懸架是汽車的車架與車橋或車輪之間的一切傳力連接裝置的總稱。
懸架的主要作用是傳遞作用在車輪和車身之間的一切力和力矩,比如支撐力、制動力和驅(qū)動力等,并且緩和由不平路面?zhèn)鹘o車身的沖擊載荷、衰減由此引起的振動、保證乘員的舒適性、減小貨物和車輛本身的動載荷。
(懸架安放位置示意圖)
典型的汽車懸架結(jié)構(gòu)由彈性元件、減震器以及導(dǎo)向機構(gòu)等組成,這三部分分別起緩沖,減振和力的傳遞作用。絕大多數(shù)懸架多具有螺旋彈簧和減振器結(jié)構(gòu),但不同類型的懸架的導(dǎo)向機構(gòu)差異卻很大,這也是懸架性能差異的核心構(gòu)件。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同可分為非獨立懸架和獨立懸架兩種。
懸架把車架與車輪彈性地聯(lián)系起來,關(guān)系到汽車的多種使用性能,是汽車最重要的三大總成之一(其它兩個分別是:發(fā)動機和變速箱)。從結(jié)構(gòu)上看,汽車懸架僅是由一些桿、筒以及彈簧等簡單構(gòu)件組成,但汽車懸架卻是一個非常難達到完美要求的汽車總成,這是因為懸架既要滿足汽車操縱穩(wěn)定性的要求,又要保證汽車的舒適性要求,而這兩方面又是相互矛盾的。為了取得良好的舒適性,需要大大緩沖汽車的震動,這樣彈簧就要設(shè)計得軟些,但彈簧軟了卻容易使汽車發(fā)生剎車“點頭”、加速“抬頭”以及嚴重側(cè)傾偏向,不利于汽車的轉(zhuǎn)向,容易導(dǎo)致汽車操縱不穩(wěn)定等。
(帕薩特B6前麥弗遜、后多連桿懸架)
懸架的構(gòu)件雖然簡單但參數(shù)的確定卻相當(dāng)?shù)膹?fù)雜,廠家不但要考慮汽車的舒適性,操控穩(wěn)定性還要考慮到成本問題?;谶@三個問題不同廠家有不同的傾向性策略。也就產(chǎn)生了國內(nèi)現(xiàn)在比較常見的五種懸架:麥弗遜式獨立懸架、雙叉臂式獨立懸架、單縱臂扭桿梁式半獨立懸架、連桿支柱式獨立懸架、多連桿式獨立懸架。
前懸架類型:
一般來說,乘用車的前懸架絕大多數(shù)為獨立懸架,形式一般是麥弗遜式、多連桿、雙橫臂或雙叉臂式。
后懸架類型:
根據(jù)車型的不同,汽車的后懸架分為獨立懸架和非獨立懸架。一般來說,微型車、小型車以及緊湊型車的部分車型多采用非獨立懸架,而獨立懸架則主要應(yīng)用在緊湊級以上的車型。
非獨立懸架
非獨立懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點是兩側(cè)車輪由一根整體式車架相連,車輪連同車橋一起通過彈性懸架系統(tǒng)懸架在車架或車身的下面。非獨立懸架系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、強度高、保養(yǎng)容易、行車中前輪定位變化小的優(yōu)點,但由于其舒適性及操縱穩(wěn)定性都相對較差,在現(xiàn)代轎車中只有成本控制比較嚴格的車型才會使用,更多的用于貨車和大客車上。
非獨立懸架系統(tǒng)的優(yōu)點:
1.左右輪在彈跳時會相互牽連,輪胎角度的變化量小使輪胎的磨耗小。
2.在車身高度降低時還不容易改變車輪的角度,使操控的感覺保持一致。
3.構(gòu)造簡單,制造成本低,容易維修。
4.占用的空間較小,可降低車底板的高度。
非獨立懸架系統(tǒng)的缺點:
1.左右輪在彈跳時,會相互牽連,而降低乘坐的舒適性及操控的安定性。
2.因構(gòu)造簡單使設(shè)計的自由度小,操控的安定性較差。
(非獨立懸架)
獨立懸架
獨立懸架系統(tǒng)是每一側(cè)的車輪都是單獨地通過彈性懸架系統(tǒng)懸架在車架或車身下面的。其優(yōu)點是:質(zhì)量輕,減少了車身受到的沖擊,并提高了車輪的地面附著力;可用剛度小的較軟彈簧,改善汽車的舒適性;可以使發(fā)動機位置降低,汽車重心也得到降低,從而提高汽車的行駛穩(wěn)定性;左右車輪單獨跳動,互不相干,能減小車身的傾斜和震動。不過,獨立懸架系統(tǒng)存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、維修不便的缺點,同時因為結(jié)構(gòu)復(fù)雜,會侵占一些車內(nèi)乘坐空間。
現(xiàn)代轎車大都是采用獨立式懸架系統(tǒng),按其結(jié)構(gòu)形式的不同,獨立懸架系統(tǒng)又可分為橫臂式、縱臂式、多連桿式、燭式以及麥弗遜式懸架系統(tǒng)等。
(獨立懸架構(gòu)造圖)
麥弗遜懸架
麥弗遜懸架(MacPherson),是現(xiàn)在非常常見的一種獨立懸架形式,大多應(yīng)用在車輛的前輪。簡單地說,麥弗遜式懸架的主要結(jié)構(gòu)即是由螺旋彈簧加上減震器以及A字下擺臂組成,減震器可以避免螺旋彈簧受力時向前、后、左、右偏移的現(xiàn)象,限制彈簧只能作上下方向的振動,并且可以通過對減震器的行程、阻尼以及搭配不同硬度的螺旋彈簧對懸架性能進行調(diào)校。
麥弗遜懸架最大的特點就是體積比較小,有利于對比較緊湊的發(fā)動機艙布局。不過也正是由于結(jié)構(gòu)簡單,對側(cè)向不能提供足夠的支撐力度,因此轉(zhuǎn)向側(cè)傾以及剎車點頭現(xiàn)象比較明顯。下面就為大家詳細的介紹一下麥弗遜懸架的構(gòu)造以及性能表現(xiàn)。
● 麥弗遜懸掛的歷史:
麥弗遜式懸架是應(yīng)前置發(fā)動機前輪驅(qū)動(ff)車型的出現(xiàn)而誕生的。ff車型不僅要求發(fā)動機要橫向放置,而且還要增加變速箱、差速器、驅(qū)動機構(gòu)、轉(zhuǎn)向機,以往的前懸架空間不得不加以壓縮并大幅刪掉,因此工程師才設(shè)計出節(jié)省空間、成本低的麥弗遜式懸架,以符合汽車需求。
麥弗遜(Macpherson)是這套懸架系統(tǒng)發(fā)明者的名字,他是美國伊利諾伊州人,1891年生。大學(xué)畢業(yè)后他曾在歐洲搞了多年的航空發(fā)動機,并于1924年加入通用汽車公司的工程中心。30年代,通用的雪佛蘭公司想設(shè)計一種真正的小型汽車,總設(shè)計師就是麥弗遜。他對設(shè)計小型轎車非常感興趣,目標(biāo)是將這種四座轎車的質(zhì)量控制在0.9噸以內(nèi),軸距控制在2.74米以內(nèi),設(shè)計的關(guān)鍵是懸架。麥弗遜一改當(dāng)時盛行的板簧與扭桿彈簧的前懸架方式,創(chuàng)造性地將減振器和螺旋彈簧組合在一起,裝在前軸上。實踐證明這種懸架形式的構(gòu)造簡單,占用空間小,而且操縱性很好。后來,麥弗遜跳槽到福特,1950年福特在英國的子公司生產(chǎn)的兩款車,是世界上首次使用麥弗遜懸架的商品車。
● 麥弗遜懸架的構(gòu)造:
麥弗遜式懸架由螺旋彈簧、減震器、A字形下擺臂組成,絕大部分車型還會加上橫向穩(wěn)定桿。麥弗遜式獨立懸架的物理結(jié)構(gòu)為支柱式減震器兼作主銷,承受來自于車身抖動和地面沖擊的上下預(yù)應(yīng)力,轉(zhuǎn)向節(jié)(也可說車輪,因為轉(zhuǎn)向節(jié)作用于車輪)則沿著主銷轉(zhuǎn)動;此外,其主銷可擺動,特點是主銷位置和前輪定位角隨車輪的上下跳動而變化,且前輪定位變化小,擁有良好的行駛穩(wěn)定性。
在麥弗遜式獨立懸架中,支柱式減震器除具備減震效果外,還要擔(dān)負起支撐車身的作用,所以它的結(jié)構(gòu)必須緊湊且剛度足夠,并且套上螺旋彈簧后還要能減震,而彈簧與減震器一起,構(gòu)成了一個可以上下運動的滑柱。還有一個關(guān)鍵部件---A字型下擺臂,它的作用是為車輪提供橫向支撐力,并能承受來自前后方向的預(yù)應(yīng)力。車輛在運動過程中,車輪所承受的所有方向的沖擊力量就要靠支柱減震器和A字型下托臂這兩個部件承擔(dān)。
● 麥弗遜懸架的優(yōu)缺點:
從上面的構(gòu)造圖可以看出,麥弗遜懸架的構(gòu)造其實非常簡單,而這種簡單帶來的最大好處就是其質(zhì)量很輕,并且體積很小,對于很多前置發(fā)動機前輪驅(qū)動的車輛來說,車頭部分的大部分空間都要用來布置橫置的發(fā)動機以及變速箱,留給懸架的空間并不大,因此麥弗遜懸架體積小質(zhì)量輕的優(yōu)勢就會表現(xiàn)的非常明顯。
而結(jié)構(gòu)簡單也是麥弗遜懸架最大的軟肋。與雙叉臂以及多連桿懸架相比,由于減震器和螺旋彈簧都是對車輛上下的晃動起到支撐和緩沖,因此對于側(cè)向的力量沒有提供足夠的支撐力度。這樣就使得車輛在轉(zhuǎn)向的時候車身有比較明顯的側(cè)傾,并且在剎車的時候有比較明顯的點頭現(xiàn)象。很多采用麥弗遜懸架的小型車為了控制成本,也只能將這樣的缺陷保留。雖然通過增加防傾桿能減小車輛側(cè)傾,但是卻不能根治這種情況。不過象寶馬M3,保時捷911這樣的高性能車型上,通過調(diào)整彈性元件以及增加拉桿等調(diào)校,麥弗遜懸架也一樣可以變得非常強悍,但這也背離了麥弗遜懸架體積小,質(zhì)量輕,成本低的特點。
麥弗遜懸架是非常常見的懸架類型,在全球汽車市場都有非常廣泛的應(yīng)用。
● 由麥弗遜懸架而衍生出來的懸架:
由于麥弗遜懸架先天性的側(cè)向支撐不足,由此很多廠家也在盡可能保留麥弗遜懸架體積小、質(zhì)量輕的優(yōu)勢的同時,通過各種調(diào)整和變化以加強其側(cè)向支撐的能力。由麥弗遜懸架演變而來的懸架主要有寶馬1系和3系上采用的寶馬雙球節(jié)減震支柱前懸架,還有專門針對后懸架的連桿支柱式懸架。下面就為大家簡單介紹一下這幾種麥弗遜懸架的衍生產(chǎn)物。
寶馬雙球節(jié)減震支柱前懸架
麥弗遜懸架的另外一種衍生產(chǎn)品,就是寶馬在1系和3系上采用的改良型麥弗遜懸架,寶馬將其稱為“Double pivot strut type”(寶馬官方中文名稱為雙球節(jié)減震支柱懸架)。與標(biāo)準(zhǔn)的麥弗遜懸架相比,寶馬將這套懸架的A字型下擺臂換成了一上一下兩根連桿,兩支點的變化也使得兩根連桿在抑制車輪跳動的過程中互不干涉,將車輪各個定位參數(shù)的變化控制在了更小的范圍內(nèi),從而提升了由此影響到的車身穩(wěn)定性。同時,寶馬采用的改良型麥弗遜懸架也良好的繼承了標(biāo)準(zhǔn)版麥弗遜懸架體積小、質(zhì)量輕的優(yōu)勢。不過雙球節(jié)減震支柱前懸與標(biāo)準(zhǔn)麥弗遜懸架相比也有一些不足,那就是較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)使其轉(zhuǎn)向靈敏度有所下降。
雙叉臂式懸架
(典型的雙叉臂式獨立懸架結(jié)構(gòu)圖)
雙叉臂式懸架又稱雙A臂式獨立懸架,雙叉臂懸架擁有上下兩個叉臂,橫向力由兩個叉臂同時吸收,支柱只承載車身重量,因此橫向剛度大。雙叉臂式懸架的上下兩個A字形叉臂可以精確的定位前輪的各種參數(shù),前輪轉(zhuǎn)彎時,上下兩個叉臂能同時吸收輪胎所受的橫向力,加上兩叉臂的橫向剛度較大,所以轉(zhuǎn)彎的側(cè)傾較小。
(阿爾法·羅密歐159的前懸采用了雙叉臂式懸架)
(大眾途銳的雙叉臂懸架結(jié)構(gòu))
雙叉臂式懸架通常采用上下不等長叉臂(上短下長),讓車輪在上下運動時能自動改變外傾角并且減小輪距變化減小輪胎磨損,并且能自適應(yīng)路面,輪胎接地面積大,貼地性好。
(雙叉臂式懸架運動性出色,為法拉利、瑪莎拉蒂等超級跑車所運用)
相比麥弗遜式懸架雙叉臂多了一個上搖臂,不僅需要占用較大的空間,而且其定位參數(shù)較難確定,因此小型轎車的前橋出于空間和成本考慮一般不會采用此種懸架。但其具有側(cè)傾小,可調(diào)參數(shù)多、輪胎接地面積大、抓地性能優(yōu)異,因此絕大部分純正血統(tǒng)的跑車的前懸架均選用雙叉臂式懸架,可以說雙叉臂式懸架是為運動而生的懸架,法拉利、瑪莎拉蒂等超級跑車以及F1方程式賽車均采用了雙叉臂式前懸架。
優(yōu)點:橫向剛度大、抗側(cè)傾性能優(yōu)異、抓地性能好、路感清晰;
缺點:制造成本高、懸架定位參數(shù)設(shè)定復(fù)雜。
適用車型:運動型轎車、超級跑車以及高檔SUV前后懸架。
連桿支柱式獨立懸架
連桿支柱是麥弗遜懸架用在后輪的一種方式,它將麥弗遜懸架的下A字擺臂換成了兩根橫向連桿以及一根縱向拉桿,這能讓它具有與麥弗遜懸架相近的操控性能,又有比麥弗遜懸架更高的連接剛度和相對較好的抗側(cè)傾性能。但是同樣也存在麥弗遜懸架的缺點,就是穩(wěn)定性不好,轉(zhuǎn)向側(cè)傾還是較大,需要加裝平衡桿來減小轉(zhuǎn)向側(cè)傾。連桿支柱在一些日韓系車型的后懸架上面有較多的應(yīng)用,主要傾向舒適性。
從上面的介紹中相信大家已經(jīng)對麥弗遜懸架有了一定的了解,麥弗遜懸架體積小,重量輕的特點,注定了它會大范圍的應(yīng)用在各種車型上,雖然麥弗遜懸架的先天不足也讓其在操控性上有些不足,但是通過加裝橫向穩(wěn)定桿以及調(diào)整彈性元件可以改善側(cè)向支撐力不足的情況。
雙橫臂式懸掛和雙叉臂式懸掛有著許多的共性,只是結(jié)構(gòu)比雙叉臂式簡單些,也可以稱之為簡化版的雙叉臂式懸掛。同雙叉臂式懸掛一樣雙橫臂式懸掛的橫向剛度也比較大,一般也采用上下不等長的搖臂設(shè)置。而有的雙橫臂的上下臂不能起到縱向?qū)蜃饔茫€需要另加拉桿導(dǎo)向。這種結(jié)構(gòu)較雙叉臂更簡單的雙橫臂懸掛性能介于麥弗遜懸掛和雙叉臂懸掛之間,擁有不錯的運動性能,一般使用在A級或者B級家用車上。
多連桿獨立懸架:
(典型的多連桿獨立懸架結(jié)構(gòu)圖)
多連桿獨立懸架,可分為多連桿前懸架和多連桿后懸架系統(tǒng)。其中前懸架一般為3連桿或4連桿式獨立懸架;后懸架則一般為4連桿或5連桿式后懸架系統(tǒng),其中5連桿式后懸架應(yīng)用較為廣泛。
(奔馳S級的多連桿前懸架)
多連桿懸架結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜,材料成本、研發(fā)實驗成本以及制造成本遠高于其它類型的懸架、而且其占用空間大,中小型車出于成本和空間考慮極少使用這種懸架。
但多連桿式懸架舒適性能是所有懸架中最好的,操控性能也和雙叉臂式懸架難分伯仲,高檔轎車由于空間充裕、且注重舒適性能和操控穩(wěn)定性,所以大多使用多連桿懸,可以說多連桿懸架是高檔轎車的絕佳搭檔。
拖曳臂式懸架
拖曳臂式懸架我們姑且稱之為半獨立懸架,從懸架的大分類來看,所有的懸架可以被分成兩大類,即:獨立懸架和非獨立懸架。但是在但縱臂扭轉(zhuǎn)梁懸架上,這兩個分類變得有些模糊。從懸架結(jié)構(gòu)來看屬于不折不扣的非獨立懸架,因為左右縱向搖臂被一跟粗大的扭轉(zhuǎn)梁焊接在一起,但是從懸架性能來看,這種懸架實現(xiàn)的是具有更高穩(wěn)定性的全拖式獨立懸架的性能。
(典型的拖曳臂式后懸架)
(加裝了防傾桿拖曳臂式懸架)
拖曳臂式懸架本身具有非獨立懸架的存在的缺點但同時也兼有獨立懸架的優(yōu)點,拖曳臂式懸架的最大優(yōu)點是左右兩輪的空間較大,而且車身的外傾角沒有變化,避震器不發(fā)生彎曲應(yīng)力,所以摩擦小。拖曳臂式懸架的舒適性和操控性均有限,當(dāng)其剎車時除了車頭較重會往下沉外,拖曳臂懸架的后輪也會往下沉平衡車身,無法提供精準(zhǔn)的幾何控制。
不同廠家對這種懸架的稱謂不同:如:縱臂扭轉(zhuǎn)梁獨立懸架,縱臂扭轉(zhuǎn)梁非獨立懸架,H型縱向擺臂懸架等等。歸根結(jié)底他們都是同一種懸架結(jié)構(gòu)——拖曳臂式懸架,只是調(diào)教稍有不同。
(中小型車大多采用拖曳臂式懸架)
在拖曳臂式懸架的設(shè)計過程中,橫梁在縱臂上的安裝位置不同其表現(xiàn)出來的性能會非常的大,若橫梁安裝越靠近縱臂與車身的連接點,車子的舒適性就會越好但轉(zhuǎn)彎時的側(cè)傾也會大些。若橫梁的安裝在越靠近縱臂接近車輪中心,舒適性能會大打折扣,表現(xiàn)出來的特性則是以通過性和承載性為主。也更接近整體橋的設(shè)計。
優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單實用、占用空間最小、制造成本低 。
缺點:承載性能差、抗側(cè)傾能力較弱、減震性能差、舒適性有限
適用車型:中小型汽車、低端SUV后懸架