悬架技术介绍上篇-传统被动悬架

EDC电驱未来 2023年8月28日浏览：1499 收藏：4

悬架系统

通常情况下，悬架系统是指车身和车轮之间的连接装置的总称，它充当车辆的驾乘人员和行驶路面之间的桥梁。车身和轮胎之间的各种力和扭矩，例如支撑力、制动力和驱动力，通过悬架系统传递到车身，以保证车辆处于正常状态。这样，由不平整道路引起的振动是在车辆行驶期间不可避免的现象，并且不平路面引起的路面输入与驾乘舒适度的研究有着密切的联系。因此，需要悬架系统有效地缓解由不规则路面引起的冲击载荷，减弱振动，并确保驾乘人员的乘坐舒适性和保持车辆的抓地能力，这对车辆的整体性能具有显着的影响。显然，一个良好设计的悬架系统应该能够在一个宽泛的振动环境中充分的运行。

悬架技术介绍上篇-传统被动悬架的图1

悬架系统的组成

常规的汽车悬架系统基本上由

1、弹性元件（各类弹簧，起缓冲作用）；

2、减震元件（减震器，起减震作用）；

3、导向机构（控制臂&推力杆组成，起传力和导向作用）；

4.横向稳定器（横向防倾杆，防止车身产生过大侧倾）组成。

弹簧的主要功能是支撑车身和隔离来自于路面的扰动，从而有助于驾乘舒适性。阻尼器可以有助于驾乘舒适性和行车安全性。它任务是充当车身和车轮振荡的阻尼，可以有效地避免车轮振荡并且保证驾乘安全，因为非跳动车轮是传递道路接触力的必要条件。为了提高驾乘质量，关键问题是将车身（也称为簧上质量）与道路干扰隔离并且降低簧上质量的共振峰值接近 1Hz，这被认为是人体的敏感频率。为了提高驾驶安全性，至关重要的是保持轮胎与路面接触并因此降低车轮的共振频率（也称为簧下质量）为10Hz。

悬架技术介绍上篇-传统被动悬架的图2

这些悬架系统性能受弹簧和阻尼器的装配的影响。例如，对于给定的常规悬架系统，悬架可以通过软弹簧和阻尼器设置来提供优异的驾乘舒适性，通过允许大的悬架行程而将底盘与路面引起的振动相隔离。

但是，车辆应该可由驾驶员控制并且确保行驶安全，这就需要在车辆和道路之间有刚性的弹簧和良好阻尼相互耦合作用，防止不必要的悬架扰度，尤其是对于非平稳的驾驶操纵来说，例如，驾驶在一条粗糙的路面或在转弯的情况。因此，关于驾乘质量和驾驶安全性的要求是两个相矛盾的标准。为了解决或至少减少这种冲突，提出了不同的悬架系统。

传统悬架如果按照底盘的结构和特点进行划分，可以将汽车底盘划分为非独立悬架、半独立悬架以及独立悬架三类；

非独立悬架

汽车非独立悬架即左、右车轮用一根整体轴连接，再经过悬架与车架（或车身）连接，过坎时会相互干扰。比如常用的整体桥（浮动桥）式非独立悬架左右轮之间通过一根硬轴连接，形成一个整体的后车桥结构。当一侧车轮受到冲击上下浮动，另一侧的车轮也会随之上下浮动，左右两侧会出现互相干扰的情况，影响车辆的舒适性。整体桥非独立悬架的优点则是承载力强、耐久性、可靠性较好。但对于操控性而言，整体桥悬架有利有弊。优点是能使车轮尽可能的垂直于地面，提供较强的抓地力，美国著名的直线加速赛中的赛车都会采用这种结构的悬架。缺点是自身重量大，因此非簧载质量变大，导致车子的贴地性变差，尤其在过弯时的贴地性很差。综上所述，整体桥式悬架不太适合用在特别强调操控性的汽车上。

悬架技术介绍上篇-传统被动悬架的图3

半独立悬架

汽车非独立悬架介于独立悬架与非独立悬架之间，扭力梁式非独立悬架即属于半独立悬架的，该该悬架结构多应用于前置前驱的轻型轿车的后车桥。该悬架中间的扭力梁可以等效为一个大的防倾杆，无需再去额外布置，可节省一部分成本。扭力梁悬架的侧向支撑性很好，若调校得当，可以获得优异的运动性能，例如雷诺旗下的梅甘娜RS等众多前驱小钢炮。这种悬架的缺点是无法去布置传动轴，因此只能用于前置前驱车的后桥。

悬架技术介绍上篇-传统被动悬架的图4

独立悬架

汽车独立悬架即左、右车轮通过各自的悬架与车架（或车身）连接，互不干扰。由于独立悬架的有点，在众多民用车辆中独立悬架实用较多，其中最有名的三种独立悬架类型有麦弗逊式、双叉臂式以及多连杆式悬架。

5.1 麦弗逊式悬架

麦弗逊式悬架的创始人即工程师麦弗逊（Mcpherson）：1891年麦弗逊出生于美国伊利诺斯州。大学毕业后他曾在欧洲搞了多年的航空发动机，并于1924年加入了通用汽车公司的工程中心。上世纪30年代，通用的雪佛兰分部想设计一种真正的小型汽车，总设计师就是麦弗逊。

麦弗逊对设计小型轿车非常感兴趣，目标是将这种四座轿车的质量控制在0.9吨以内，轴距控制在2.74米以内，设计的关键就是悬架。麦弗逊一改当时盛行的板簧与扭杆弹簧的前悬架方式，创造性地将减振器和螺旋弹簧组合在一起，装在前轴上。后来，麦弗逊跳槽到福特，1950年福特在英国的子公司生产的两款车，是世界上首次使用麦弗逊悬架的商品车。麦弗逊悬架由于构造简单，性能优越的缘故，被行家誉为经典的设计。

麦弗逊式独立悬架的诞生跟前置前驱的车型出现有关（FF，前置前驱指发动机前置，前轮驱动）。麦弗逊悬架形式的构造简单，占用空间小，而且操纵性相较之前较好，而FF车型不仅要求发动机要横向放置，而且还要增加变速箱、差速器、驱动机构和转向机等结构部件，以往的前悬空间根本不足以满足这种车型的要求。而麦弗逊式独立悬架是由在下方的一个横向摆臂+一个支柱组成，支柱本身就承担了转向轴的角色与羊角形成硬连接，因为结构简单，很大程度的节省了车头机舱盖内的横向空间。因此，麦弗逊式独立悬架多用于汽车的前轴。但麦弗逊式独立悬架使车轮的跳动轨迹更接近一条直线，当车身发生侧倾的时候，原本垂直于地面的轮胎也会跟着发生侧倾。当然这并不意味着搭载麦弗逊独立悬架的汽车操控性都不好，一辆汽车的操控性是多方面因素所决定的。例如保时捷911，其前轴也采用麦弗逊式独立悬架，操控性却非常的好。

悬架技术介绍上篇-传统被动悬架的图5

麦弗逊悬架使用非常广泛，从耳熟能详的微型代步车到追求速度和操控极限的高档跑车，很多都在前悬架上面采用了这种结构简单、延伸性好的悬挂系统。就目前我们国内的汽车来说，大部分低中端乘用车前悬架都采用的是最基本形式的麦弗逊式独立悬架，而中高端豪华乘用车及性能车则通常采用改进型的麦弗逊式独立悬架，这其中以下几种最为常见：

结构一：在麦弗逊悬架原有的基础上增加一根上摆臂，使其结构类似于双叉臂式独立悬架，这种混合结构的麦弗逊式独立悬架相较于普通的麦弗逊式悬架来说，它的操控稳定性更高，对于控制侧倾有着良好的表现，舒适度方面也有一定的改进。

结构二：宝马、凯迪拉克等中高端豪华乘用车以及许多运动型乘用车上面运用的麦弗逊式悬架则多为双球节麦弗逊式独立悬架。双球节麦弗逊式独立悬架，它将传统一体式的下摆臂改为了两根连杆，称之为"下前控制臂"和"下后控制臂"，这种设计的特点是主销下点设计自由度更大，横向和纵向受力分开，有利于提高衬套、球铰的寿命。同时，车轮转向所需的轮拱内部空间也相对变小。采用双球节麦弗逊式悬架会使车辆转向系统变得更为敏感、直接，路感反应清晰，对车辆的操控性有所提高，同时降低车辆侧倾，能够有效的抑制车辆刹车点头现象，提高转向精准性。

悬架技术介绍上篇-传统被动悬架的图6

结构三：对于保时捷公司来说，它们对于麦弗逊式独立悬架的改进并不是在整体结构上作出改变，更多的是通过以下几个方面作出改变：1.材料优化（高强度轻量化）：减振跟弹簧都用了较高等级的，A字型下摆臂臂材料采用铝合金材质，强化的横向稳定杆等；2.造型结构优化：A字型下摆臂造型开口大而长（已经类似于长叉臂），给力的铝合金副车架与A字型下摆臂形成了非常强的联动关系；3.悬架调校：保时捷拥有全球顶级悬架调校专家，在悬架结构的位置布局方面有着深厚的调教经验。

悬架技术介绍上篇-传统被动悬架的图7

5.2 双叉臂式悬架

双叉臂式独立悬架与麦弗逊独立悬架相比，双叉臂独立悬架多出一个上横臂，转向结在上下两个横臂与羊角连接的顶点，而不再是减震器的主轴（支柱）。因此车轮的转向变的更加的灵活，转向动作与车轮的跳动得到了更好的优化。操控方面，由于双叉臂悬架使车轮跳动的轨迹为一条弧线，在车辆过弯发生侧倾时，轮胎可以更好的贴附于路面，提高行驶的稳定性。所以，大部分性能车都会使用双叉臂独立悬架。但比较大的上横臂会占用较多的横向空间，影响发动机舱内其它零件的布置是双叉臂独立悬架的缺点。

悬架技术介绍上篇-传统被动悬架的图8

双叉臂式悬架，英文名叫做Double Wishbone Suspension，双叉臂其实就是上下各有一个叉子式的叉臂结构，利用了三角稳固的原理。副车架和羊角架上的球头连接点比麦弗逊式要多出一倍的数量，这样可以强化其安全性，同时对于常见的制动推头现象，当制动时车辆重心前移挤压前减震器和弹簧的时候，叉臂同样可以起到顶住车身抑制推头的作用，所以在同级别的车系对比测试时，双叉臂的前悬架在抑制推头的能力上普遍比麦弗逊式前悬架要好很多。

目前市面上大多跑车是使用前后两个双叉臂结构的，也就是一辆车上有四个双叉臂，这样的结构在设计时是很麻烦，不但要选择减震器和弹簧进行匹配试验，还要确定不同的叉臂的强度、连接杆的长度和角度，安装的位置，材料的选择，如何制造出来等等，从这个角度来说，一分钱一分货是非常有道理的。但是多了这些东西控制车子，对车子的舒适性和操控性的改善必然是较明显的。而大多数的家用轿车和SUV都没有跑车那么低矮的车身，为了能够在横向上尽量给发动机的布置留出空间，所以使用了双叉臂结构的轿车和SUV的上叉臂需要另外设计一个独立的弯曲支撑，而不是像跑车那样直接连接在轮毂的羊角架上，下图的S形支撑就是相对于上图多出来的支撑件，之所以要弯曲，是为了避免这个支撑件干涉轮胎。

悬架技术介绍上篇-传统被动悬架的图9

和麦弗逊的下单叉臂结构相比，至少双叉臂的作用有以下几点：

一是增加了横向多角度的控制力；

二是强化了纵向控制力；

三是强化了连杆与车身和羊角架的连接；

四是麦弗逊的下叉臂只能控制车身底部，而双叉臂多了上叉臂，还可以有效控制车身的上部。

5.3 多连杆式独立悬架

悬架技术介绍上篇-传统被动悬架的图10

多连杆独立悬挂，可分为多连杆前悬挂和多连杆后悬挂系统。其中前悬挂一般为3连杆或4连杆式独立悬挂；后悬挂则一般为4连杆或5连杆式后悬挂系统，其中5连杆式后悬挂应用较为广泛。因多连杆连接能提供多个方向的控制力，使轮胎具有更加可靠的行驶轨迹。多连杆悬挂能实现主销后倾角的最佳位置，大幅度减少来自路面的前后方向力，从而改善加速和制动时的平顺性和舒适性，同时也保证了直线行驶的稳定性，因为由螺旋弹簧拉伸或压缩导致的车轮横向偏移量很小，不易造成非直线行驶。在车辆转弯或制动时，多连杆悬挂结构可使后轮形成正前束，提高了车辆的控制性能，减少转向不足的情况。多连杆悬挂在收缩时能自动调整外倾角，前束角以及使后轮获得一定的转向角度。通过对连接运动点的约束角度设计使得悬挂在压缩时能主动调整车轮定位（这个设计自由度非常大），能完全针对车型做匹配和调校以最大限度的发挥轮胎抓地力从而提高整车的操控极限。多连杆悬挂结构相对复杂，材料成本、研发实验成本以及制造成本远高于其它类型的的悬挂、而且其占用空间大，中小型车出于成本和空间考虑极少使用这种悬挂。

下图为五连杆独立悬架，五根连杆分别指主控制臂、前置定位臂、后置定位臂、上臂和下臂，其中，主控制臂可以起到调整后轮前束的作用，以提高车辆行驶稳定性，有效降低轮胎的摩擦。多连杆独立悬架在操控性方面与双叉臂独立悬架难分伯仲。但在舒适性方面，多连杆独立悬架往往更胜一筹。很多对操控性与舒适性有较高要求的中大型车多会在后车桥采用此种悬架类型。

悬架技术介绍上篇-传统被动悬架的图11

上图为五连杆独立悬架，是较常见的五连杆式悬挂，其五根连杆分别为：主控制臂、前置定位臂、后置定位臂、上臂和下臂。它们分别对各个方向产生作用力。

比如，当车辆进行左转弯时，后车轮的位移方向正好与前转向轮相反，如果位移过大则会使车身失去稳定性，摇摆不定。此时，前后置定位臂的作用就开始显现，它们主要对后轮的前束角进行约束，使其在可控范围内；相反，由于后轮的前束角被约束在可控范围内，如果后轮外倾角过大则会使车辆的横向稳定性减低，所以在多连杆悬架中增加了对车轮上下进行约束的控制臂，一方面是更好的使车轮定位，另一方面则使悬架的可靠性和韧性进一步提高。

车轮倾角角度的不同会直接影响到轮胎的磨损，同时，多连杆悬挂结构能通过前后置定位臂和上下控制臂有效控制车轮的外倾角。举个简单例子来说：当车轮驶过坑洼路面时，首先上下控制臂开始在可控范围摆动，以及时准确的给予车轮足够的弹跳行程，如果路面继续不平，同时车辆的速度加块，此时前后置定位臂的作用就是把车轮始终固定在一个行程范围值内，同时液压减震器也会伴随上下控制臂的摆动吸收震动，而主控制臂的工作就是上下摆动配合上下控制臂使车轮保持自由弹跳，令车身始终处于相对平稳的状态。

正是因为多连杆悬架具备多根连杆支杆，并且连杆可对车轮进行多个方面作用力控制，在做车轮定位时可对车轮进行单独调整，并且多连杆悬架有很大的调校空间及改装可能性。不过多连杆悬挂由于结构复杂、成本高、零件多、组装费时，并且要达到非独立悬架的耐用度，始终需要保持连杆不变形、不移位，在材料使用和结构优化上也会很考究。所以多连杆悬架是以追求优异的操控性和行驶舒适性为主要诉求的，而并非适合所有情况。

注：文章中引用数据和图片来源网络

文章来源：汽车动力总成