扭力梁的能力堪称一绝,而小公司用后扭力梁纯粹是为省钱罢了,而且也非常省空间,备胎随意马虎布局。
扭力梁的问题也挺多,最大的问题是旁边悬架会相互关涉,舒适性常日不如多连杆,而且那根变截面梁超级难做设计优化,也就大集团能整好。
扭力梁也有高等一点的形式,比如加入瓦特连杆,我影象很深的是欧宝Astra,入华之后变成上一代/上上一代威朗,那套瓦特连杆扭力梁就很不错。
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非独立悬架:整体桥
整体桥有多种形式,比如刚刚提到的瓦特连杆,还有罗素连杆,而我们见得最多的是钢板弹簧。
对,钢板弹簧这玩意不止是弹性元件,还是导向机构的一种。
整体桥悬挂的舒适性极差,但构造大略、本钱贼低、过载能力老强了,本节中就不展开了,我们留不才一段“弹性元件”里面说。
各种弹性元件的优缺陷剖析
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出大力的钢板弹簧
分别开五十铃mu-X和D-Max皮卡去越野,后排搭客的乘坐感想熏染差距非常远,D-Max皮卡后面用了钢板弹簧,重度越野工况下能把人的五脏六腑颠得七荤八素。
钢板弹簧(Leaf Spring)构造是“出大力”车型用的,乘用车里面也只有科尔维特C7会用它做弹性元件……不过C7用的不是钢,而是复合玻璃纤维材料,而且采取了横置的办法,官方称之为“复合式叶片弹簧”,同样事理的“板悬”在沃尔沃S90上也有配备,下图绿色那根便是。
钢板弹簧的构造不繁芜,把几片长度不同、波折半径不同、厚度不一定相同的钢制簧片码在一起便是一组弹簧了,下图还能看到中央螺栓、弹簧夹、卷耳、套管这些赞助构造。当然,钢板弹簧构造也是要配备减振器的,只不过重卡不是每条轴上都有。
商用车用钢板弹簧做弹性元件,利用了它的高载荷能力,纵然长期超载也能扛多良久,寿命结束之后的改换本钱也比较低。
钢板弹簧是一种很有趣的低本钱高得益的办理方案,它兼顾了弹性元件和构造元件的双重浸染,车轮定位参数变革很小,轮胎盘的摩擦损耗也小,出少钱办大事。
不过由于钢制簧片之间会有各种挤压和摩擦动作,以是钢板弹簧也是要润滑保养的。
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最常用的螺旋弹簧
空气弹簧很娇气,有时候你看到老A8老S级趴在地面上,不一定是改装了,只是空气弹簧塌掉了而已……
螺旋弹簧就不同了,如今市情上买到的绝大多数乘用车都用它做弹性元件,钢制螺旋弹簧的寿命基本等同于永生不老,除非刻意毁坏或者事件撞击,不然是不可能会坏的。
螺旋弹簧的英文叫helical spring,构造非常大略,学问却一点都不少,是工程学里面极为主要的根本零部件。除了汽车之外,我们用的圆珠笔里面有螺旋弹簧,肉菜市场的秤有螺旋弹簧,门锁里面有,自动枪械里面也有。
我们一样平常见到的车用螺旋弹簧是直卷式的,另一种叫渐进式弹簧(下图)的玩意采取了不同螺距和直径,K值随着压缩量变革。这个就不展开说了。
由于螺旋弹簧有明显的本钱上风,家当分布成熟且广泛,寿命极长且故障率基本为0,因此被爱得最深。
末了放一张螺旋弹簧制作的gif图,魔性……
3
空气弹簧并非BBA才玩得起
Air Suspension,空气悬架/空悬,翻译过来直接能融会,便是利用压缩空气来当弹性元件的机构,因此称之为 “空气弹簧”更为精准。
从下图很好地解构了空气弹簧的几何构造,它与减振器分离布局在半轴边上,夹在导向构造中间。
刚刚我们提到的那些被动悬架是不能调度阻尼、刚度、行程(高度)的,而空气悬架作为主动悬架完备能胜任后两者的调节浸染,剩下的阻尼须要交给减振器。
一个世纪前,钢板弹簧和螺旋弹簧开始利用的时候,空气弹簧的观点已经有了,比如太拖沓(Tatra)在1929年就考试测验过给自家卡车装空气弹簧,可惜工艺太差了根本量产不了,这工程学困境与后来的可变压缩比技能一样。
我们不清楚“德国盘踞捷克斯洛伐克”与“德国豪华品牌战后发展空气悬架”有无联系,但从宝沃到奔驰,从宝马到奥迪,哪家都是空气弹簧爱好者。
你没看错,BBBA德系豪门四兄弟是真存在的,只不过宝沃茂盛的年代根本没奥迪什么事,奥迪茂盛的年代根本没宝沃什么事。
下图是一根空气弹簧的剖面图,这是膜式构造的,平时在高端乘用车上能见到,蔚来ES6加五万块能多四根这种空气弹簧,再加电机功率提升。受限于篇幅,每个部件的功用就不细说了。
下图这个也是空气弹簧,囊式构造,在商用车上用得比较多。
除了这个气囊之外,空气弹簧机构还包括蓄压器、空气压缩机、传感器、底盘掌握单元、电磁阀等零部件,都是为上面两款空悬气囊做事的。
现在中国大城市运行的公交车上,已经装备了大量的空气弹簧,一点都不稀奇,随便刷个2块钱坐下空调公交就能体验到了。目前新出厂的低地板公交车基本都是配置空气弹簧的。
空气弹簧的上风在于缓振能力强,振动频率比钢板弹簧/螺旋弹簧要低很多,性能精良的空气弹簧车坐起来像坐船穿越沉着海面一样。
影象最深刻的乘车履历是良久以前坐“广州-喷鼻香港”的直通车,“广州-口岸”段的老式国产大巴很颠,“口岸-尖沙咀”的MAN/Scania入口空气弹簧大巴就很舒适,就连巴西的马可波罗大巴都比咱的老款大金龙好使。
现在剧情不同了,国产大巴舒适性大幅度提升,不过空气弹簧在国产重卡中的渗透速率还是有点堪忧啊。
个人认为,除了商用车空气弹簧本钱高昂之外,无法遍及的最主要缘故原由是空气弹簧无法超载过多……(嘘)
欧洲空气弹簧重卡喜好做这么一种功能设置,在空载或者轻载时,提升一两根轴“省轮胎”。
中国重卡也不跟你玩虚的,笔者就在青藏线上面看到咱老百姓的聪慧,空载车从拉萨回格尔木都用 “叠叠乐”。
带空气弹簧的商用车还可以设置单边空气弹簧降落的功能,方便搭客高下车,日本很多公交车都是这样设置。
在军用领域也可以做出各种妖娆的体位来。
在乘用车领域,奔驰已经将魔毯系统玩出花儿来了,开拓了一套“车震模式”……
脱困能力一流,越野缓振能力超强。
此外,还有稠浊悬架的形式,比如宝马530Le就仅仅在后轴上用了两支空气悬架,笔者在浙赛跑过这车,运动性能完备无感(狗头)。
4
其他分支
还有一种神奇的弹性元件叫气液联动悬架/弹簧(Hydropneumatic Suspension),气体作为弹性介质,油液卖力调度行程。
作为军事装备大国,法国研发气液联动弹簧也是一流的,在雪铁龙的车子上也有利用,只不过一贯没作为核心技能引入中国,错过了市场推广的最佳机遇。笔者曾开过一台法国原产的气液联动C5,缓振能力那叫一个牛,还能随意升降车身,跟空气弹簧一样好玩。
气液联动弹簧在装甲车辆中利用比较广泛。比如瑞典在上世纪50年代研发的Stridsvagn 103(S型)坦克,为了减少坦克高度增强生存能力采取了无炮塔设计,车辆仰俯只能依赖气液联动弹簧(悬架)进行,而且还不能行进中射击。
现在瑞典陆军都改用豹2了,S型实在太二太后进。
法军、英军、日本自卫队都有不少气液联动车辆,我军近几年由于气液联动弹簧技能打破因而也多了不少。只不过,军用气液联动弹簧的体积很大,而且故障率比较高,若有战损则维修极为困难,是一把双刃剑。
另有一种弹性元件叫扭杆弹簧(Torsion-Bar Spring),比钢板弹簧更轻更小,且不须要润滑,但构造相对薄弱。当然,如果利用在军事领域,你可以把它造得无比结实耐操,五常装甲部队装备了特殊多有扭杆弹簧构造的装甲车。
比扭杆弹簧更大略的是橡胶弹簧,就下图这种橡胶疙瘩,笔者都
下集预报
《悬架》下集,笔者准备把“减振器”和“横向稳定器”这两个器说清楚,末了再加一些个人对未来底盘悬架设计走向的不成熟想法,完成这篇已经只管即便做得很精简的万字技能文章。
(图/文/摄:太平洋汽车网 黄恒乐)