各种被动独立悬架的性能特点

现代轿车的独立悬架主要有麦弗逊滑柱式、双横臂式和多连杆式等三种，如图4-64所示。

1.麦弗逊滑柱式独立悬架

麦弗逊滑柱式独立悬架又称滑柱摇臂式独立悬架，它是20世纪50年代美国工程师麦弗逊发明而得名。它由一滑动立柱和一下横臂组成。

图4-63 悬架质量与非悬架质量

图4-64 轿车独立前悬架类型

a）麦弗逊滑柱式 b）双横臂式 c）多连杆式

图4-65 麦弗逊滑柱式独立前悬架

1—弹簧 2—滑柱筒 3—转向节支架 4—下横臂 5—传动轴 6—转向横拉杆 7—副车架 8—前制动盘

其特点是：整个悬架所占用的空间较小，能给发动机室留下较大的利用空间；将部分导向机构和减振器组合在一起，简化了结构、减轻了重量；转向“主销”轴线不是筒式减振器的轴线，而是由减振器上支座中心与下控制臂外端球销中心的连线构成，当车轮上下跳动时转向轴线的角度会发生改变，也使车轮的各定位参数和轮距有些改变；螺旋弹簧设置的位置较高，而且中心线向外偏（其托盘亦为偏心托盘，见图4-65），不和减振器同轴。

螺旋弹簧设置于高位置，而且不和减振器同轴的目的是为了减小车身对减振器上端活塞杆的压力，以减小液压缸和油封等处的摩擦。其原理如图4-66所示：螺旋弹簧承受垂直载荷F_p，而且轴线偏离车轮中心，因此F_p与车轮垂直反力R构成一力偶；作为转向“主销”的上、下支点必然产生一反向力偶与之相抗衡，这一对力就是车身作用于柱塞杆上的力F_s和沿下控制臂方向作用于下球销上的力F_s。正是由于F_s的作用，增加了减振器活塞与缸筒、活塞杆与油封之间的摩擦，使油封磨损加快，甚至造成漏油严重而失效。显然，提高减振器上支座的高度以及增大弹簧轴线的偏移，均有利于减小F_s；因为，提高减振器上支座的高度能使反向力偶矩的力臂加长，而增大弹簧轴线的偏移能使载荷力偶矩的力臂缩短。在汽车受到侧向力的作用时也会发生这种摩擦。

麦氏悬架的缺点是：由于减振器和螺旋弹簧的组合充当了主销的角色，上、下支点的跨度过长，使得悬架的纵、横向刚度都较薄弱，侧向变形的可能性较大，致使转弯时车厢的侧倾角增大，同时也相应增大了轮胎的侧偏角，对操纵稳定性造成不良影响；在急加速和急制动时，“仰头”、“点头”较明显。

虽然麦氏悬架在技术上并不是很先进，但由于它具有以上特点，仍是一种结构简单而又经济实用的悬架，因此得到了较为广泛的应用。我国生产的许多品牌轿车，如捷达、桑塔纳、高尔夫、奥迪100、红旗7220、夏利、富康以及著名跑车保时捷911等都采用了麦弗逊滑柱式独立前悬架。

下面以奥迪100轿车的前悬架为例来了解麦弗逊滑柱型前悬架的结构与连接方式。

图4-66 悬架受力隔离体示意图

如图4-67所示，转向节支架（商用名为前减振器外壳）是悬架的主体，减振器装入滑柱筒内，大螺旋弹簧以托盘作支撑，两者通过上支座与车身的翼子板相连；悬架下控制臂（桑塔纳为三角摇臂）的外端以球销与转向节支架相连，内端以铰链与副车架相连，就这样构成了前悬架系统。上支座与下球销之间的中心连线构成了“主销”的转向轴线。车轮绕转向轴线转动，上下摆动则依靠减振器柱塞（即滑柱）与弹簧的伸缩和下控制臂的联动。

带有球笼万向节的传动轴从转向节支架的孔内伸出，与前轮毂的键槽孔相配合，外端用螺母锁紧，以实现动力传递；转向器横拉杆以球销与转向节臂相连，以拉动转向节支架，实现车轮的转向。

图4-67 奥迪100轿车麦弗逊滑柱式独立前悬架

前轮采用麦弗逊滑柱式独立悬架时，前轮各定位参数变化较小，除前束可调整以外，对于其他参数有的车型规定不可调整，有的车型规定可以调整。常见的调整部位及调整方法举例如下。

车轮外倾角的调整：

1）上海桑塔纳：松开转向节下球销，在横向上左右移动球销以改变其位置。

2）奥迪100：松开组合减振器上支座固定螺钉，在横向上左右移动上支座以改变其位置。

3）丰田花冠：松开滑柱筒下部的两根偏心轴螺栓，转动偏心轴以改变转向节的斜度。

2.双横臂式独立悬架

双横臂式独立悬架由等长或不等长的A字形上、下两叉形臂组成。上、下横臂的外端分别以球销与转向节支架相连，内端以两个铰链分别与车身、副车架相连，支承刚度大、受力均匀；支柱式组合减振器置于两横臂之间，起着承受垂直载荷和上下减振作用，如图4-68所示。上、下横臂两球销的中心连线为转向“主销”轴线，车轮绕其转动，上下摆动则由上、下横臂等组成的导向机构来完成。(www.xing528.com)

图4-68 不等长的双横臂型前悬架

各种双横臂式独立悬架的特点：

（1）上、下横臂既等长又平行的独立悬架 在车轮上下跳动时，虽然车轮平面没有倾斜，主销轴线方向也没有发生变化，但轮距却发生了较大改变（如图4-69a所示）；车轮位移的方向向外侧，与地面侧向反力的方向相反，起着增大侧偏角的效果。这将增加车轮侧向滑移的可能性，并加剧轮胎的磨损。

（2）上、下横臂不等长但平行的独立悬架 在车轮上下跳动时，虽然车轮平面、主销轴线方向以及轮距都发生了变化（如图4-69b所示），但如果选择两臂的长度比例适当，车轮和主销的定位参数以及轮距的变化不会大。不大的轮距变化，可以通过轮胎的变形来适应，目前轿车轮胎可允许轮距的改变量控制在每只车轮4～5mm之内，在此范围内不会导致车轮发生侧向滑移。重要的是：车轮上跳时略呈内倾，有助于减小车轮转弯时的侧偏角。由此可见，平行而不等长的双横臂式独立悬架既改善了汽车的操纵稳定性和行驶的平顺性，又可减小轮胎的异常磨耗，所以在轿车前轮上有着实际的应用意义。

（3）上、下横臂既不等长又不平行的独立悬架 在车轮上下跳动时，会影响车轮外倾的变化：车轮上跳时呈正外倾，回弹时呈负外倾，如图4-70所示。这种变化规律有可能损害了汽车的操纵性，但有利于行驶平顺性的改善。因为车轮上跳时呈正外倾，则增大了车轮转弯时的侧偏角。

图4-69 双横臂式独立悬架车轮跳动状况示意图

a）两摆臂等长、平行的独立悬架 b）两摆臂不等长、平行的独立悬架

图4-70 不等长、不平行的两横臂对车轮外倾角变化的影响

a）双横臂上下跳动时的位置变化 b）外倾角变化范围

双横臂式独立悬架比麦弗逊式增加了一上控制臂，悬架与车身形成多点连接，使悬架的纵、横向刚度得到增强，有效地抑制了悬架转弯时的变形。悬架导向杆系的变形程度以及运动规律对于车轮定位参数的影响是很大的。例如通过悬架产生的侧倾转向效应可以控制车轮的前束：侧倾转向是指在车厢发生侧倾的同时，引起前轮发生绕主销的转动、后轮绕垂直于地面轴线的转动，称为侧倾转向，其转角称为侧倾转角。侧倾转向的结果将改变车轮的预设前束，也意味着改变了前、后车轮的转向角，从而影响了汽车的稳态转向特性和行驶的平顺性。产生这种侧倾转向效应的原因：对于后轮，是由于悬架的导向杆系（如上、下横臂等）的运动规律所造成的；对于前轮（转向轮），还包含了悬架导向杆系与转向杆系各自的运动规律不协调而发生干涉的结果。

同时，悬架的导向杆件与车身铰接的位置特别设计，也使得急加速的“仰头”和急制动的“点头”效应得到了改善。

其主要缺点是：悬架在横向上所占用的安装空间较大，而且定位参的测定比较复杂。

操控性能要求较高的、车体较宽的轿（跑）车如法拉利、兰博基尼盖拉多、玛莎拉蒂3000GT等超级跑车，以及F1方程式赛车首先采用了双横臂式独立前悬架；目前，国内生产的一汽丰田皇冠、一汽丰田锐志、奥迪SUV Q7以及大众途锐（见图4-71）等轿车也都采用了双横臂式独立前悬架。

图4-71 大众途锐轿车的双横臂式前悬架结构图

3.多连杆式独立悬架

多连杆式独立悬架，顾名思义是由多件连杆配置而成的独立悬架。它是由双横臂式独立悬架改进而成，即把较细杆的A字形横臂各作一分为二，就成了四连杆独立悬架。连杆数量在3根以上才称为多连杆，目前主流多连杆独立悬架为4连杆式和5连杆式。

通过多连杆可以增加对车轮的约束条件，减少车轮的自由度，从而减小车轮在跳动过程中定位参数的变化。同时，通过多连杆导向杆系在弯道行驶时所发生的变形，引起车轮转向角的变化来改善汽车行驶的平顺性，这一特点尤为重要。这种因悬架导向杆系变形而使车轮转向角发生改变的连带关系称为变形转向，其转角称为变形转向角。变形转向也是一种使汽车具有适当不足转向量的有效手段，而多连杆式独悬架就具有这种效能——能使前轮有减少前束的变形转向角、后轮有增加前束的变形转向角。

为什么后轮要有增加前束的变形转向角？转向时，后轮增加了前束就意味着增加了一定的转向角。要知道，在汽车转向时，前轮为转向轮，而后轮为随动轮。若后轮处于纯粹的随动状态，必然引起后轮总是夹有拖曳成分而产生振动和车厢尾部总是向外侧甩出的不良后果。如果后轮在转弯时因悬架因素能产生一定的转向角来配合前轮一起转向，那么上述的不良后果就可以得到减轻或消失，使汽车具有了4WS（四轮转向）的效果。

那么，随动的后轮如何才产生一定的转向角呢？这个转向角是由于悬架导向杆系的变形而得到的。说到底，变形的实质就是连杆专用橡胶衬套所产生的特殊效能。

多连杆式独立悬架的优点：能有效地控制车轮前束、外倾和轮距等参数的变化，使汽车具有良好的操纵稳定性和行驶平顺性；可以自由独立地测定主销内倾的偏移距，减小因径向载荷变化引起的干扰力和力矩；有效地控制汽车制动时和加速时车身“点头”和“仰头”效应；悬架的受力点分散，因此连杆可以做得细些、质量小些。

多连杆式独立悬架的缺点：由于连杆衬套数量多，而且这些衬套对橡胶柔性等技术指标都各有不同的特殊要求，导致加工成本增加；悬架在运动过程中受约束增多，车轮的各种运动又要求连杆衬套产生相应的变形来配合，而衬套的磨损又敏感地影响其效能，因此衬套的技术含量将成为多连杆式独立悬架性能优劣的关键所在。另则是该悬架所占空间较大。

目前，国内采用多连杆式前、后独立悬架的车型有：北奔-戴克奔驰E级轿车、华晨宝马的3系及5系轿车、一汽大众奥迪A4及A6L；采用多连杆式前独立悬架的车型有上海大众的帕萨特；采用多连杆式后独立悬架的有长安福特福克斯、一汽大众速腾、广州本田雅阁、上海通用君越、一汽丰田皇冠及锐志、一汽轿车马自达6、东南汽车三菱戈蓝等。

图4-72为奥迪A5的多连杆式前、后独立悬架。从外观上看似乎属于双横臂式独立悬架，但由于上横臂已被两根连杆所代替而定义多连杆独立悬架。而后多连杆式独立悬架采用了梯形连杆技术，以期获得良好的方向稳定性和循迹性；前、后悬架的材质均为轻质铝合金，以减小悬架质量和提高悬架的响应能力。

F1赛车（法拉利ENZO）的多连杆式独立悬架（亦称双叉形臂加推杆式独立悬架）示意图如图4-73所示。前独立悬架由上V形臂、下V形臂以及一支中间斜连杆组成，另外一根是转向横拉杆。后独立悬架由上V形臂、下V形臂以及一支后连杆、一支中间斜连杆组成，中间圆轴为传动轴，中间斜连杆与过桥上水平横置的弹簧减振器相连接。减振器的水平横置是F1赛车独立悬架设计的精华。图4-74为雷诺F1赛车的前独立悬架。