和工程師聊技術(shù)(2) 慢慢消失的雙叉臂
【太平洋汽車(chē)網(wǎng) 技術(shù)頻道】前陣子,7代高爾夫的推出引來(lái)諸多熱議的話題,其中槽點(diǎn)最高的就是其后懸掛由原來(lái)的多連桿變成了扭力梁,諸多網(wǎng)友紛紛吐槽減配,不厚道等等。而那些國(guó)內(nèi)的諸多中級(jí)車(chē)換代時(shí)前懸掛紛紛由雙叉臂變成麥弗遜這回事兒似乎呼聲就不那么高。那到底是什么導(dǎo)致雙叉臂懸掛慢慢變成麥弗遜懸掛呢?
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針對(duì)這個(gè)問(wèn)題,我們找了廣汽研究院的一位做底盤(pán)性能分析的老朋友謝立煒聊了一下這個(gè)話題,覺(jué)得在中低級(jí)車(chē)上雙叉臂消失是明顯的趨勢(shì)。本文將會(huì)從平臺(tái)化、成本、布置空間以及變種懸掛四個(gè)方面和技術(shù)控網(wǎng)友聊一下。(注:編輯和工程師的溝通僅限于技術(shù)交流,文中任何具體觀點(diǎn)均和工程師無(wú)關(guān),純屬編輯個(gè)人看法)
上期文章回顧:
● 廣汽研究院底盤(pán)性能分析工程師——謝立煒
謝立煒,畢業(yè)于武漢理工大學(xué),廣汽研究院底盤(pán)性能分析工程師。
● 本期的《和工程師聊技術(shù)》背景介紹
在去年新推出的馬自達(dá)ATENZA以及本田第九代雅閣,它們倆的前懸掛都由原來(lái)的雙叉臂變成了麥弗遜。比起某德系神車(chē)后懸變成扭力梁來(lái),呼聲和槽點(diǎn)似乎就要低沉一些。那是不是就意味著時(shí)代會(huì)接受中級(jí)車(chē)前懸掛向麥弗遜轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)呢?
● 麥弗遜和雙叉臂前懸掛對(duì)比,結(jié)構(gòu)和性能有什么特點(diǎn)呢?
在結(jié)構(gòu)上,麥弗遜式由螺旋彈簧、減震器和A形下擺臂組成,也有很大一部分車(chē)型還會(huì)加上橫向穩(wěn)定桿。減震器一般會(huì)和螺旋彈簧合為一體,下端與A形下擺臂通過(guò)球鉸相連接,上端則與車(chē)身連接,充當(dāng)轉(zhuǎn)向支柱轉(zhuǎn)動(dòng)。而A形下擺臂則是負(fù)責(zé)吸收轉(zhuǎn)向時(shí)的橫向力。而雙叉臂懸掛結(jié)構(gòu)則較為復(fù)雜,它由兩根A形臂(一般情況下是上短下長(zhǎng))、減震器和螺旋彈簧所組成的。上下兩根A形擺臂分別通過(guò)球鉸與車(chē)輪上的轉(zhuǎn)向節(jié)上下節(jié)臂相連。上下A形擺臂負(fù)責(zé)吸收轉(zhuǎn)向時(shí)的橫向力,而減震器和螺旋彈簧只負(fù)責(zé)控制車(chē)輪上下跳動(dòng)和支撐車(chē)身重量。
在性能上,麥弗遜式懸掛結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單所以它輕量、響應(yīng)速度快。并且在一個(gè)下擺臂和支柱的幾何結(jié)構(gòu)下能自動(dòng)調(diào)整車(chē)輪外傾角,讓其能在過(guò)彎時(shí)自適應(yīng)路面,讓輪胎的接地面積最大化。不過(guò)抗剎車(chē)點(diǎn)頭作用較差,懸掛剛度較弱,穩(wěn)定性差,轉(zhuǎn)彎側(cè)傾明顯。一般中小型車(chē)前懸掛上會(huì)比較常見(jiàn)。
而雙叉臂懸掛能對(duì)車(chē)輪定位參數(shù)精確控制,上下A形擺臂的長(zhǎng)度不相等能讓車(chē)輪能夠很好的緊貼地面,有較強(qiáng)的橫向剛性又提供了很好的側(cè)向支撐。對(duì)于車(chē)輛的操控性能來(lái)說(shuō),這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性是顯而易見(jiàn)的,所以深受各種超跑,甚至是F1賽車(chē)、SUV或者皮卡的喜歡。當(dāng)然,雙叉臂懸掛的結(jié)構(gòu)要為復(fù)雜,占用空間較大,成本較高,因此并不適用于小型車(chē)前懸掛。
說(shuō)了那么多,其實(shí)雙叉臂與麥弗遜在結(jié)構(gòu)上的最主要差異表現(xiàn)在叉臂和減震器上。
另外,雙叉臂的減震器一般安裝在下擺臂上面,而麥弗遜減震器一般裝在轉(zhuǎn)向節(jié)上面。那到底是什么原因讓中低級(jí)越來(lái)越喜歡麥弗遜,而雙叉臂則越來(lái)越少呢?
帶著到底為什么中低車(chē)會(huì)越來(lái)越少會(huì)采用雙叉臂懸掛的疑問(wèn),我們與廣汽研究院謝工進(jìn)行了深入探討,認(rèn)為應(yīng)該從平臺(tái)化的影響、成本因素、布置空間以及變種麥弗遜懸掛的出現(xiàn)四個(gè)方面來(lái)分析,到底是什么原因?qū)е码p叉臂懸掛的慢慢消失。
● 平臺(tái)化戰(zhàn)略說(shuō)到底還是成本問(wèn)題
近些年來(lái),車(chē)型的更新?lián)Q代速度也越來(lái)越快,為了適應(yīng)市場(chǎng)需求,減短新車(chē)型研發(fā)時(shí)間,各大車(chē)廠都開(kāi)始進(jìn)行平臺(tái)化戰(zhàn)略了。就如大眾的MQB平臺(tái)(橫置發(fā)動(dòng)機(jī)模塊化平臺(tái)),出自MQB同一模塊平臺(tái)的產(chǎn)品,可以共享同樣規(guī)格的發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱及空調(diào)等總成,共享比例大約達(dá)到整車(chē)零部件的60%。
用一套底盤(pán)平臺(tái),僅僅通過(guò)軸距輪距的改變,來(lái)適應(yīng)不同的車(chē)型,這些車(chē)型從A級(jí)一直過(guò)度到B級(jí),可能還包含SUV和MPV。按理說(shuō),一個(gè)平臺(tái),可以裝麥弗遜,也可以裝雙叉臂。但是如果只能裝麥弗遜的平臺(tái)肯定要比可以裝兩種懸掛的平臺(tái)要少不少研發(fā)費(fèi)用。比如,一個(gè)平臺(tái)最初只是為了生產(chǎn)小型車(chē)到中型車(chē)的,那明顯開(kāi)發(fā)第一種平臺(tái)成本要小。另外根據(jù)我們多次的工廠參觀得知,從裝配工藝角度上來(lái)說(shuō),最后的合車(chē)工藝麥弗遜懸掛要比雙叉臂懸掛少很多工序,可以節(jié)省裝配時(shí)間提高產(chǎn)能。
● 雙叉臂的研發(fā)和制造成本比麥弗遜高,最終導(dǎo)致車(chē)價(jià)上升
接著剛才的平臺(tái)化繼續(xù)說(shuō),平臺(tái)化就是為了縮短開(kāi)發(fā)周期和節(jié)約成本的,但平臺(tái)本身的開(kāi)發(fā)費(fèi)用卻是非常龐大的(此前馬丁·文德恩曾透露,大眾在MQB平臺(tái)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面4年來(lái)累計(jì)投資大約在500億英鎊左右)。這句話表面上看起來(lái)有些矛盾。但細(xì)想,一個(gè)平臺(tái)開(kāi)發(fā)出來(lái)肯定要滿足多種懸掛才行,就好像PQ25平臺(tái)的后懸都可以不同那樣,這樣才能生產(chǎn)更多種類(lèi)的車(chē)型,這樣一來(lái)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)費(fèi)用就高了。但是同一個(gè)平臺(tái)能生產(chǎn)的車(chē)型越多,那么平臺(tái)的開(kāi)發(fā)費(fèi)用分?jǐn)偟礁鱾€(gè)車(chē)型上就會(huì)越少。
而回歸到某一個(gè)部件或者總成的成本主要分為兩部分,一是材料成本,二是開(kāi)發(fā)成本。材料成本不言而喻,雙叉臂懸掛相比麥弗遜懸掛直觀上少一個(gè)擺臂,細(xì)節(jié)上來(lái)看,為了避讓輪輞,同時(shí)考慮布置,雙叉臂懸掛常常以高位上擺臂的形式的出現(xiàn),相比于普通麥弗遜,轉(zhuǎn)向節(jié)多出一個(gè)很長(zhǎng)的支撐出來(lái)。減震器安裝方面,雙叉臂懸掛一般會(huì)多出一個(gè)支架,用于連接下擺臂和減震器,而麥弗遜直接固定在轉(zhuǎn)向節(jié)上。
開(kāi)發(fā)成本主要就是多出的那些部件的前期設(shè)計(jì)、試制、開(kāi)模等等,這里面的耗費(fèi)的資金是相當(dāng)龐大的。一個(gè)真空鑄鋁的懸掛下擺臂開(kāi)模就需要花費(fèi)600萬(wàn)。
● 雙叉臂懸掛的布置需要占據(jù)更多的空間
現(xiàn)在大部分的乘用車(chē)都為前驅(qū),導(dǎo)致傳動(dòng)部分都集中在前部。麥弗遜的一個(gè)最大的設(shè)計(jì)特點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單能帶來(lái)兩個(gè)直接好處那就是:懸掛重量輕和占用空間小,不會(huì)與傳動(dòng)部分爭(zhēng)奪空間,甚至是干擾傳動(dòng)。
而雙叉臂懸掛結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,零部件也相對(duì)較多,減震器支架也是為了避讓傳動(dòng)軸而設(shè)計(jì)的很復(fù)雜,另外就是上擺臂的安裝占據(jù)了大量空間,會(huì)影響到發(fā)動(dòng)機(jī)艙的空間和一定的駕駛室空間。
● 麥弗遜衍生品的出現(xiàn)會(huì)加快雙叉臂的消失
從性能上講,雙叉臂先天比麥弗遜性能更好。但是,現(xiàn)在由于麥弗遜懸架的變種出現(xiàn),慢慢彌補(bǔ)了麥弗遜的不足,結(jié)合麥弗遜的優(yōu)點(diǎn),所以更多的中級(jí)車(chē)開(kāi)始使用麥弗遜懸架而拋棄雙叉臂。具有代表性的就是寶馬的雙球節(jié)和通用的hiper-strut。
寶馬雙球節(jié)前懸掛其實(shí)是麥弗遜懸掛的一種衍生產(chǎn)品(寶馬在1系和3系上有采用),與標(biāo)準(zhǔn)的麥弗遜懸掛相比,雙球節(jié)懸掛的A形下擺臂換成了一前一后兩根連桿,使得導(dǎo)向機(jī)構(gòu)對(duì)車(chē)輪定位參數(shù)的控制更加精確,同時(shí)在合理的布置桿系角度后可以更好的承載側(cè)向力。雙球節(jié)懸掛良好地繼承了標(biāo)準(zhǔn)版麥弗遜懸掛體積小、質(zhì)量輕的優(yōu)勢(shì)。不過(guò)雙球節(jié)懸掛與標(biāo)準(zhǔn)麥弗遜懸掛相比也有一些不足,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。
而hiper-strut前懸掛減震器下部與hiper-strut軛型結(jié)構(gòu)上部相連,車(chē)輪轉(zhuǎn)向軸心(主銷(xiāo))被外移了,同時(shí)懸掛的整體剛性得到提高。用一個(gè)運(yùn)動(dòng)副代替了上擺臂,不僅可以更精確控制車(chē)輪,還能承載一定的側(cè)向力,同時(shí)減小了主銷(xiāo)偏置距,減小了扭矩轉(zhuǎn)向,對(duì)整個(gè)操控穩(wěn)定性都有積極的作用。
總結(jié):近幾年來(lái)的汽車(chē)的更新?lián)Q代也跟上了電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的步伐,為了順應(yīng)市場(chǎng)需求與時(shí)代趨勢(shì),有時(shí)候不得不采用一些手段來(lái)獲得捷徑。技術(shù)始終都會(huì)越來(lái)越先進(jìn)不存在倒退現(xiàn)象,可以這么說(shuō),配合上更為先進(jìn)的電子設(shè)備和更加先進(jìn)的懸掛形式,麥弗遜類(lèi)型的懸架已經(jīng)可以在某種程度上代替?zhèn)鹘y(tǒng)的雙叉臂懸架,再加上麥弗遜懸架在成本和空間上的優(yōu)勢(shì),雙叉臂漸漸在中低級(jí)車(chē)消失是一種趨勢(shì),但是這種經(jīng)典的消失,未免讓人有點(diǎn)難過(guò)……
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