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    双横臂/双叉臂、多连杆独立悬架

    2015-09-14 20:45 | 来源:汽车底盘网 | 编辑:独立悬架

           独立悬架是指车轮与车身(车架)之间的一切传力连接装置的总称,其作用是传递车轮与车身之间的力和力矩。典型的汽车独立悬架结构由弹性元件、减震器以及导向机构等组成,这三部分分别起缓冲,减振和力的传递作用。绝大多数独立悬架都具有螺旋弹簧和减振器结构,但不同类型的悬架的导向机构差异却很大,这也是悬架性能差异的核心构件。根据结构不同可分为非独立悬挂和独立悬挂两种。
     
         独立悬架常见形式有:麦弗逊式独立悬架、双叉臂式独立悬架、双横臂式独立悬架、多连杆式独立悬架。根据横摆臂数目n的多少,多连杆又分为三连杆、四连杆、五连杆(通常是n+1)。注意,横向稳定杆不能算作一根“连杆”,那只是一个“附件”。
    双叉臂式独立悬
           双叉臂式独立悬架常用于运动型轿车、跑车、高级SUV的前悬,相对麦弗逊式独立悬架,具有更好的横向支撑性能。用作前悬时,双叉臂式独立悬架多连杆式独立悬架性能相当,关键还是要看用材和调教。举例来看,宝马5系和丰田锐志是双叉臂式独立悬架,奥迪A6是四连杆独立悬架,奔驰E级是三连杆独立悬架,貌似双叉臂式独立悬架略为占优。
    双叉臂式独立悬
         双叉臂式独立悬架的横向和纵向刚度都比较高,车轮跳动的时候轨迹可以控制的很好,可以兼顾操作性和舒适性,追求操控的车很多后悬架是双叉臂式独立悬架的,像福克斯、保时捷911,,有些高档车甚至前后都采用双叉臂式独立悬架。缺点是成本较高,结构复杂,空间占用较大,影响后备箱的容积。
        我不确定你所说的三连杆独立悬架是不是双横拉杆加一根纵摆臂的结构形式,据我了解,凯美瑞的后悬架就是采用这种结构:三连杆+烛式悬架,在结构上类似于麦弗逊独立悬架,这种独立悬架更偏向舒适性能,一般多在居家的车型上采用。这种独立悬架的优点很切合于它所适用的车型,成本相对较低,可以为后备箱节省出很多空间,但它侧向刚度偏小,不适用追求享受驾驶乐趣的车型。

         目前比较常见的独立悬架有麦弗逊式独立悬架、双叉臂式独立悬架、双横臂式独立悬架、多连杆式独立悬架、纵臂扭转梁式非独立悬架、整体桥式非独立悬架等,下面我们就按照上面的分类方法为您一一解读。

    ■ 非独立悬架

    特点:结构简单、工作可靠、使用寿命长

      顾名思义,非独立悬架结构就是两侧车轮分别安装在一根整体式的车桥两端,车桥再通过弹性组件与车架相连。当一侧车轮因路况起伏跳动时,会影响到另一侧车轮的定位参数。

    ● 纵置钢板弹簧式非独立悬架

    代表车型:微面、卡车、客车

      这种独立悬架中弹性元件不是我们常见的螺旋弹簧,而是使用纵向安装的钢板弹簧。这种结构的悬架优点就在于良好的承载性。目前,这种悬架广泛用于货车的前、后悬架中,当然还有一部分硬派越野车使用这种结构的悬架。

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    ● 螺旋弹簧式非独立悬架

    代表车型:Jeep牧马人

      在这里,我们并不把常在配置表中看到的纵臂扭转梁归于螺旋弹簧式非独立悬架,这部分内容我们放在最后解读。

    JeepJeep牧马人2013款 3.6L 四门十周年纪念版

    ■ 独立悬架

    特点:车轮互不干扰、结构略显复杂

      采用独立悬架的车辆两侧车轮各自独立地与车架或车身弹性连接,与非独立悬架相比,它的两侧车轮可以相对自由的运动,相互影响的情况较少。不过,某些独立悬架结构相对复杂,成本相对较高。

    ● 麦弗逊式独立悬架

    运动特性:车轮沿主销移动

    代表车型:奇瑞QQ、福特福克斯、第九代雅阁、斯巴鲁森林人等

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      麦弗逊式独立悬架是比较常见的前悬架形式,在一些资料中出现的弹性支柱悬架、减振支柱悬架实际上说的都是麦弗逊式独立悬架。它具有结构紧凑、集成度高的优点,因此它占用的空间更小,这也是为什么它会被广泛应用在前悬架的原因之一。车身宽度相同的情况下,发动机舱空间可以更大,便于布置机械部分,车头吸能区域设计更自由,乘员舱空间表现更好。

      当然,麦弗逊式独立悬架的缺点同样显而易见,受制于结构,它横向刚性较差。对车辆俯仰(也就是我们常说的:点头现象),以及扭矩转向抑制不足。

    别克通用别克昂科拉ENCORE2013款 1.4T 自动四驱旗舰型

      麦弗逊式独立悬架可谓现在,无论是小型车、紧凑型车、中型车还是跑车、SUV都可以见到它的身影。甚至某些曾经使用其他独立悬架的车型,在更新换代时都改为使用麦弗逊式独立悬架。比如马自达ATENZA、第九代雅阁。究其原因,都与其结构简单,成本低廉不无关系。除了应用在前悬架,也有部分车型的后悬架使用麦弗逊式独立悬架,同用在前悬架上一样,它的优点也是成本低,结构简单。缺点则是上部的定位依然依靠弹性支柱,刚性和稳定性相对多连杆要弱。

    丰田广汽丰田汉兰达2012款 3.5L 四驱7座至尊版

    变种衍生类型一:

    代表车型:宝马旗下部分车型

      通过刚才的图片我们可以看到,麦弗逊式独立悬架的下控制臂大多呈英文字母“L”型,我们要说的变种就是将“L”型下控制臂拆分成两根连杆,所以它的本质仍旧是麦弗逊式独立悬架。这其中最为著名的就是宝马的双球节式独立悬架。

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    『上图即为宝马3系前悬架』

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      它主销下点设计自由度更大,横向和纵向力受力分开,便于优化设计,同时提高衬套、球铰的寿命。反映到驾驶感受上,在不考虑转向助力系统的前提下,这种较为特殊的机械设定会使车辆的转向系统较为敏感、直接,或者可以说是路感十分清晰,而缺点就是转向较为沉重,特别是在车辆静止的状态下。

    变种衍生类型二:

    代表车型:海外君威GS、君越、XTS

      上面提到的悬架改变主要针对的是下控制臂,第二种改变是弹性支柱的改变,它就是独立主销结构。它在麦弗逊式悬架的基础上加强了横向稳定的设计,又不像多连杆或双叉臂式的前悬架结构那般“繁冗”。

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    『图为凯迪拉克XTS悬架结构对比图』

    凯迪拉克通用凯迪拉克凯迪拉克XTS2013款 36S 铂金版

    凯迪拉克通用凯迪拉克凯迪拉克XTS2013款 36S 铂金版

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      在独立悬架结构上增加的车轮支架结构,形成独立的主销,使弹性支柱不再承担主销的角色。它的结构也很紧凑,并且稳定性和横向刚性高于麦弗逊式独立悬架,抑制点头和扭矩转向的作用比麦弗逊式独立悬架更为优秀;并且它还不用不改变车体结构,减少对减振器的负担。

    ● 横臂式独立悬架(双横臂式独立悬架、双叉臂式独立悬架)

    运动特性:车轮在汽车横向平面内摆动

    代表车型:第四代发现、广汽传祺GA5、丰田皇冠

      我们熟悉的双横臂、双叉臂式独立悬架都是这种车轮在汽车横向平面内摆动的结构。它们都是由两个三点式杆件(A臂)加一个两点式杆件构成的悬架结构。相比麦弗逊式独立悬架,它的横向刚度更好;对于车辆俯仰抑制更好,并且给予工程师设计自由度更高。它的缺点也显而易见,由于结构略显复杂,所以占用空间大,杆件数量增加使得其成本高。

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      除此以外,还有单横臂式独立悬架,它具有结构简单、紧凑易于布置的优点,所以这种悬架主要用于如TATRA(太脱拉)这样的具有越野能力的重卡上,乘用车上使用相对较少。

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    ● 多连杆式独立悬架

    代表车型:福特福克斯、宝马3系、奥迪A6L

      “多连杆式独立悬架”这个名词在各种宣传资料中屡见不鲜,所以我们首先要弄清楚什么是多连杆式独立悬架。目前,我们将三连杆及三连杆以上的悬架称之为多连杆式独立悬架。那么另一个问题产生了,那就是什么才是连杆呢?其实凡是起导向作用,限制车轮自由度的杆件,都计入多连杆的数量中。也就是说纵臂、斜臂、转向拉杆都计入连杆数量。下面让我们用经典的五连杆式独立悬架做个例子吧。

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      它的优点就是设计自由度大,路面冲击对车身影响小,利于提高舒适度。当然对布置空间需求大,成本高,设计复杂,调校难,零部件数量多这些缺点也伴随着它。

    多连杆式独立悬架中常见的五连杆独立悬架

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    多连杆式独立悬架中常见的梯形多连杆

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      上一代奥迪A6L的后悬架使用的就是梯形多连杆式独立悬架,这种结构的后悬架下摆臂呈H型或梯形,实际上同五连杆独立悬架的下控制臂功能接近。

    多连杆式独立悬架中常见的E型多连杆

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    多连杆式独立悬架中常见的三连杆式独立悬架

     

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    不常见的多连杆式独立悬架

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    车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架(纵臂式独立悬架)

      这种车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架也可分为两种,即单纵臂式独立悬架和双纵臂式独立悬架。它们也是很多人容易搞混的悬架结构,很多人都会将它们错认为是非独立悬架,实际上它们属于独立悬架,下面就让我们了解下。

    单纵臂式独立悬架

    代表车型:富康

      单纵臂式独立悬架在车轮上下运动时,主销后倾角会产生较大变化,目前用在前悬架上的几率很少,我们熟悉的“老三样”富康的后悬架便属于单纵臂式独立悬架。

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      它的两侧车轮不是各自独立与车身做弹性连接,而是通过后桥总成连接。弹性垫块将车轮与车身弹性连接,两个单纵臂通过左右扭杆弹簧与后桥总成弹性连接。

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      相比于扭转梁式非独立悬架,这种结构操控性更高。除了富康外,东风雪铁龙塞纳也与之类似。

    双纵臂式独立悬架

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      双纵臂式独立悬架的两个纵臂长度一般相同,形成平行四连杆机构,这样可以使车轮上下运动时,主销后倾角不变,较为适用于转向轮。

    ■ 半独立悬架

    代表车型:速腾

      相信您看过上面的文章,一定对悬架的分类方法有了一定了解,所以我把半独立悬架放在最后为您讲解。我们常说的纵臂扭转梁式悬架便隶属与此。纵臂扭转梁式悬架之所以能够以“半独立悬架”的名义介于多连杆等形式的独立悬架和非独立悬架之间,完全由其独特的结构所决定:简单来说,纵臂扭转梁式悬架由两个纵向摆臂和一个可在一定程度上扭转形变的扭转横梁组成,弹簧和减震器一般布置在纵臂后端靠近车轮轴承座的位置。同样,也有诸多因素会影响到纵臂扭转梁式悬架的运动特性,同时也关系到它的制造成本,首先我们来看看在乘用车上常见的两种形式的纵臂扭转梁式悬架。

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      第一种独立悬架由两个平行于车身纵轴且只提供纵向力的纵臂和位于车轮轴线附近的横梁组成,此外还需要一根横向的止推杆来对悬架进行横向的定位,现款速腾的后悬架就采用的是这种结构。

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      第二种悬架横梁的位置更靠近与车身的连接点,而且两根纵臂与车身的连接点是有一定角度的,老款宝来采用的就是这种结构。

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      除了上面提到的两点,横梁的安装位置还会对车轮的外倾角产生影响,如果横梁越接近车轮,它承受更多的是弯曲应力,这就像举重运动员举杠铃时横杠所表现出的弯曲相似,只不过悬架中横梁的弯曲不会那么明显,同时横梁接近车轮相比接近车身连接点的布置位置会使车轮外倾角随车轮上下跳动时产生更加明显的变化(就像杠铃片的变化),但由于其变化的幅度是个很小的量级,所以,其依然无法像独立悬架那样满足车辆在弯道侧倾时外侧车轮垂直地面的接地要求。

    全文总结:

      作为车架、车身与车桥、车轮间传力链接装置的悬架,会把路面作用于车轮上的力传递到车架、车身上。它会与轮胎一起吸收、缓冲路面不平造成的振动与冲击,但这并不意味着结构越复杂越好,强调空间、不追求极限操控的小型车、紧凑型车使用非独立悬架无可厚非,而追求操控极限、驾驶乐趣的车型也并非只有多连杆式独立悬架一种选择。
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