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操控性最出色 双叉臂独立悬挂技术解析

发布时间:2012年05月29日 02:44 | 进入汽车论坛 | 来源:Che168 | 手机看视频


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在常见的集中独立悬挂结构中,双叉臂式悬架被公认是操控性最出色一种,绝大多数的性能跑车乃至于F1赛车使用的都是双叉臂的悬架结构。那么下面就带大家一起了解一下这种最具有运动基因的悬挂形式。

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历史及概述:

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由于叉臂长的很像许愿骨,所以得名double wishbone suspension(双愿骨式悬架)。

双叉臂悬挂也叫做双A臂悬挂或者双摇臂悬挂,属于双横臂悬架中的一种,英文名为double wishbone suspension(双愿骨式悬架),这个名字据说来源于西方圣诞节上一种吃火鸡的习俗,当人们开始吃的时候,首先要对火鸡身上一根V字形的骨头许愿,而这根骨头就叫许愿骨(Wish bone)。而因为在双叉臂悬架结构中的A臂或者是V臂和许愿骨的形状非常相似,故得名双愿骨(double wishbone)式悬架。

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packard 120是首款使用了双叉臂悬挂的量产车

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。

关于双叉臂悬架起源的误区:

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不少人误以为双叉臂悬挂来源于麦弗逊悬挂(左:麦弗逊;右:双叉臂)

此前,在网络上流传着一种错误的说法,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。

为何这么说呢?前面我们说过,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。

如图所示,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(上短下长),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。

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途锐的前后双叉臂悬挂结构具有足够的强度和刚性,应付极限越野也不在话下

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。

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法拉利F430的双叉臂悬挂结构

众所周知,车轮的四个定位参数前后外倾角、前轮前束量、主销内倾角和主销后倾角对于车辆的行驶性能,特别是车辆操控性能的影响很大。当车辆在运动过程中,这几个数值就会随之发生变化,一旦这几项参数变化范围过大,就会加剧车轮和转向机构的磨损,从而导致车辆的操控性能大幅降低。而在双叉臂悬挂结构中,这几项定位参数都是精确可调的,且由于双叉臂的结构在设计时拥有较高的自由度,工程师可以通过合理安排空间导向杆的铰接点位置和控制臂长短,将定位参数的变化范围缩小,从而提升了车辆的整体操控稳定性。

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奥迪R8使用的也是双叉臂悬挂

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玛莎拉蒂的GranTuismo也是前后双叉臂的结构

这也就是说,只要车轮定位参数的变化值较小,就可以使车轮在运动过程中可以在较大范围内与地面保持一定角度的垂直状态,拥有更出色的贴地性能,从而使得车辆在过弯时拥有更出色的轮胎抓地力。因此,时至今日,前后双叉臂悬挂仍然是绝大部分性能跑车悬挂的首选结构。

市面上还有不少家用车使用了类似双叉臂结构的双横臂悬挂,如果按照结构来分,双叉臂悬架是双横臂悬架中的一种特殊类型,它们在结构的本质上是相同的,只是双叉臂的两根横臂使用了叉臂或者A臂的形状。由于需要为支柱减震器预留足够运动的空间,这类型的双横臂悬挂的上横臂通常也会使用叉臂的结构,而下横臂则会使用L臂或者连杆臂。

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这一代的本田思域将传统的双叉臂结构改为双横臂结构

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睿翼前悬挂

双横臂式悬挂和双叉臂式悬挂有着许多的共性,只是结构比双叉臂式简单些,也可以称之为简化版的双叉臂式悬挂。同双叉臂式悬挂一样双横臂式悬挂的横向刚度也比较大,一般也采用上下不等长的摇臂设置。而有的双横臂的上下臂不能起到纵向导向作用,还需要另加拉杆导向。这种结构较双叉臂更简单的双横臂悬挂性能介于麦弗逊悬挂和双叉臂悬挂之间,拥有不错的运动性能,一般使用在A级或者B级家用车上,国内采用双横臂式前悬挂的主要有:广州本田雅阁、一汽轿车马自达6,东风本田思域等。

优点与不足:

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法拉利F10的悬挂细节

双叉臂悬挂的优点很明显,首先,对于定位参数的精确控制,让车轮能够很好的紧贴地面,较强的横向刚性又提供了很好的侧向支撑,对于车辆的操控性能来说,这种结构的优越性是显而易见的,它不仅是法拉利,兰博基尼和玛莎拉蒂这些超级跑车们的首选,甚至是现今的F1赛车所使用的悬挂结构依旧能看到双叉臂的影子。而两根三角形结构的摇臂还拥有出色的抗扭强度和横向刚性,因此在硬派SUV或者皮卡上也经常会使用双叉臂的悬挂结构,而前双叉臂后整体桥的结构也是硬派越野SUV的经典结构。像是吉普大切诺基,丰田普拉多和大众途锐等,前悬都用了双插臂的悬挂结构。

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由于结构复杂成本高,占用空间大,因此双叉臂不适合经济性小车

当然,双叉臂悬挂也有它的缺点,那就是相对于麦弗逊悬挂,它的结构更复杂,占用空间较大,成本较高,因此并不适用于小型车前悬挂,此外,定位参数的确定需要精确计算和调校,对于制造商的技术实力要求也比较高。

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