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複合多連桿懸架及變異——懸架俗解


- 2017年12月07日06時00分
- 汽車文摘 / 知乎專欄

閱讀本篇之前請先閱讀前三篇關於懸架技術俗解的文章(點選此處傳送到第一篇,此處傳送到第二篇,此處傳送到第三篇),否則理解起來可能會有點困難。本篇的重點是說複合多連桿式懸架,仍舊是俗解。

複合多連桿式懸架

這個類別的懸架是最常見的也是最難說清楚的,滿大街都是相互山寨的複合多連桿,同時它也是問題最多的一種懸架形式,嚴格來說,它其實應該叫做三連桿式,不過名稱沒有意義,大家都叫它複合多連桿,我們也這麼叫吧,先看一個實物圖。

複合多連桿懸架及變異——懸架俗解圖片


是不是感覺看起來很複雜的樣子?實際上複合多連桿是一種神經病結構,為了避免麻煩,我們還是借用手臂推車的方式來直接上圖,你一定還記得我們上期說過的雙橫臂式懸架吧?雙橫臂式懸架的基本原理變化是從兩連桿式開始的。

複合多連桿懸架及變異——懸架俗解圖片

把兩連桿的前面那根杆往上挪一下,就可以錯位控制橫向的力量同時兼顧不同高度對車身的控制能力,還可以把彈簧拆下來放到後面那根杆上,這樣就得到了雙橫臂式懸架。

複合多連桿懸架及變異——懸架俗解圖片

如果把雙橫臂的後下臂往後挪移一點,同時在前下方再新增一根杆子,這和雙橫臂或兩連桿不同的地方在於相當於長了三隻手臂來控制車身,這就是我們這期要說的複合多連桿的基本結構。

複合多連桿懸架及變異——懸架俗解圖片


單看這個結構,去掉前面的兩根手臂,就是一個簡單的麥弗遜,保留前面兩根手臂的下面一個它就是兩連桿結構,保留前面兩根手臂的上面一個它就是雙橫臂結構,三根手臂都保留就是三連桿,所以說複合多連桿結構本質上是三連桿一點都沒冤枉它,它也一點都不神奇,但這不是它的全部結構,為了不至於一次說的太複雜,它還有一根扁扁的手臂,長出來就是這樣的。

複合多連桿懸架及變異——懸架俗解圖片

你一定還記得兩連桿結構其實還有一根牽引臂,這跟黃色的扁扁其實也是牽引臂,不過它像拍黃瓜一樣被拍扁了。牽引臂,顧名思義,主要是幫助拖著後輪跟隨前輪運動。

現在把這個基本原理圖換成下面的素描圖來看,複合多連桿就是兩根前杆一上一下(綠色和藍色,分別叫做上控制臂和下控制臂)加一根寬粗的後杆(紅色,為了方便安裝彈簧,特地搞了一個大窩窩,你也可以叫它主控制臂),然後再加上一個扁扁的牽引杆(黃色,術語叫做縱臂或牽引臂),之所以叫它複合多連桿是因為混雜了較多的元素。

複合多連桿懸架及變異——懸架俗解圖片

綠色的上控制臂是彎曲的,當年福克斯剛上市時還給這個彎曲的上控制臂取了個別緻的名字叫做刀鋒式控制臂,實際上不過就是個抽屜拉手而已,它之所以彎曲還不是為了能夠保持一定的彈性空間,如果像叉臂那樣緊繃繃的又只有一根獨苗單杆難免會傷筋動骨。

市售絕大多數的複合多連桿車系都是這種結構模式,特別是那些原本是小型的A級車在進行了加長加大的換代以後逐漸向B級車的尺寸靠近,這時候再用扭力樑感覺不好意思了,只要有一個不用扭力樑的車系出現,按照汽車圈惡俗的對標潛規則,其他品牌的車都會跟進。還有一些整體技術相對有些過時的B級車也採用這種結構,就連最新的思域都把後雙橫臂換成了這種模式,新款CRV也不能免俗。

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從操控角度上說複合多連桿會比兩連桿或雙橫臂強點但也別指望好到天上,從歷史來看,80%的這種結構的車都有塌屁股的毛病,因為它的設計天生的就具備塌屁股的能力,同時,它也有幾乎所有塌屁股車附帶出現的併發症——啃胎和吃胎的現象非常普遍和嚴重,當然雙橫臂的車也容易啃胎,由於本篇主要介紹的是懸架,對於這些毛病我們以後會在車輛的評價標準裡詳細介紹。

複合多連桿懸架及變異——懸架俗解圖片

上面說的複合多連桿懸架是把彈簧放到了主控制臂上,為了安裝彈簧方便,還在主控制臂上挖了一個大窩窩留給彈簧,這樣安裝起來就非常省事了,這導致了整個主控制臂看起來很粗壯的樣子。

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實際上它完全是虛浮的腫胖,對於機械結構來說,短板理論同樣適用,最粗大強壯的部分不能決定極限效能,往往是最脆弱的部分決定了使用壽命,這個腫胖的主控制臂完全可以精簡的,它的實際結構如下圖,你看到的大窩窩就是安裝彈簧的位置,它實際上是空心的槽狀結構,強度最弱的地方在左右兩側的連線點。

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早期由於複合多連桿懸架的專利保護期未到,因此各種複合多連桿主體結構非常相似,但細節差異很大,我們從上一代邁騰(帕薩特B7)的後懸架主控制臂可以明顯看到這種差異。

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從兩根主控制臂的兩頭的支點進行連線,會發現它們與地面之間形成一個明顯的夾角,當後排多讓人乘坐時,會給彈簧留下足夠的緩衝空間,如果減震系統的阻尼適當,這樣可以獲得韌性感,如果減振偏軟,那麼會獲得舒適感,如果減振偏硬,就會得到蹦蹦跳跳的感覺,有人會覺得硬並誤以為是操控感,不過這個和操控沒關係,因為它不對車體有任何橫向的控制。

但同樣是因為這個角度的存在,當後排多人乘坐時會把彈簧往下壓,這時主控制臂和地面之間的夾角會變小,但是主控制臂的長度是一定的,中間的固定支點是剛性連線,那麼當主控制臂變成水平時,原本的長度就只有推著輪胎往外伸展,這樣兩隻輪胎就會形成明顯的八字形,其實八字形的兩隻輪胎對操控穩定性是有好處的,正常的輪胎也並不是完全和地面垂直的,只是偏角很小,肉眼幾乎看不到,但是邁騰的這種結構會把八字撐大,撐大到輪胎上部蹭到車體,於是就發生了上面說的啃胎現象,而且比較普遍和嚴重。

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如果彈簧的彈性係數偏小,長期的多人反覆乘坐可能會造成彈簧本身的失效,也會引起懸架整體的塌陷,同樣附帶著會產生大面積的啃胎現象。

事實上,這種懸架不但喜歡塌屁股,它還有別的毛病,這個毛病就出在牽引臂上,牽引臂在有些車上也叫做縱臂,由於車子經常轉向或者上下跳動,所以它不但會負擔一些牽引的力,同時還會負擔制動和一些扭轉的的力量,正是在這些力量的持續刺激下,它經常會自暴自棄,實在忍受不了了就以自動斷裂來威脅,曾經有一陣子某款車老是要車主回去大補丁的就是屬於這種情況。但是兩連桿或者五連桿懸架裡面的杆式的牽引臂由於抗扭轉的強度要比這種好很多,所以杆式的牽引臂我們幾乎沒見過這方面的毛病。

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複合多連桿懸架還有一個細分的變化就是減震筒和彈簧合在一起的佈局方式,為了減少車身的跳動,會把減震器和彈簧通過螺栓與後下方的主控制臂剛性連線起來,通常SUV類的產品和特意強調操控的轎車上一般都採用這種佈局方式,比如進口版的JEEP指南者、豐田銳志、皇冠、三菱勁炫、進口版標緻4008等等,而這種類型的車很少有塌屁股的毛病,所以懸架結構很重要。

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但是在具有和老款邁騰相似結構的馬自達、福特或者沃爾沃的後複合多連桿懸架,因為沒有明顯的主控制臂和地面夾角的存在,這種塌屁股的毛病就很少。

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複合多連桿懸架是市售車型懸架系統裡一個最大的族群,它起源於馬自達的技術專利,包括現在馬自達家族的馬自達3、昂克塞拉、馬自達6、睿翼、阿特茲、CX-4、CX-5、CX-7;福特家族的福克斯、蒙迪歐、致勝、翼虎、銳界;沃爾沃家族的沃爾沃老款S40、沃爾沃S60L、S90以及在平臺上衍生的SUV類產品XC60、XC90,原因很簡單,福特曾經是馬自達、沃爾沃的大股東。

而且這個家族還有其他的親戚,這主要是因為汽車圈子的挖角引起的,比如大眾家族改頭換面的速騰、高爾夫、邁騰、帕薩特、途觀、凌渡,斯柯達家族的明銳、YETI、速派,AUDI家族的A3、A4、A4L,再加上以模仿秀起家的現代汽車的名圖、索納塔、途勝、ix35以及直接COPY現代汽車的起亞汽車,豐田家族的銳志、RAV4、雷克薩斯的IS、GS;別克的君威、君越;日產的天籟;三菱標緻的某些SUV車系;現在連本田也加入了進來,還有我們大天朝的以山寨著稱的企業,不數不知道,一數嚇一跳!

隨著專利技術的開放和複合多連桿技術的不斷改進,目前市售車系的複合多連桿懸架因為天生的設計缺陷帶來的毛病越來越少,即便是曾經的高發病區大眾品牌旗下,最新的複合多連桿也逐漸消除了這種隱患,我們可以從凌渡和新邁騰明顯的看到這種變化。

複合多連桿懸架及變異——懸架俗解圖片

複合多連桿懸架及變異——懸架俗解圖片

但是對於原生的馬自達家族和其近親來說,一開始就不存在這樣的設計問題,至於最近加入的生力軍本田思域,同樣也會把這個問題避免掉,至少在大眾整個上一代的後懸架設計中,我們看不到德國人的嚴謹和認真,這也是我為什麼說大眾的質量問題和大多數在製造環節不嚴謹的品牌不一樣,它的質量問題不是在製造階段產生的,而是在設計階段就帶來了,燒機油的毛病也一樣。

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複合多連桿懸架的變種

複合多連桿懸架的變種其實並不多,使用的品牌也比較少,比較特殊的是雷諾日產體系和斯巴魯旗下的某些車系的,這兩種複合多連桿都特別值得一提。

上上一代的天籟後懸架主控制臂採用了鋁合金材質的兜底設計,紅色的是主控制臂近似和地面水平,但綠色區域是安裝彈簧的位置,可以看到明顯的彈簧基座位置比主控制臂的實際位置低了很多,這樣做的目的是為了強化日產一貫堅持的舒適性。

複合多連桿懸架及變異——懸架俗解圖片

之所以說它是兜底的設計是因為這種複合多連桿結構很像一個網兜子,或者是一個彈簧繩子做的鞦韆,這樣你就可以明白其舒適性的意思了。

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這種懸架也是塌屁股的高發區,因為為了強調舒適性,天籟的彈簧選擇也是最軟的(所以其操控效能在當時的中級車測試中也是最差的),當彈簧受多人頻繁乘坐的重壓失效時,直接導致了塌屁股連帶導致了啃胎現象,注意,這種毛病和大眾的控制臂夾角導致的塌陷原因是有本質區別的,所以最新的天籟乾脆放棄了這種結構,直接向大家看齊,在結構上幾乎和主流設計完全一致。

雷諾日產體系的複合多連桿的另一個不同在SUV車系裡,不過這次不是主控制臂的不同,而是那根常見的鬧毛病的牽引臂的不同,我們可以先看一下新奇駿或新逍客的後複合多連桿懸架的實物圖,這兩款車的後懸架結構完全一致,最大特點是減震器的傾斜角度非常大,可以兼顧高重心SUV對車體上部的控制。

複合多連桿懸架及變異——懸架俗解圖片

縱臂並不是常見的扁平模式,而是一個彎曲的管狀結構,這樣可以承受更多不同角度的外力,尤其是SUV車型在輕度越野時的對車身的扭轉力量。

複合多連桿懸架及變異——懸架俗解圖片

換個角度鑽到車底下可以周詳的把這個結構看清楚,所以僅就結構來說,管狀牽引臂加上傾斜的減震器佈置使奇駿或逍客成為SUV類車系裡為數不多的具備輕度越野能力的車,實際的越野表現中也的確是這樣。

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複合多連桿懸架的另一個變種是強化的複合多連桿式懸架,它是是介於偏操控的複合多連桿和五連桿之間的一種類型,如果在複合的多連桿懸架的基礎上把上面的一根單獨的杆變成一個叉臂的形式,這就是一個上單叉臂+下複合三連桿的結構,但牽引臂的類型跟傳統的扁平牽引臂也不一樣,實際上它也非常類似介紹過的五連桿結構。

複合多連桿懸架及變異——懸架俗解圖片

這是誰這麼非常規思維,我們前面說過強化的麥弗遜式結構,你沒有猜錯,這種強化的複合多連桿結構同樣是斯巴魯家族的產物!下圖是斯巴魯家族的複合多連桿結構實車底盤俯檢視。

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和常規的複合多連桿不同的地方在於藍色指示的地方絕大多數車子用的是一根彎曲的杆,斯巴魯家的用的是一個叉子,這實質上是一個上叉臂結構,紅色所指是下後方的主控制臂,黃色所指是前下控制臂。綠色所指是牽引臂,和你在上面看到的普通複合多連桿扁平的牽引臂並不相同,不相同的地方有兩點,一是這個用的是杆子,不是扁擔,第二個是牽引臂與車身縱向成一定的角度連線在副車架上,所以它可以避免那些自暴自棄的牽引臂斷裂問題。這種模式也不是斯巴魯獨有,部分豪華品牌的車型也採用這種模式。

一個問題

常見的懸架品種也就在這裡了,那麼就自然衍生出來另一個問題,既然懸架的種類這麼多,為什麼前懸架幾乎都是麥弗遜式呢?嚴格來說,市售車型99%的前懸架都是麥弗遜式,而另外1%的是雙叉臂和雙橫臂式,最大的原因其實有四個:

為機艙節省空間。

製造成本也更便宜。

大多數家用車都是前驅,前輪還需要佈置驅動半軸和轉向拉桿,因此輪轂上也需要空間,而叉臂式或多連桿結構會使用太多的羊角架,輪轂很難在佈置那麼多的羊角架同時再佈置驅動半軸和轉向拉桿。

前輪作為轉向輪,多連桿由於杆子之間相互牽制,不利於實現靈活的主動轉向。

從目前市面上在售的車型來看,整體上來說,A00級、A0級的後懸架整體沒什麼變化,還是樑式為主,A級逐漸向傳統的複合多連桿靠近,在A級裡,速騰和凌渡的多連桿問題已經逐漸解決,思域也從雙橫臂進化到傳統的複合多連桿,所以整體上A級是有進步的,但進步不大。進步最大的是B級,這個級別是舒適取向的複合多連桿的集中使用區,也是塌屁股、斷臂、啃胎吃胎爆發最集中的地方,好在他們都在改正。

至於沒有提到的其他的車型,我覺得大都還算在正常車型之列。最後,比較一下曾經的寶馬3、5、7系後懸架的差異算作定性的懸架分析的結束,相信我不說,你也能明白哪個是哪個,但是,最新一代的357們好像也學的越來越精明瞭!

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