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实用与实在 拖曳臂式半独立悬架

(2007-10-19 10:41:29)
标签:

汽车/试驾

实用

悬架

拖曳臂

半独立

分类: 我的汽车观

实用与实在

汽车悬架系统之扭转梁式非独立悬架


如今,已有越来越多的A级以上轿车开始抛弃扭转梁式后悬结构,转而使用操控性能更好、乘坐舒适性更高的多连杆或双叉臂式悬架。这是否意味着结构简单、成本低廉的扭转梁式悬架已无用武之地了?答案并非如此。

 

  通常在许多旧版本教材上提到的拖曳臂式悬架,其实和我们要说的扭转梁式悬架是两个概念。拖曳臂通常指的是纵向控制臂,是一个部件,它在多连杆式后悬架上比较常见。而命名悬架一般是以横向结构作为衡量指标,包括多连杆、双叉臂都是如此,因此在扭转梁式后桥上,扭转梁指的就是连接左右车轮的扭杆弹簧横梁。因此,扭转梁式后桥的准确说法应该是扭杆弹簧横梁式后悬架。另外还有一个问题必须弄明白,扭转梁式后桥到底是独立结构还是非独立结构?其实答案不言而喻,中间的扭杆弹簧横梁并没有断开,因此左右车轮的跳动互有牵连,那么这种结构的后桥只能定义为非独立式。其实所谓半独立式的说法只是人们对于这种悬架的左右侧车轮存在一定幅度的独立扭转特性的定义而已,这并不意味着两边车轮可以独立跳动。

  我们还是有必要来简单地回顾一下什么是悬架。所谓悬架就是指连接车身(车架)和车轮(车轴)的弹性构件,这个构件虽为弹性结构,但它的刚度足以保证汽车的行驶舒适性和稳定性。在汽车行驶过程中,悬架既能抵消减弱路面不平带来的生硬冲击,又能确保车身的横向和纵向稳定性,使车辆在悬架设计的自由行程内时刻都可以保持一个较大范围的动态可控姿态。因此,悬架是关系到车辆操控性和舒适性的重要组成部件之一。
   按照常理,车辆的推出年代越近,那么它采用的相应技术就应该越先进。比如,在紧凑型(A级,即Campact car)以上的轿车往往受成本因素干扰较小,在厂商推出换代车型时会用各项指标优越且更复杂的多连杆悬架来替代简单的扭转梁式后悬,大众的帕萨特B6之于B5就是最好的例子。不过在多数情况下为了控制成本,紧凑型及以下级别的轿车仍然有相当一大部分车型仍旧坚持采用简单而可靠的扭转梁式后悬架,比如丰田第十代花冠(卡罗拉)、铃木SX4、菲亚特Bravo、雪铁龙C4等等,尤其是法系车为这一结构的忠实拥趸。

 

实用与实在 <wbr>拖曳臂式半独立悬架

 

雷诺Scenic车型的后悬结构,在狭窄的空间布局中采用了斜置减震器

 

性能介于独立式和非独立式悬架之间

 

   纵臂扭转梁式半独立悬架,纵向拖曳臂式半独立悬架,H型纵向摆臂式悬架……这些都是不同的汽车厂商对扭转梁式悬架的称谓。尽管它们各自都有着不同的名字,但它们的结构其实差别并不大,不过由于结构的差异却也有着不同的性能表现。
  扭转梁式悬架是专为后轮而诞生的设计,它的构成非常简单——以纵向摆臂(拖曳臂)和橡胶衬套实现车轮与车身的柔性连接,然后用液压减震器和螺旋弹簧充当阻尼原件和弹性元件,并同时起到吸震和支撑车身的作用。而根据不同的性能、定位以及成本诉求,在横梁的选择上各个厂家有不同的策略,如廉价的车一般选用U型钢梁,这种扭力特性的钢梁因为本身的质地单薄,所以需在内部配上横向稳定杆起到加强作用;而在高端的车型上则会采用内高压成型的管状扭力横梁,它本身具备很大的强度,因此内部可以不用稳定杆。还有一种横梁是类似于工字钢构型,并且是采用加长的纵向拖曳臂连接车身,这种悬架的扭转刚性较小,因此它被称为多连杆横梁式悬架。

  从扭转梁式悬架的构造来看,由于左右纵摆臂被横梁连接,因此悬架结构依旧保持着整体桥式的特性,这也就使得车轮在动态运动中外倾角不会发生变化,由此极端状态下会使前轮出现转向不足,所以对于这种悬架来说,调校就成为了一门深奥的学问,而这门技艺目前看来应该是掌握在法国人和意大利人手里。
  其实,我们应该举一些例子来证明扭转梁式悬架的非独立说辞。前面我们已经
说到,连接左右车轮的是一根可以扭动的刚性弹簧(弹簧分为:螺旋弹簧、钢板弹簧、扭杆弹簧以及空气弹簧几大类),因为材料和工艺不同,这根横梁的扭转刚性会随之变化。打个比方,假设一辆装备扭转梁式后悬的车经过短波路面,由于左右后轮有横梁相连,所以左右两侧车轮都会同时随起伏不平的路面抖动,尽管减震器和螺旋弹簧能吸收掉部分震动,但由于后悬的整体性和抖动幅度的不均衡性,再加上弹簧K值以及减震器阻尼力度的影响,仍然有无法过滤掉的震动会不可避免地传入车厢,因此乘客会感到一定的不适,说的直白一些就是比较颠,这属于扭转梁后桥的先天不足,也是相对于多连杆或双叉臂的缺点。

 
实用与实在 <wbr>拖曳臂式半独立悬架
 
实际上扭转梁悬架就是非独立悬架的一种,只是连接左右车轮的横梁可以实现一定幅度的转动而已


  如果需要扭转梁式悬架在车辆动态操控中有更好的表现,那么就得对这种悬架进行一定的改造。引入液压衬套必不可少,其次是对结构进行加强,例如增加横向推力杆或是瓦特连杆。对结构作出改动能在悬架受力上进行优化,例如液压衬套可以使悬架整体的摆动更加柔性,而横向推力杆则成为卸力装置,将纵向作用力转化为横向作用力,抑制悬架的左右摆动或是上下摆动,其实也就是所谓的控制上浮和抑制下挫。除了这种改造方案以外,其实单就采用内高压成型扭力梁就可以制造更好的操控特性,实际上控制动态表现的措施还可以是加强衬套设计、加强车轮连接点的设计,抑或是增加衬套连接中线的角度。
   可以说扭转梁式后桥是最难搞定的悬架结构之一,不过众多车厂依旧对它执迷不悟仍然有值得讨论的原因,例如它占用车身空间小,不会让车身在运动中发生外倾角变化,减震器也不会发生应力弯曲增加轮胎磨损。

 

连接结构上的讲究之处

 

   尽管扭转梁式后悬架结构非常简单,构成部件也相对较少,但是根据拖曳臂前置连接点的角度不同,它又可以分为半拖曳臂式和全拖曳臂式两种类型。
   所谓半拖曳臂式,就是指左右拖臂的前置衬套中线存在一定的角度,即衬套斜向布置。这种衬套的布置方式与纵臂式独立悬架有共通之处,摆臂的跳动方向与车身不平行,它的车轮外倾角变化更小,能抑制制动时的点头现象,雷诺第三代梅甘娜和第二代风景就是类似的结构。而全拖曳臂式,就是指左右摆臂的衬套中线成一条直线状态,理论上它的左右车轮摆动幅度更接近于上下跳动状态,车轮外倾角不会发生变化,不过因为衬套设计缘故,它的前束会因为衬套的材质而发生极小幅度的变化,也就是所谓的随动转向原理。照目前的趋势来看,采用全拖曳臂扭转梁式悬架的车型已经越来越少了,这种悬架的主销后倾角大,并且由于前驱车重心靠前,不足转向趋势也会较明显。

  就性能来说,影响扭转梁悬架表现的还有横梁设计的位置。我们可以假设拖臂和车轮的连接点固定不变,如果横梁靠前(靠近前置衬套位置),那么营造的摆臂冗余空间就大,悬架的舒适性就趋好;如果横梁靠后(靠近车轮半轴位置),那么左右摆臂的运动幅度小,悬架的刚性就越大,相应的舒适性就更难控制。对于扭转梁式悬架来说,布置弹性和阻尼原件也有许多讲究,不过几乎大多数都采用簧震分离式,而为了营造车厢的大空间,还可能会采用倾斜布置减震器和使用短弹簧的方式,这在MPV上面是比较常见的方式。 

实用与实在 <wbr>拖曳臂式半独立悬架

 

实用与实在 <wbr>拖曳臂式半独立悬架

 

雪铁龙C4后悬依然为扭转梁结构,而它的上一代Xsara则是纵臂扭杆弹簧式后桥,更为古老

 

实用与实在 <wbr>拖曳臂式半独立悬架

 

上一代欧宝雅特的扭转梁后悬采用了全拖曳臂连接和斜置减震器

 

扭转梁式悬架的潜力还可供深挖

 

   对于扭转梁式悬架的起源已经无从考证,事实证明这种简单而可靠的悬架已经经受住了历史的检验,它的性能并不差,并且潜力还值得深挖。在八十年代的日本,中高级轿车逐渐开始流行使用多连杆后悬架的时候,欧洲佬大多还在使用扭转梁式后桥,而进入到2000年以后,越来越多的中级车也转为使用多连杆后悬架,这似乎逼迫人们发出疑问,这是不是意味着扭转梁或是扭力梁后桥是过时货,这种悬架的性能太一般了,不能满足日常使用?恰恰相反,有时往往最简单的结构却能制造最适合日常使用的性能。

   前面我们说了,在欧系车中仍不乏扭转梁的拥趸,比如法国车和意大利车,甚至还有一小搓德国车。要为扭转梁悬架正名就需要重新认识它,扭转梁还能走多远?我们一起来用时间验证吧。(文/艾斯帝夫)

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