以汽車維修之視角精準(zhǔn)解讀懸架系統(tǒng)

李 蔣

（蘇州建設(shè)交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 蘇州 215104）

前言

談及汽車懸架，不少人都認(rèn)為“懸架”就是“避震”，其實(shí)不然。汽車的懸架系統(tǒng)是指由車身與輪胎之間的彈簧和避震器組成的整個支持系統(tǒng)，用來緩沖路面沖擊，衰減振動，保證汽車的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性。

懸架系統(tǒng)是車身、車架和車輪之間的一個連接結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，而這個結(jié)構(gòu)系統(tǒng)包含了避震器、懸架彈簧、防傾桿、懸吊副梁、下控臂、縱向桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、橡皮襯套和連桿等部件。在汽車行駛過程中，因路面的變化而受到?jīng)_擊，這些沖擊的力量其中一部分會由輪胎吸收，但絕大部分是依靠輪胎與車身間的懸架裝置來吸收的。

“避震”是減振器的通俗叫法，其主要用來吸收振動的能量，附帶上彈簧、緩沖膠、防塵罩和塔頂后，稱之為“減振器模塊”，有些廠商也稱之為“減振支柱”或“懸架滑柱”?！氨苷稹币彩侵T多熱愛改裝的車友更換最多的部件之一。

圖1 減震器

圖2 減震器模塊

從目前各大制造廠商的整車布置來看，懸架總的來說分為兩大類：獨(dú)立懸架和非獨(dú)立懸架。

獨(dú)立懸架可以簡單理解為是左、右兩個車輪間沒有通過實(shí)軸進(jìn)行剛性連接的，一側(cè)車輪的懸架部件全部都只與車身相連；而非獨(dú)立懸架的兩個車輪間不是相互獨(dú)立的，之間有實(shí)軸進(jìn)行剛性連接。從結(jié)構(gòu)上看，獨(dú)立懸架由于兩個車輪間沒有干涉，可以有更好的乘坐舒適性和駕駛操控性；而非獨(dú)立懸架的兩個車輪間有硬性連接物，會發(fā)生相互干涉，但其結(jié)構(gòu)簡單，有更好的剛性和通過性。

然而，離開“設(shè)計(jì)”二字空談獨(dú)立與非獨(dú)立哪一種懸架好，都是假的。優(yōu)秀的非獨(dú)立懸架是根本不會存在斷軸的問題的。獨(dú)立懸架的優(yōu)勢在于，其調(diào)校的空間比非獨(dú)立懸架相對更大一些，但經(jīng)“大師”調(diào)校過的扭力梁懸架，絕對比菜鳥工程師仿真分析出來的多連桿獨(dú)立懸架的駕乘體驗(yàn)更優(yōu)秀。

例如，雪鐵龍汽車公司的DS5、DS6配置的就是扭力梁式非獨(dú)立懸架，乘坐的舒適性絲毫不遜色于某些多連桿后懸的同級別轎車；還有老款的別克GL8陸尊，雖然用著老掉牙的非獨(dú)立整體式后橋，但作為一款口碑的商務(wù)車，其舒適性卻極為出眾；再比如名揚(yáng)歐洲的瓦特連桿懸架，在非獨(dú)立的基礎(chǔ)上做了小小的改進(jìn)，其操控性就可以在整個非獨(dú)立懸架領(lǐng)域傲視群雄。

普通的扭力梁懸架，后橋襯套需要同時承擔(dān)來自縱向力與側(cè)向力，因而多與車身縱軸線呈一定角度，以尋求舒適性與操控性的折中。而瓦特連桿正是為解決扭力梁懸架的短板而來。在增強(qiáng)型瓦特連桿巧妙的機(jī)械結(jié)構(gòu)作用下，車輛后橋左右兩側(cè)車輪在轉(zhuǎn)向時的受力相互補(bǔ)償，彼此分擔(dān)了側(cè)向受力，大幅提升了側(cè)向剛度，使兩邊車輪始終與路面保持最適宜的接觸面積，有效地提升了轉(zhuǎn)向精確度與整車的操縱穩(wěn)定性。同時，瓦特連桿“解放”了后橋襯套, 使其僅承擔(dān)縱向力，因而襯套可以布置成與車身縱軸線垂直，大大提升舒適性。

圖3 別克威朗帶瓦特連桿的扭力梁懸架

非獨(dú)立懸架既然有上述這么些如此優(yōu)越的性能，那為什么給人印象卻是低端車上的配置，而中高端車都是獨(dú)立懸架配置呢？其實(shí)不是這樣的，獨(dú)立懸架并不一定是中高端車的專利，除了設(shè)計(jì)空間、調(diào)校等專業(yè)因素外，最大的就是成本影響。就拿經(jīng)濟(jì)型A級車來說，在汽車的售價越來越下降市場背景下，制造廠商配置非獨(dú)立懸架比獨(dú)立懸架要節(jié)省不少成本。而且非獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)簡單，扭力梁連接；獨(dú)立懸架涉及的零件包括更復(fù)雜的后轉(zhuǎn)向節(jié)、左右拖臂、上臂、下臂、橫臂、連接桿等等，因此對于同級別車，制造成本的控制才是關(guān)鍵因素。

獨(dú)立懸架是懸架技術(shù)的精華，也是類型最多的懸架家族。如大家耳熟能詳?shù)摹胞湼ミd”、“雙叉臂”、“多連桿”等都是很常見的懸架結(jié)構(gòu)。

美國通用汽車公司的Earle S. MacPherson于1947年就開發(fā)出了麥弗遜（MacPherson）懸架，他創(chuàng)造性地將減震器和螺旋彈簧組合在一起，1949年從通用汽車轉(zhuǎn)投福特后，正式量產(chǎn)這種結(jié)構(gòu)的懸架，也就是我們現(xiàn)在耳熟能詳?shù)柠湼ミd的獨(dú)立懸架。

圖4 麥弗遜懸架

麥弗遜懸架典型的優(yōu)勢也正是它經(jīng)久不衰的原因——占用空間小、成本低、穩(wěn)定性好，對于日常駕駛來說完全夠用。不過一些追求駕駛樂趣調(diào)教的車型也會將其改進(jìn)，比如君威GS的 HiPer-Strut懸架或?qū)汃R的雙球節(jié)懸架等，其實(shí)可以看作是麥弗遜懸架的plus版本。

雙叉臂式懸架（雙 A臂、雙橫臂式懸架），其結(jié)構(gòu)可以理解為在麥弗遜式懸架基礎(chǔ)上多加一支叉臂。車輪上部叉臂與車身相連，車輪的橫向力和縱向力都是由叉臂承受，而這時的減振機(jī)構(gòu)只負(fù)責(zé)支撐車體和減振的任務(wù)。

由于車輪的橫向力和縱向力都由兩組叉臂來承受，雙叉臂式懸架的強(qiáng)度和耐沖擊力比麥弗遜式懸架要強(qiáng)很多，而且在車輛轉(zhuǎn)彎時能很好的抑制側(cè)傾和制動點(diǎn)頭等問題。

雙叉臂式懸架通常采用上下不等長叉臂(上短下長)，讓車輪在上下運(yùn)動時能自動改變外傾角并且減小輪距變化減小輪胎磨損，并且能自適應(yīng)路面，輪胎接地面積大，貼地性好。由于雙叉臂式懸架比麥佛遜式懸架雙叉臂多了一個上搖臂，需要占用的空間也稍大，而且定位參數(shù)較難確定，因此小型轎車的前橋出于空間和成本考慮較少采用這種懸架。

圖5 雙叉臂式懸架

多連桿懸架，就是通過各種連桿配置把車輪與車身相連的一套懸架機(jī)構(gòu)，其連桿數(shù)比普通的懸架要多一些，一般把連桿數(shù)為三或以上的懸架稱為多連桿懸架。目前主流的連桿數(shù)為4或5根連桿。前懸架一般為3連桿或4連桿式獨(dú)立懸架；后懸架則一般為4連桿或5連桿式后懸架。

圖6 多連桿懸架

多連桿懸架通過對連接運(yùn)動點(diǎn)的約束角度設(shè)計(jì)使得懸架在壓縮時能主動調(diào)整車輪定位，使得車輪與地面盡可能保持垂直、貼地性，具有非常出色的駕駛操控性。多連桿懸架能最大限度的發(fā)揮輪胎抓地力從而提高整車的操控極限，是所有懸架設(shè)計(jì)中最好的。同時它的結(jié)構(gòu)偏復(fù)雜，制造成本也高。一般中小型轎車車出于成本和空間考慮很少使用這種懸架。

談汽車懸架系統(tǒng)如果只談到這里，就只會給懂行的讀者留下一個老生常談甚至還有點(diǎn)以偏概全的印象，故當(dāng)然不能止筆于此。

在上述關(guān)于汽車懸架的描述中不難看出，懸架系統(tǒng)主要就是借助彈性元件和阻尼元件來達(dá)到緩沖振動和消耗振動產(chǎn)生的能量，減緩振幅的作用。所以，如果找到一種原件能夠集這兩項(xiàng)功能于一身，那么就能夠有效減小整個懸架系統(tǒng)的體積，進(jìn)而為汽車的整車設(shè)計(jì)布置提供更大的可能。氣囊的出現(xiàn)有力的推進(jìn)了空氣懸架系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用，像奔馳S350、奧迪A8L、保時捷卡宴這些車型都有選配。

圖7 空氣懸架

根據(jù)懸架剛度和阻尼的調(diào)節(jié)方式不同，空氣懸架系統(tǒng)可分為半主動懸架和主動懸架。半主動懸架不能隨外界路況的激勵即時進(jìn)行自主的最優(yōu)的調(diào)節(jié)，但可以將其在各種條件下最優(yōu)減振器和彈簧的優(yōu)化參數(shù)指令儲存在計(jì)算機(jī)中，根據(jù)實(shí)際的路面情況調(diào)用事先存儲的參數(shù)來控制系統(tǒng)的阻尼和剛度，使懸架可以在一定范圍內(nèi)良好地適應(yīng)路面情況。

而主動懸架可以根據(jù)實(shí)時的路面激勵進(jìn)行調(diào)節(jié)，使汽車懸架的減振效果最好，達(dá)到平穩(wěn)駕駛的目的。但是由于主動懸架需要配套的控制電腦、空氣泵、儲壓罐、氣動前后減震器和空氣分配器等部件，動力損耗和制造成本都比較高。例如， AccuAir氣動懸掛系統(tǒng)中不僅有e-Level手持控制模塊來進(jìn)行四輪獨(dú)立升降調(diào)節(jié)、升降速度調(diào)節(jié)、自動補(bǔ)氣等功能，還可以使用 WIFI來實(shí)現(xiàn)對車輛高低調(diào)節(jié)、儲氣罐壓力、壓縮機(jī)狀態(tài)以及實(shí)時的車身高度顯示等多種功能，通過手機(jī)對車輛進(jìn)行升降操作。

總的來講，不能一味的捧高獨(dú)立懸架，也不能貶低非獨(dú)立懸架，更不能盲目跟風(fēng)空氣懸架。獨(dú)立懸架在操控方面確實(shí)更勝一籌，在這個人人談運(yùn)動的年代，似乎只有獨(dú)立懸架可以證明某款車的運(yùn)動基因，各廠家也將懸架類型作為賣點(diǎn)銷售。但是對于普通大眾消費(fèi)者來說，其實(shí)非獨(dú)立懸架能夠比較更實(shí)用一些，畢竟成本低，空間大。相對來說，操控性就被淡化了，畢竟老百姓要買的車大多還是家用為主，性價比優(yōu)先，至于空氣懸架么，還是有條件的自行選配。