發展背景
雙叉臂式
獨立懸架有一個有趣的名字——雙願骨式懸架(Double wish bone)。據說這個有趣的名字來源於西方聖誕節上人們喜歡吃的一種火雞的骨頭,當人們開始吃的時候要對火雞身上一根類似V字形的骨頭許願,而這根骨頭就叫願骨(Wish bone)。因為在雙叉臂懸架結構中有兩根“願骨”,故得名雙願骨式懸架。
雙叉臂式懸架的誕生和
麥弗遜式懸架有著緊密的血緣關係,它們的共同點為:下控制臂都由一根V字形或A字形的叉形控制臂構成,液壓減震器充當支柱支撐整個車身。不同處則在於雙叉臂式懸架多了一根連線支柱減震器的上控制臂,這樣一來有效增強了懸架整體的可靠性和穩定性。
從結構上來看,
麥弗遜懸架只有一根下控制臂和一根支柱式減震器,結構上的最簡單化使它的組成部件通常要一專多能。例如支柱減震器需充當轉向主銷,除要承受車輛本身的重量外,還要應對來自於路面的抖動和衝擊。如果車輛在運動中,一側的麥弗遜懸架受到慣性壓縮,那么車輪的外傾角變化將增大,於是懸架越是壓縮得厲害,這種形變就越是難以得到控制。所以麥弗遜懸架的套用範圍多為小型或中型轎車,車型級別再往上走,結構簡單的麥弗遜懸架便會有些力不從心了。
要改善麥弗遜懸架“脆弱”的特點,就有必要在懸架的組成結構上進行調整。由於麥弗遜懸架只有下控制臂和支柱減震器兩個連線部件,這樣一來就形成了一個“L”形的結構,如果能在“L”形頂端再增加一根控制臂,那么懸架的結構將得到加強。於是通過對麥弗遜懸架植入上控制臂,雙叉臂式懸架結構便應運而生。雙叉臂懸架相對麥弗遜懸架在物理學特性上的改變顯而易見:當一側懸架因慣性收縮時,車輪的外傾角變化也相對較小,不過車輪外傾角的變化大小還可以通過改變上下控制臂的相對長度來改善。因此,工程師在設計和匹配雙叉臂懸架時自由度更大,更能針對汽車的某一種特性如運動或舒適性作出最為合理的調校。
事實上,在車輛的
底盤設計之初,設計師便開始考慮如何在底盤上布置複雜的懸架結構,給車輛帶來更好的操控性或更平穩的舒適性。為了使車輪能隨時隨地貼合地面,達到運動性和乘坐舒適性的統一,設計師往往會採用雙叉臂懸架結構,增加減震器阻尼和螺旋彈簧的硬度也是應對措施之一。在這點上,麥弗遜懸架會因為控制臂的單薄而使車輪外傾角增大,同時使車胎內側負荷增大而加劇磨損。
由於傳統的雙叉臂懸架採用單導向結構,即上下控制臂與支柱減震器相連,實現對車輪上下運動方向的控制,轉向拉桿和主銷相連完成對車輪左右方向的控制。由此看來,減震和轉向是由兩個獨立機構控制,但兩個機構都只具備單導向性。隨著懸架結構的不斷最佳化改進,目前雙叉臂懸架已衍生出可同時負責車輪轉向和上下抖動的雙向控制結構。改進的懸架用轉向節和轉向節支架取代了只用上下控制臂來對車輪進行約束的狀況,車輪轉向通過安裝在轉向節支架間的轉向節鉸鏈完成。在帶轉向機構的前懸中,轉向節支架連線著轉向節球形鉸鏈、穩定桿、液壓減震器以及上下臂。車輪的跳動和轉向分別由這兩個新部件負責,新結構使每個零件承受的力較傳統雙叉臂要小很多,可靠性提高不少。此外動態效能也大為改善,新型雙叉臂懸架獲得了較小的主銷傾角和外傾角,同時方向盤自動回正效果更明顯。
構造原理
雙叉臂式懸架由上下兩根不等長V 字形或A字形控制臂以及支柱式液壓減震器構成,通常上控制臂短於下控制臂。上控制臂的一端連線著支柱減震器,另一端連線著車身;下控制臂的一端連線著車輪,而另一端則連線著車身。上下控制臂還由一根連線桿相連,這根連桿同時也還與車輪相連線。在整個懸架構造中,通過對多個支點的連線提高了上下控制臂以及整個懸架的整體性。
如果是前輪驅動的車型,那么裝配在前輪上的雙叉臂懸架在上下控制臂之間除裝配有傳動機構外,還有轉向機構,這使得其結構比不帶轉向機構的後輪要複雜得多。在轉向機構中,轉向主銷由轉向托盤與上下控制臂的連線位置和角度確定,轉向輪可繞主銷轉動,同時也可隨下控制臂上下跳動。在雙叉臂懸架中通常採用球頭連線來滿足前車輪的運動需要:上下控制臂與轉向主銷的連線部位既要支持前輪實現轉向又要控制車輪的上下抖動。不過由於上下控制臂的長度差問題,這也對雙叉臂懸架的設計提出了嚴峻的考驗——如果上下控制臂的長度差過小,車輪抖動時會造成左右輪距偏大,加快輪胎外側磨損;反之,如果上下臂長度差過大,則會造成車輪轉向時外傾角過大,使輪胎內側磨損加快。因此,可以通過增加上下控制臂的長度來減小輪距的變化和控制外傾角的變化。
另外,雙叉臂懸架的上下控制臂能起到抵消橫向作用力的功效,這使得支柱減震器不再承受橫向作用力,而只應對車輪的上下抖動,因此在彎道上具有較好的方向穩定性。
技術特點
優點
橫向剛度大、抗側傾性能優異、抓地性能好、路感清晰。
首先,對於定位參數的精確控制,讓車輪能夠很好的緊貼地面,較強的橫向剛性又提供了很好的側向支撐,對於車輛的操控性能來說,這種結構的優越性是顯而易見的,它不僅是法拉利,
蘭博基尼和瑪莎拉蒂這些超級跑車們的首選,甚至是現今的F1賽車所使用的懸掛結構依舊能看到雙叉臂的影子。而兩根三角形結構的搖臂還擁有出色的抗扭強度和橫向剛性,因此在硬派SUV或者皮卡上也經常會使用雙叉臂的懸掛結構,而前雙叉臂後整體橋的結構也是硬派越野SUV的經典結構。像是大
切諾基,
豐田普拉多和
大眾途銳等,前懸都用了雙叉臂的懸掛結構。
缺點
製造成本高、懸架定位參數設定複雜。同時維修保養時的複雜程度高,在定位懸架及四輪定位時,參數也較難確定。
相對於麥弗遜懸掛,它的結構更複雜,占用空間較大,成本較高,因此並不適用於
小型車前懸掛,此外,定位參數的確定需要精確計算和調校,對於製造商的技術實力要求也比較高。
適用車型
雙叉臂式獨立懸架相比
麥弗遜式懸掛雙叉臂多了一個上搖臂,不僅需要占用較大的空間,而且其定位參數較難確定,因此小型轎車的
前橋出於空間和成本考慮一般不會採用此種懸掛。但其具有側傾小,可調參數多、輪胎接地面積大、抓地性能優異,因此絕大部分純正血統的跑車的前懸掛均選用雙叉臂式懸掛,可以說雙叉臂式懸掛是為運動而生的懸掛。法拉利、瑪莎拉蒂等超級跑車以及
F1方程式賽車均採用了雙叉臂式前懸掛。一汽豐田皇冠和銳志也都採用了雙叉臂式前懸掛。國內採用雙叉臂式前懸掛的轎車主要有一汽豐田皇冠和一汽豐田銳志,以及奧迪的豪華SUV Q7、大眾途銳。純國產的目前有BYD思銳,07年生產的中華酷寶、奇瑞生產的瑞麒G5。
儘管雙叉臂式獨立懸架擁有眾多優勢——出色的側向支撐、精確的車輪方向控制等,但由於使用上下控制臂結構,過於穩定的特性卻使車輪的回響速度較其他形式懸架要緩慢,上下控制臂的結構也導致這種懸架的橫向安裝空間增大。因此雙叉臂懸架常出現在車身寬大的豪華轎車、全尺寸SUV、皮卡甚至超級跑車上,如我們熟悉的
凱迪拉克賽威SLS、
雪鐵龍C6、奧迪Q7、大眾途銳,甚至國產中興威虎皮卡無一例外都在前懸採用了雙叉臂結構。而像
蘭博基尼蓋拉多、瑪莎拉蒂3000GT等注重操控性能的跑車在前後懸都採用雙叉臂懸架,這足以說明雙叉臂的套用範圍廣泛,重要的是它能為車身提供很好的側向支撐。