双叉臂悬挂
有什么用?
运动性出色,侧倾较小、抓地力好,路感清晰。
不足:
结构复杂,占用空间大。
误区:
双叉臂悬挂属于双横臂悬挂的一种。
双叉臂悬挂和麦弗逊悬挂没有关系。
一种说法,认为双叉臂悬挂的灵感来自于麦弗逊悬挂,是由麦弗逊悬挂改进得来的。这个说法的根据就是双叉臂悬挂和麦弗逊悬挂都拥有相似的A字形下摆臂和支柱式减震器的结构,所不同的是双叉臂结构在减震器上方还增加了连接车轮的A臂。不过在事实上,双叉臂悬挂和麦弗逊悬挂并没有任何亲缘关系。
早在上世纪30年代,双叉臂悬挂就已经开始在赛车运动上大量使用,而1935年则首次被使用在了量产的商品车上,而麦弗逊悬挂开始研发的时间为上世纪30年代中期,其设计灵感则是来源于飞机的起落架,而首次出现在商品车上则是在1949年的福特Vedette上。因为从诞生的时间上看,双叉臂悬挂是早于麦弗逊悬挂的,这就足以说明双叉臂悬挂并不是麦弗逊悬挂的改良品,这也说明麦弗逊悬挂和双叉臂悬挂是两个相对独立个体,它们之间并没有血缘关系。
代表车型:
双叉臂式悬挂运动性出色,为法拉利、玛莎拉蒂等超级跑车所运用。
相比麦弗逊式悬挂双叉臂多了一个上摇臂,不仅需要占用较大的空间,而且其定位参数较难确定,因此小型轿车的前桥出于空间和成本考虑一般不会采用此种悬挂。但其具有侧倾小,可调参数多、轮胎接地面积大、抓地性能优异,因此绝大部分纯正血统的跑车的前悬挂均选用双叉臂式悬挂,可以说双叉臂式悬挂是为运动而生的悬挂,法拉利、玛莎拉蒂等超级跑车以及F1方程式赛车均采用了双叉臂式前悬挂。
国内采用双叉臂式前悬挂的轿车主要有一汽丰田皇冠和一汽丰田锐志,以及奥迪的豪华SUV Q7、大众途锐等。
原理:
双叉臂悬挂是由两根长短不等的A字臂和充当支柱的减震器所组成的。上下两根A字臂分别通过球铰与车轮上的转向节上下节臂相连,而串连的减震器和螺旋弹簧则充当了支柱和转向主销的角色,它的上端与副车架相连,下端则和下摆臂相连。上下A臂负责吸收转向时的横向力,而支柱减震器只负责支撑车身重量和控制车轮上下跳动。而一般来说,双叉臂悬挂的上下A字臂的长度是不相等的,这样就让车轮在上下运动时能自动改变外倾角并且减小轮距变化减小轮胎磨损。
从结构学上讲,双叉臂悬挂可以说是最坚固的独立悬架。我们都知道,三角形是最稳固几何形状,双叉臂悬挂的上下两根A字臂拥有类似三角形的稳定结构,不仅拥有足够的抗扭强度,而且上下两根A臂对横向力都具有很好的导向作用,因此当双叉臂悬挂使用在性能跑车上时,它可以很好的抑制车辆在过弯时的侧倾,同时,如果使用在SUV上时,它也能够应付极限越野的路况下所带来的巨大冲击。
对麦弗逊悬架植入上控制臂,双叉臂式悬架结构便应运而生。双叉臂悬架相对麦弗逊悬架在物理学特性上的改变显而易见:当一侧悬架因惯性收缩时,车轮的外倾角变化也相对较小,不过车轮外倾角的变化大小还可以通过改变上下控制臂的相对长度来改善。因此,工程师在设计和匹配双叉臂悬架时自由度更大,更能针对汽车的某一种特性如运动或舒适性作出最为合理的调校。
双叉臂式悬架由上下两根不等长V字形或A字形控制臂以及支柱式液压减震器构成,通常上控制臂短于下控制臂。上控制臂的一端连接着支柱减震器,另一端连接着车身;下控制臂的一端连接着车轮,而另一端则连接着车身。上下控制臂还由一根连接杆相连,这根连杆同时也还与车轮相连接。在整个悬架构造中,通过对多个支点的连接提高了上下控制臂以及整个悬架的整体性。
如果是前轮驱动的车型,那么装配在前轮上的双叉臂悬架在上下控制臂之间除装配有传动机构外,还有转向机构,这使得其结构比不带转向机构的后轮要复杂得多。在转向机构中,转向主销由转向托盘与上下控制臂的连接位置和角度确定,转向轮可绕主销转动,同时也可随下控制臂上下跳动。在双叉臂悬架中通常采用球头连接来满足前车轮的运动需要:上下控制臂与转向主销的连接部位既要支持前轮实现转向又要控制车轮的上下抖动。不过由于上下控制臂的长度差问题,这也对双叉臂悬架的设计提出了严峻的考验——如果上下控制臂的长度差过小,车轮抖动时会造成左右轮距偏大,加快轮胎外侧磨损;反之,如果上下臂长度差过大,则会造成车轮转向时外倾角过大,使轮胎内侧磨损加快。因此,通过增加上下控制臂的长度来减小轮距的变化和控制外倾角的变化不失为一个好办法。
扩展阅读:
尽管双叉臂式独立悬架拥有众多优势——出色的侧向支撑、精确的车轮方向控制等,但由于使用上下控制臂结构,过于稳定的特性却使车轮的响应速度较其他形式悬架要缓慢,上下控制臂的结构也导致这种悬架的横向安装空间增大。因此双叉臂悬架常出现在车身宽大的豪华轿车、全尺寸SUV、皮卡甚至超级跑车上,如我们熟悉的凯迪拉克赛威SLS、雪铁龙C6、奥迪Q7、大众途锐,甚至国产中兴威虎皮卡无一例外都在前悬采用了双叉臂结构。而像兰博基尼盖拉多、玛莎拉蒂3000GT等注重操控性能的跑车在前后悬都采用双叉臂悬架,这足以说明双叉臂的应用范围广泛,重要的是它能为车身提供很好的侧向支撑。
发展历史:
双叉臂悬架的灵感来源于麦弗逊式悬架。从结构上来看,麦弗逊悬架只有一根下控制臂和一根支柱式减震器,结构上的最简单化使它的组成部件通常要一专多能。例如支柱减震器需充当转向主销,除要承受车辆本身的重量外,还要应对来自于路面的抖动和冲击。如果车辆在运动中,一侧的麦弗逊悬架受到惯性压缩,那么车轮的外倾角变化将增大,于是悬架越是压缩得厉害,这种形变就越是难以得到控制。所以麦弗逊悬架的应用范围多为小型或中型轿车,车型级别再往上走,结构简单的麦弗逊悬架便会有些力不从心了。
要改善麦弗逊悬架“脆弱”的特点,就有必要在悬架的组成结构上进行调整。由于麦弗逊悬架只有下控制臂和支柱减震器两个连接部件,这样一来就形成了一个“L”形的结构,如果能在“L”形顶端再增加一根控制臂,那么悬架的结构将得到加强。于是通过对麦弗逊悬架植入上控制臂,双叉臂式悬架结构便应运而生。双叉臂悬架相对麦弗逊悬架在物理学特性上的改变显而易见:当一侧悬架因惯性收缩时,车轮的外倾角变化也相对较小,不过车轮外倾角的变化大小还可以通过改变上下控制臂的相对长度来改善。因此,工程师在设计和匹配双叉臂悬架时自由度更大,更能针对汽车的某一种特性如运动或舒适性作出最为合理的调校。
事实上,在车辆的底盘设计之初,设计师便开始考虑如何在底盘上布置复杂的悬架结构,给车辆带来更好的操控性或更平稳的舒适性。为了使车轮能随时随地贴合地面,达到运动性和乘坐舒适性的统一,设计师往往会采用双叉臂悬架结构,增加减震器阻尼和螺旋弹簧的硬度也是应对措施之一。在这点上,麦弗逊悬架会因为控制臂的单薄而使车轮外倾角增大,同时使车胎内侧负荷增大而加剧磨损。
双叉臂悬架最早出现于上世纪30年代,当时的方程式赛车已经开始使用类似双叉臂的悬挂结构,而1935年,来自美国底特律的汽车制造商packard在旗下车型packard 120上首次使用了双叉臂悬挂,作为当时豪华汽车的代表,pachard创造性的在量产车上首次使用了这种结构复杂的悬架,从而提升车辆的操控性能。时至今日,双叉臂悬挂仍旧在除了各种性能跑车、豪华轿车和大型SUV上广泛使用。