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后悬架之争!多连杆比扭转梁要好?

作者:车猫 2016年03月25日

近年来,多连杆后悬架作为许多汽车厂商的一个技术卖点,在市场上的曝光率愈来愈高。随着去年“速腾断轴门”的热议,贬低扭转梁后悬架的呼声日益高涨,多连杆后悬架似乎成了技术领先和品质保证的代名词。

多连杆后悬架真的如此神奇?多连杆与扭转梁后悬架究竟有何区别?技术控表走开!

一、后悬架的分类

先说一下定义。厂家内部一般叫后桥的多,而坊间称后悬架的比较多。二者区别在哪里?严格讲,狭义的后悬架只包括弹簧和减震器,广义的后悬架则会加上后桥--车轮导向机构、副车架、车轮支架等。

汽车车轮是通过车桥和悬挂系统与车身连接的,该系统包括弹簧、减振器、车轮导向机构(连杆、副车架、车轮支架等)。顾名思义,连接前轮与车身的就是前桥及前悬架,连接后轮与车身的就是后桥和后悬架。下图所示,就是一款扭转梁后悬架。

后悬架之争!多连杆比扭转梁要好?

▲ 扭转梁后悬架结构图(大众集团应用于1997-2004年某款B级车)

后悬架可以分为三个类型:整体式悬架、半整体式悬架和独立悬架。整体式悬架将左右车轮刚性连接,左右车轮同步跳动。优点是结构简单、皮实。缺点就是舒适性很差。目前主要用于商用车和载重车辆,乘用车很少使用了。

独立悬架左右车轮由各自独立的车轮导向与车身相连,左右两侧车轮的跳动互不干涉,显著提升了驾乘的舒适性。但结构较为复杂、成本高。半整体式悬架基于整体式和独立悬架之间,左右车轮虽然相互连接,但通过连接件的扭转,左右车轮可以相对运动。

下图展示了三种后悬架对安全性、舒适性和成本的影响。我们要讨论的多连杆悬架属于独立悬架,而扭转梁悬架则属于半整体式悬架,或非独立悬架。

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▲  三类后架的性能对比

二、扭转梁后悬架

扭转梁后悬架又可以分为三类。

扭转曲柄桥,横向连接位置非常接近车轮中心,具有近似于整体式车桥的性能。

耦合杆式车桥,横向连接的位置在纵向杆的前三分之一处,结合了扭转曲柄式和复合梁式车桥的优点。

复合梁式车桥,横向连接位置接近于纵向杆支承,具有近似于纵臂式车桥的性能。

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▲扭转梁后悬架的三类结构

扭转曲柄式车桥是最早的半整体式车桥,1969年最早用于奥迪100。原则上它是纵杆桥与扭转刚度较小的整体式车桥的混合。采用了简单的单件板杆,在车轮中心附近焊接在横梁上。一汽-大众生产的老款速腾,后桥就是扭转曲柄式车桥。该后桥的在受到侧向力时,纵臂如同悬臂梁结构,受力条件苛刻,需要附加一根横杆承受侧向力。新款速腾已经将后桥改为多连杆结构了。

目前使用比较多的扭转梁后桥为后两种结构,耦合杆式和复合梁式。耦合杆式车桥的横向连接点位于车轮中心与橡胶衬套位置的中间,在后桥扭转时车轮外倾的变化明显减小。复合梁式车桥,长久以来,在许多低档的中级车甚至一些高档中级车型(如老款奥迪100)上也采用这种车桥设计。现在很多主流汽车厂商都采用了该车桥结构。复合梁式车桥,其横梁位置接近后衬套,以使车轮保持尽可能大的交错,减少左右车轮的相互影响。

在载荷较轻的A0和A级轿车上采用耦合杆式和复合梁式后悬架。如果结构设计合理、衬套刚度及布置位置调校得当,完全可以满足普通客户对乘坐舒适性和驾驶安全性的要求。

三、多连杆后悬架

多连杆后悬架的总类很多,车猫侠今天介绍几款主流的多连杆后悬架。

一根纵杆与三根横杆(剑形杆式后桥)

一根纵杆和三根横杆的组合,是多连杆悬架中很常见的形式。这种悬架于1999年应用于福特福克斯的后桥,由于其纵向摆臂的形状如同一把剑,该后桥以剑形杆式桥的名字而著称。

车轮支架通过一根在纵向可转的剑形杆与车身相连。这根剑形杆与车轮支架固定在一起。剑形杆仅承受纵向力,不承担车轮横向导向,其衬套设计单纯考虑提高纵向滚动舒适性和吸收纵向冲击。三根横向布置的杆,传递横向力。目前大众集团等主流整车企业在A级和B级车型上,普遍运用该后桥结构。

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▲带有一根纵杆和三根横杆的剑形杆后悬架

梯形臂式独立悬架

该后悬架包含梯形臂、上横臂和转向横拉杆。目前运用于宝马X系列和奥迪A6、A8等车型。梯形臂(下图左侧紫色)结构强壮,除分担车轮受到的横向外力,还承担车辆纵向加速和制动的作用力。该结构的优点在于,梯形臂上方有较多的空间,可以布置空气弹簧等设备,进一步提高驾乘舒适性。

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▲宝马X5梯形臂式独立悬架

双横臂式独立悬架

如果车桥只由横置的杆来悬挂,必须有一根杆布置在车轮中心之上,一根杆布置在车轮中心之下,以承受所有的力和力矩。此外还需要一根转向杆,以限制车轮的转向(或使转向成为可能)。这类悬架称为双横臂式悬架。

通过三点式杆与车身的双重连接,横臂除了可以承受横向力,还可以承受纵向力。它与车轮支架通过球铰连接,与车身通过橡胶衬套连接,这种连接方式刚性更好。行驶舒适性则通过安置在杆和车身间的衬套实现,将大尺寸且很软的橡胶衬套固定在车身上。

双横臂独立悬架的运动学性能,可以通过可自由选择的两根横臂的6个支承点(硬点)进行优化。在车轮支架上的两个球铰中心的连线形成主销。通过设计横臂的长度和安装位置,可以调整瞬时侧倾中心和瞬时转动中心,从而影响车轮跳动时,车轮外倾及车身侧倾的变化。双横臂独立悬架适用于前后桥。

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▲双横臂式独立悬架

四、多连杆后悬架的优点

了解了多连杆后悬架和扭转梁后悬架的结构后,大家肯定在考虑多连杆后悬架和扭转梁后悬架孰优孰劣。多连杆后悬架的优点主要有以下三点:

舒适性、安全性和行驶动力学的优化潜力更高

根据汽车行业数十年的底盘调教经验,底盘的纵向(车辆行驶方向)刚度需要设计得低,而横向刚度应尽量调高。这样车辆在直线行驶时车轮的滚动舒适性更好,可以过滤掉路面的冲击。同时,车辆受到横向外力作用时,横向稳定性提高,保证了行驶安全性。

扭转梁后桥由于只有一个橡胶衬套,要兼顾纵向刚度软,横向刚度硬两个截然不同的设计要求,很难面面俱到。往往一方面优化了纵向刚度,另一方面横向刚度就偏离了设计目标,最终只能选取一个折中方案。多连杆后桥的橡胶衬套数量在六七个以上,分别控制整车横向和纵向的刚度特性。底盘开发工程师可以针对不同的衬套调整某一方向的刚度,实现行驶动力学最优的设计目标。

更强的承载能力

扭转梁后悬架虽然通过加强结构件壁厚和采用高强度钢,可以提高其承载能力。目前的设计结构和焊接工艺,扭转梁后悬架可以承受约1000kg的载荷。但如果载荷进一步提高,后桥几处关键焊缝将成为薄弱环节。

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▲扭转梁后悬架的关键焊缝示意图

多连杆后悬架则通过不同的连杆,分散了纵向和横向的外力作用,使后桥可以承受更高的载荷。

适用于四驱车型

四轮驱动的车型,需要在后桥位置安装后桥差速器和传动轴。由于空间结构的限制,扭转梁后悬架无法提供足够的布置空间。所以扭转梁后悬架,仅适用于前轮驱动的车型。多连杆后悬架则通用于前轮驱动和四轮驱动。

车猫小结:

由于多连杆后悬架的三大优势,使它在B级车、C级车以及四轮驱动领域占有绝对优势。但多连杆的成本是扭转梁的两倍,对于载荷较小的A0乃至A级车型,扭转梁后悬架完全可以满足零件强度要求,以及日常驾驶需求。所以也不必因为一个“速腾断轴门”,就否定所有扭转梁后悬架存在的意义。

另一方面,虽然多连杆后悬架在提高舒适性和安全性方面有更高的潜力,但挖掘出这些潜力需要整车企业日积月累的技术积累。如果没有成熟的底盘调教,多连杆后悬架甚至还达不到普通扭转梁后悬架的水平。

小喵认为,国内车企应针对具体车型的载荷与定位需求,合理选择后悬架类型,并提升底盘动力学设计和调校经验,不管独立悬架还是非独立悬架,适合的才是好后悬架。

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