文:芝士驾道 原创:宁城

读懂悬架结构(上篇):麦弗逊并非低级货

何为悬架?

随着中国经济这20多年来的迅猛发展,汽车已然进入千家万户,汽车基础知识也逐渐得到普及。老一辈的购车者特别关注品牌,再是发动机、变速箱、油耗等;新世代购车者会关注底盘操控、移动互联、环保形象、经销商服务等更深层次或更新颖的因素。

早期的汽车只是一个简单的代步工具,但是随着工业技术的发展,人类文明的进步,汽车也成为了人们生活中最重要的伙伴。汽车上面也出现了很多以前没有的配置,比如音响。早期的汽车音响就是一个简单的喇叭,也没有什么功率,品牌之分,主要的作用就是收听广播。但是经过近100年的发展,如今的汽车音响五花八门,作用也不仅限于收听广播。很多人买车的时候,对音响的要求还是比较高的,但是现在一般比较好的汽车音响都需要选装,并且价格不便宜,下面我们就一起来盘点一下市面上主流的汽车音响,看看你的车有没有搭载。

八大汽车主流音响,谁才是你体验过最好的那一个?

宝华韦健

宝华韦健成立于1966年,是一个来自英国的音响品牌,多年来一直专注于扬声器技术的制造和研发。目前市面上很多高档汽车也搭载了宝华韦健的音响,比如宝马5系,但是需要选装,选装价格为3.6万元。宝马7系需要选装,选装价格为5.6万元。沃尔沃S90同样需要选装,选装价格为1.98万元。玛莎拉蒂总裁也搭载了这款音响,但是选装价格相对来说比较便宜,只需要1.57万元。

悬架作为底盘的一部分,对于普通消费者而言往往只可意会不可言传,很多人只能依靠“悬架结构”来判断车辆底盘运动性能的优劣。大错特错!这与“通过轴距判断后座空间”一样是伪科学。

八大汽车主流音响,谁才是你体验过最好的那一个?

柏林之声

柏林之声成立于1978年,略晚于宝华韦健,是一个来自于德国的音响品牌。自柏林之声成立以来,已经荣获国际上多项奖项,成为行业的翘楚。提到柏林之声这个品牌,很多人第一个想到的就是奔驰。奔驰目前确实有很多车型搭载了柏林之声的音响,比如奔驰S级。最新款的奔驰S400L就搭载了柏林之声的音响,但是顶配车型可以花7.67万元选装31个喇叭的柏林之声,也就是大柏林。相比于普通的柏林之声来说,功率更高,带有功放,还有旋转高音头。除了奔驰之外,保时捷也有搭载柏林之声,但是价格就要高很多了。比如保时捷Panamera,选装柏林之声的价格高达10.42万元。

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一来,结构并不直接决定操控,只决定了物理性能的上限和下限,后期调校的功劳也很大;二来,不少消费者混淆了悬架的诸多概念,最常见的错误是把弹性元件和导向机构进行对比,比如问空气悬架和多连杆悬架谁更高级;亦或将弹性元件和减振器进行对比,比如问空悬和MRC电磁悬架谁更牛。这是不会有结论的。

笔者用图文形式将内容“浓缩”至一万字左右,分上下篇发布,希望可以帮助读者们彻底读透悬架方面的基础知识,更精准地选车购车,以及少闹笑话。

解构悬架的结构

Suspension,中文译作“悬架”、“悬挂”、“悬吊”、“悬载”等词汇,都指的是同一种用于连接车辆和车轮的总成。

八大汽车主流音响(庆祝广州疫情防控取得阶段性胜利),谁才是你体验过最好的那一个?

哈曼卡顿

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因为要维持车与轮的动态几何关系,也要进行减振等工作,因此悬架是必不可少的。有些人会说“卡丁车是没有悬架的”,这并不甚精准,卡丁车只是没有弹性元件和减振器,不代表没有导向结构,不然车轮怎么挂在底盘上呢?又如何转向呢?

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进入主题。我们将悬架结构分为以下四大部分,有些课本会分为三大部分(取消第四“横向”稳定器):

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哈曼卡顿成立于1953年,是一个来自于美国的音响品牌。其实哈曼卡顿只是哈曼国际工业的一个部门,专门生产制造家用与车用音响。哈曼卡顿就是中高端车型通吃,宝马和大众的很多车型都搭载了这个音响,下到大众高尔夫,上到宝马7系。

导向机构/结构部件

平时提到的麦弗逊、双A臂、五连杆、扭力梁、钢板弹簧(两重身份)等等,都属于悬架结构的导向机构,或者叫结构部件,负责传递力和力矩,维持几何关系。

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全车间英文最好的张全蛋,视频中的中英文翻译都是错的。 张全蛋说的“底大杠”其实不是扭力梁,而是非承载车身中用到的车身大梁。

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弹性元件/支撑媒介/弹簧

八大汽车主流音响,谁才是你体验过最好的那一个?

B&O

两个年轻的工程师在1925年创立了B&O,到今天已经接近100年的历史。目前,B&O已经成为国际上顶级的家用电器生产厂商,也是很多高级轿车的御用音响。目前市面上搭载B&O的品牌主要有奥迪,福特,宾利。奥迪几乎全系车型都有B&O,但是有一部分车型需要选装。福特部分车型的顶配版会配备,宾利上面的B&O全部都需要选装,没有标配。

空气弹簧、螺旋弹簧、钢板弹簧、气液联动弹簧等部件分为这一类,属于弹性元件,也可称为支撑媒介,与本车是否“独立悬架”无关。

从上世纪70年代开始,主流汽车品牌开始研发主动悬架,率先运用在80年代初的F1赛车之上。现在我们能见到空气弹簧和气液联动联动弹簧都是主动悬架,其余多数都是铁脑袋不会思考的被动悬架。

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BOSE

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美国麻省理工学院电子工程的一位教授,在1964年创立了BOSE,BOSE也是世界上最早的扬声器生产厂家之一,是业内“原音重现技术”的革新者。目前市面上搭载BOSE音响的车型非常多,都是以中低端为主,但是也不缺乏保时捷Cayenne这样的高端车型。不过现在很多汽车上的BOSE音响的音质其实很一般,这就跟服装界的南极人一样,都是贴牌。

减振器

用来衰减振动的部件,也就是阻尼桶。下图被螺旋弹簧包着的那根就是减振阻尼桶,结构上分为主动式减振器(会思考的)和被动式减振器(常规的)。

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英国之宝

能量不会凭空消失或者产生。如果没有阻尼桶,弹性元件会不断振动下去直至能量被缓慢分散,这样一来我们坐的车子就会上下振动个不停。弹簧负责刚度,是储能装置;减振器负责阻尼,是耗能装置。两者不可混为一谈。

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横向稳定器

英国之宝创立于1977年,是英国第一家推出CD机的厂家,也是一家生产豪华,名贵家用音响的厂家。既然是来自英国的音响,那首先搭载的车型自然也是英国的车型。目前捷豹和路虎的大部分车型都搭载了这款音响,中端车型只有高配才有,高端车型标配。除了这两个品牌之外,我们国产的高合HiPhi X也搭载英国之宝的音响。

八大汽车主流音响,谁才是你体验过最好的那一个?

马克莱文森

防侧倾的“防倾杆”,不过不知道分到哪一类比较好。

从作用上看,防倾杆和弹性元件归纳在一起比较合适;从安装位置上看,防倾杆与导向机构比较亲近。

马克莱文森音响系统公司成立于1972年,马克莱文森在那个年代也是许多高性能音响公司中无可置疑的领头羊。目前市面上搭载马克莱文森的车型好像只有雷克萨斯,比如雷克萨斯ES的顶配版,雷克萨斯LS的顶配以及次顶配。

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对于以上四大部分,《悬架》系列将分上下文进行深度剖析。

各类导向机构的优缺点分析

我们先来说说导向机构,这是汽车悬架结构当中最重要的部分,相当于人体的骨架,同时也是我们日常购车过程中接触得最多的悬架结构部分,非读不可。

八大汽车主流音响,谁才是你体验过最好的那一个?

JBL

JBL公司成立于1946年,是一家来自美国洛杉矶的音响公司。该公司主要生产高级扬声器单元,目前也是全球最大的专业扬声器生产厂商。市面上搭载JBL音响车型的也很多,比较出名的就是丰田。丰年很喜欢用JBL的音响,不过仅限于中高端车型的顶配版本,比如汉兰达,兰德酷路泽,普拉多等等。

八大汽车主流音响,谁才是你体验过最好的那一个?

还有很多主流的汽车音响品牌,文中没有提及,比如丹拿,燕飞利仕,锐威等等。在你平常接触过的车型中,你认为哪个车型,哪个品牌的音响是你听过最好的?

各种导向机构之间的区别很大,大类可以分为独立和非独立,消费者一般认为独立悬架更高级,这是对的也是错的,准确来说是“独立悬架下限和上限都更高”。

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独立悬架:麦弗逊

麦弗逊悬架(McPherson suspension)可谓家喻户晓,因为现在市售车型当中绝大部分的前悬挂都用麦弗逊,特别是微型、小型、紧凑型和一部分中型车。

麦弗逊悬架的结构非常简单,下图是麦弗逊(左)和双A臂(右)的结构对比图,没对比就没伤害,可见麦弗逊约等于少了一个A臂的双A,横向支撑性肯定不如双A好。

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视觉上看到的和真实操控感受到的,基本不会差太远,但这就代表麦弗逊很次吗?

不是,现在多数乘用车都在用,你也不会觉得自家车子每次转弯都要崴脚了呀,保时捷718系列还是前后麦弗逊悬挂呢,谁敢说718没运动性能?当然,保时捷的麦弗逊比较高级,用的是分体式下摆臂,铝合金使劲往上堆, 911的前悬就是麦弗逊你没意见吧。

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因为少了上面的连杆,所以麦弗逊只能使用“螺旋弹簧+减振桶”这个组合来当另一根杆,问题就来了这“螺旋弹簧+减振桶”不是一根硬邦邦的零部件啊,使劲掰它,它会被掰弯的……

所以麦弗逊悬架多数采用的是本身就被掰弯的螺旋弹簧(后文我们会聊到),在受力状态下就打直了,这时候才不会让螺旋弹簧跟减振桶一直磨蹭,降低两者的使用寿命。

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既然麦弗逊有以上缺点,为什么多数厂家都选择它呢?便宜!对,但不全对,品质优秀的麦弗逊结构也非常非常贵,比如保时捷的那两组,车企们坚持用麦弗逊有些时候是因为麦弗逊占据的空间非常小,特别是在横置车型当中可以腾出很多地方安放横置发动机与变速箱,而纵置发动机采用多连杆(包括双A臂)前悬架一定程度是因为纵置发动机不需要太多的横向空间。

便宜、省空间,结构也相对简单,零部件少,固紧件少,麦弗逊的优势比劣势要大,选择它绝对是明确的。

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曾经的中型运动车标杆宝马3系(对,“曾经的”)就很喜欢用麦弗逊,当然人家用的是双球铰麦弗逊,把下面的三角臂拆分成两个活动摆臂,自由度更高,转向精准度更高,性能、舒适、成本都可以平衡到,所以我买的那台ATS-L就直接用了E90那套双球铰麦弗逊,老好开了我跟你说……

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麦弗逊还有好多种变体,这里就不一一细拆了。

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独立悬架:多连杆

前后独立悬架就一定高级吗?你没开过东南菱帅V3吧,那台新车才5万块的玩意就是前后独立,不加顶吧开起来跟软脚蟹似的,又颠又倾,被你们骂上天的断轴速腾(后扭力梁减配款)开起来比V3好太多,只要轴没断。

多连杆结构有很多种,按数字来分类比较好理解(但专业人士会骂我不专业,好在他们不看我的科普文),我们就说三连杆、四连杆、五连杆吧。

三连杆我们在麦弗逊那节说过了,把下面的三角臂拆分成两个活动摆臂的“双球铰麦弗逊”,有些人把它归类在麦弗逊高级变种,也有人把它定义为多连杆,3系、ATS、汉EV就用的这种。定义这个事随便了,不重要。

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再放一个gif会显示得更清晰一些,注意最右边那根不是控制臂,而是转向拉杆。

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前文提到的双A臂,也叫“双叉臂”,是多连杆的一种,而且有好几种变体,比如双球铰型、三球铰型、四球铰型,球铰越多,灵活性就越强,操控极限越高。

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比如奥迪A8、大众途锐、保时捷卡宴这种纵置发动机的豪华车,前舱有很大的空间用来布局悬架,就可以用高端的四球铰双A臂结构,上下摆臂均由前后两根控制臂单独与转向节相连接的四球铰结构,让力和力矩更为均匀地分布在叉臂上,调校成本和物料成本都很高,但舒适性、过弯极限、转向细腻度都更高。有钱可以任性。

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但是有些四连杆又不叫四连杆,如果它们是最高级的四球铰型,而且还加入了一根前束控制杆,所以官方会称他们的悬架为“五连杆悬架”,途锐的官方资料就是这样写的。下图是宝马5系的后五连杆,标红的便是四球铰型双A臂再加一根前束控制杆。

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总而言之,多连杆也有材料太菜、工艺太菜、调校太菜的角色,麦弗逊不一定比多连杆弱,当然市售多连杆多数都比麦弗逊强,因为做得好的多连杆又复杂又死贵,还特别难调校,还特别占空间。

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非独立悬架:扭力梁

扭力梁在经济型乘用车后悬上面用得非常广泛,因为结构非常非常非常简单,所以笔者不打算展开说太多了。

后扭力梁被认为是减配其实也很正常,因为多数后扭力梁车型都取消了副车架,成本下限可以做到很便宜,上限也不低,因为调校其实很花钱。

调校得很好的扭力梁车型也能很强,比如高尔夫7平民版就是取消了高尔夫6的多连杆,变成了扭力梁后悬,而大众调校能力的确很牛,过弯极限依然高。

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问题是,多数车企都没有大众集团、通用集团、PSA集团的底盘调校能力,其中标致和雪铁龙调扭力梁的能力堪称一绝,而小公司用后扭力梁纯粹是为省钱罢了,而且也非常省空间,备胎容易布局。

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扭力梁的问题也挺多,最大的问题是左右悬架会互相干涉,舒适性通常不如多连杆,而且那根变截面梁超级难做设计优化,也就大集团能整好。

扭力梁也有高级一点的形式,比如加入瓦特连杆,我记忆很深的是欧宝Astra,入华之后变成上一代/上上一代威朗,那套瓦特连杆扭力梁就很不错。

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非独立悬架:整体桥

整体桥有多种形式,比如刚刚提到的瓦特连杆,还有罗素连杆,而我们见得最多的是钢板弹簧。

对,钢板弹簧这玩意不止是弹性元件,还是导向机构的一种。

整体桥悬挂的舒适性极差,但结构简单、成本贼低、过载能力老强了,本节中就不展开了,我们留在下一段“弹性元件”里面说。

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各类弹性元件的优缺点分析

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出大力的钢板弹簧

分别开五十铃mu-X和D-Max皮卡去越野,后排乘客的乘坐感受差距非常远,D-Max皮卡后面用了钢板弹簧,重度越野工况下能把人的五脏六腑颠得七荤八素。

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钢板弹簧(Leaf Spring)结构是“出大力”车型用的,乘用车里面也只有科尔维特C7会用它做弹性元件……不过C7用的不是钢,而是复合玻璃纤维材料,而且采用了横置的方式,官方称之为“复合式叶片弹簧”,同样原理的“板悬”在沃尔沃S90上也有配备,下图绿色那根就是。

钢板弹簧的结构不复杂,把几片长度不同、弯曲半径不同、厚度不一定相同的钢制簧片码在一起就是一组弹簧了,下图还能看到中心螺栓、弹簧夹、卷耳、套管这些辅助结构。当然,钢板弹簧结构也是要配备减振器的,只不过重卡不是每条轴上都有。

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商用车用钢板弹簧做弹性元件,利用了它的高载荷能力,即使长期超载也能扛多很久,寿命结束之后的更换成本也比较低。

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钢板弹簧是一种很有趣的低成本高得益的解决方案,它兼顾了弹性元件和结构元件的双重作用,车轮定位参数变化很小,轮胎盘的摩擦损耗也小,出少钱办大事。

不过因为钢制簧片之间会有各种挤压和摩擦动作,所以钢板弹簧也是要润滑保养的。

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最常用的螺旋弹簧

空气弹簧很娇气,有时候你看到老A8老S级趴在地面上,不一定是改装了,只是空气弹簧塌掉了而已……

螺旋弹簧就不同了,如今市面上买到的绝大多数乘用车都用它做弹性元件,钢制螺旋弹簧的寿命基本等同于长生不老,除非刻意破坏或者事故撞击,不然是不可能会坏的。

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螺旋弹簧的英文叫helical spring,结构非常简单,学问却一点都不少,是工程学里面极为重要的基础零部件。除了汽车之外,我们用的圆珠笔里面有螺旋弹簧,肉菜市场的秤有螺旋弹簧,门锁里面有,自动枪械里面也有。

我们一般见到的车用螺旋弹簧是直卷式的,另一种叫渐进式弹簧(下图)的玩意采用了不同螺距和直径,K值随着压缩量变化。这个就不展开说了。

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因为螺旋弹簧有明显的成本优势,产业分布成熟且广泛,寿命极长且故障率基本为0,因此被爱得最深。

最后放一张螺旋弹簧制作的gif图,魔性……

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空气弹簧并非BBA才玩得起

Air Suspension,空气悬架/空悬,翻译过来直接能意会,就是利用压缩空气来当弹性元件的机构,因此称之为 “空气弹簧”更为精准。

从下图很好地解构了空气弹簧的几何结构,它与减振器分离布局在半轴边上,夹在导向结构中间。

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刚刚我们提到的那些被动悬架是不能调整阻尼、刚度、行程(高度)的,而空气悬架作为主动悬架完全能胜任后两者的调节作用,剩下的阻尼需要交给减振器。

一个世纪前,钢板弹簧和螺旋弹簧开始运用的时候,空气弹簧的概念已经有了,比如太拖拉(Tatra)在1929年就尝试过给自家卡车装空气弹簧,可惜工艺太差了根本量产不了,这工程学困境与后来的可变压缩比技术一样。

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我们不清楚“德国占领捷克斯洛伐克”与“德国豪华品牌战后发展空气悬架”有无联系,但从宝沃到奔驰,从宝马到奥迪,哪家都是空气弹簧爱好者。

你没看错,BBBA德系豪门四兄弟是真存在的,只不过宝沃兴旺的年代根本没奥迪什么事,奥迪兴旺的年代根本没宝沃什么事。

下图是一根空气弹簧的剖面图,这是膜式结构的,平时在高端乘用车上能见到,蔚来ES6加五万块能多四根这种空气弹簧,再加电机功率提升。受限于篇幅,每个部件的