也谈科鲁兹悬挂浅析现代轿车底盘.docx
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也谈科鲁兹悬挂浅析现代轿车底盘
也谈科鲁兹悬挂——浅析现代轿车底盘（完）
承蒙版主厚爱，送米让偶可以早日上图。
本人才疏学浅，只因从小对汽车有爱，多年积累了一些汽车知识，趁小科入手之际与大家分享。
不对之处还请大家指正！
正文
汽车的底盘是传统汽车的三大部分之一。
汽车的三大件乃动力总成、车身和底盘。
动力总成提供动力，车身承载各种负载，而底盘则将动力总成的输出功率和扭矩最终转换成牵引力，从而使汽车可以在路面上行使并且得以操控（转向）。
因此底盘是汽车最重要的组成部分之一。
通常大家在讨论底盘时一般特指悬挂。
但实际上各大整车厂对底盘部件的划分包含了更广义的部分。
刹车、转向、悬挂、主要结构件、传动轴、换档机构乃至轮胎、发动机支承都在他们的底盘系统定义之内。
本帖还是集中讨论大家最近都很关注的小科的悬挂部分。
早期的轿车底盘由一个主要的承载结构件，加上其他系统组成，类似于现在的卡车底盘。
这是由于早期轿车一律使用非承载式车身，即所有路面载荷及冲击都由底盘而非车身来承受的样式，包括动力总成也是有底盘来承载。
其特点是底盘刚性好，对底盘噪声的隔绝好，便于制造，但缺点明显，重量大，离地间隙高，不利于布置独立悬挂。
而现代轿车全部采用承载式车身，其特点是通过良好的设计同样能保证良好的车身刚性，能有效降低车身高度，重量轻，由于没有纵贯前后的大梁，非常适合布置独立悬挂，车身易振动产生噪音并使乘坐不舒适的缺点也由独立悬挂的使用而完全得到克服。
顺便提一下，有一个很简单的辨别是否承载式车身的办法，即扒掉所有车身部件，发动机还能和底盘成一个整体甚至还能行使的就是非承载式（想想那些没有驾驶室的卡车通用底盘），否则就是承载式车身。
由于承载式车身在轿车上的大量使用，20世纪70年代起各大整车厂都开始在自己的产品上装备独立悬挂。
独立悬挂能使左右两侧车轮实现单独跳动，从而大大提高通过性和舒适性（通过性？
没错，就是通过性。
轿车的通过性比卡车差，不是因为悬挂，而是因为离地间隙。
看看坦克，全是独立悬挂）。
独立悬挂经过多年的发展，出现了多种形式。
在讨论独立悬挂前我们先来看看悬挂的组成部分。
悬挂主要由弹性原件、阻尼原件和导向机构组成。
这三者的构成可以看成是一个基本的质量弹性阻尼振动系统（学过大学物理的应该都知道吧）。
弹性原件即弹簧，用来将从车轮传来的地面冲击转化为振动，阻尼原件及常说的减震器，用于将弹簧的振动衰减，而导向机构用来限制车轮的跳动方向，使其按一定的轨迹进行跳动。
平时说的什么麦式啊多连杆啊那些东西，都是导向机构。
了解了悬挂的组成部分后我们就可以来看看各种悬挂的真面目了。
先说非独立悬挂。
最常见的就是卡车上的板簧悬挂。
整个悬挂的主要构件是一根贯穿左右的横梁，通过板簧和减震器连接在车架上。
弹性原件自然就是板簧。
大家不要小看板簧。
由于卡车的载重都很大，因此板簧必须在保证必要的弹性前提下拥有很大的强度和耐疲劳性能。
板簧的这些性能是小车的螺旋弹簧无法相比的。
一般的板簧都要在成型后经过多次热处理来改善性能并且通过表面喷丸来去除表面的微小裂缝。
阻尼原件很简单，就是常见的减震器了。
同时，由于板簧多是数块层叠使用，在跳动时互相之间的摩擦也能产生阻尼衰减振动，这就是为什么有些卡车悬挂没有减震器的原因。
导向机构，有些形式就是减震器，有些则有一或两根拉杆。
相较而言，独立悬挂的形式更多样。
有双横臂式（双A臂），多连杆式，麦弗逊式，纵向拖曳臂式等等。
双横臂式，车轮由上下两根横向摆臂连接在车身构件上。
优点是只要合理设计两摆臂的长短及与车身连接点、与车轮连接点的位置，可以保证在任何情况下车轮都可以在最佳的角度范围内，而这正是保证车辆良好操控性的重要因素之一。
弹性原件使用螺旋弹簧，与减震器布置在同一轴线上，可以达到很好的弹性阻尼衰减特性。
而使用A型摆臂可以更方便的布置弹簧和减震器，即可以直接连接到下摆臂上，也可以通过推拉杆横向布置。
缺点是结构复杂，造价昂贵。
摆臂的材料多采用锻造铝合金，以减轻重量。
由于以上这些特点，几乎所有的超级跑车都使用这种形式做为其前后悬挂。
F1用的也是这种，不过材料是更轻更贵的碳纤维。
值得一提的是中华俊捷也是采用的这种形式的前后悬挂（后？
我忘了），很臭屁啊。
但事实是俊捷的操控确实相当精彩。
多连杆式。
及采用多个连杆来连接车轮和车身，通过设计合理的连杆长度和连接点，同样可以使车轮保持最佳角度，但相比双横臂，其动态刚度要差一些，但这一点在保证操控性的同时能够提供很好的舒适性。
常见有四连杆，宝马的五连杆等。
连杆材料多种多样，钢管，钢板冲压焊接，铝合金，铸钢，铸铁都有大量应用。
其显著缺点除了和双横臂一样结构复杂（其实比双横臂更复杂，因为连接点更多），重量大，价格贵外，另一个就是占用空间大。
由于现代轿车多采用前置发动机，空间问题使多连杆很难在前舱进行布置，因此多用在中大型豪华车的后悬挂上。
接下来麦弗逊式，这个是最常见的前悬挂啦。
由于20世纪70年代起大量的中小型轿车开始使用前置发动机前轮驱动的样式，因此如何在狭小的前舱空间布置一种即小巧又经济同时又具备相当操控性的小型独立悬挂就成了汽车工程师们思考的问题。
福特公司的底盘工程师麦弗逊发明了一种悬架，由于其简单小巧的结构及良好的性能得到了大量应用，因此这种悬挂也以他的名字命名为麦弗逊式。
麦式悬架最显著的特点就是只有一根下横向摆臂来约束车轮的下方角度，而上方的角度是靠减震器弹簧来约束的，减震器同时也充当了导向机构的角色，反映在外观上就是减震器直接与转向节连成一个整体。
这种结构的车轮外倾角、主销后倾及主销外倾均不可调，唯一可调的是车轮前束。
（所以有时候想想外面的四轮定位，搞了半天其实就是给你调了个前束，而这靠一把卷尺就能搞定了）这不得不说是一个大的缺点，但是通过精准的设计可以使得车轮在多数情况下保持在较佳的角度范围内。
而其优点则是显著的：
结构简单，占用空间小，便宜，维护方便，性能差的也不是那么多。
其实看看GolfGTI，FoucsRS这些小钢炮的表现，乃至00～06年度WRC冠军标致206和雪铁龙赛纳，就能看出调校得当的麦式悬架的威力。
麦式悬挂还有一种变形，即凯越、景程、老君威，凯美瑞（？
）等使用的无上连杆的多连杆悬挂。
由于这种悬挂的弹簧与减震器依旧与车轮直接连接，因此本质上还是麦式悬挂，只不过是把单一的下摆臂变形成了两根横向连杆和一根纵向拉杆而已。
其好处是能够增加舒适性，但刚度大为降低，同时占用一定空间。
这也是为什么这几台车开起来像船一样的原因。
（没找到完整的好图，不过凯越的应该很多吧）
纵向拖曳臂式。
与上述几种独立悬挂车轮实在横向跳动的不同，这种结构的车轮是纵向跳动的。
这种独立悬挂现在用的不多了，其典型代表是雪铁龙的后轮随动。
注意，后轮随动的后桥是独立式的！
其实后轮随动跟独不独立没有任何关系，即使去掉了让其随动的部分，其依然是独立的。
由于这种后桥的外观看上去和扭力梁式很相似，所以很多人认为它是半独立的。
非也！
判断一种悬挂形式是否是独立的，关键要看两侧的车轮是否能独立跳动。
纵向拖曳臂式与半独立的扭力梁式最大的区别在于纵向拖曳臂的摆臂（即拖曳臂）是靠轴承连接在中间横梁上的。
这根横梁不承受扭力，仅仅是轴承的套管！
中空的区域用来布置横向稳定杆。
而扭力梁式的左右摆臂是和中间横梁焊接在一起的，是一个整体，车轮跳动时中间梁必然承受扭力，因此叫做扭力梁（扭转梁）。
下图很清楚的表现了雪铁龙后悬挂的形式。
由上图可以清楚的看到，两侧车轮是可以单独跳动的，只是为了节省空间，雪铁龙并没有采用螺旋弹簧，而是使用了更紧凑，刚度更好的扭杆弹簧，一边一根。
下面这张维修图更清楚的显示了其摆臂的轴承构造。
纵向拖曳臂式悬挂在雪铁龙的独门后轮随动技术下发挥出了其最大的潜质，老三样中富康操控好的口碑正是来源于此。
无奈其结构复杂，维护费用高，在低端车上已被扭力梁式取代，而高端一点的则被多连杆拉下马，就连雪铁龙自己，在ESP等电子控制系统出现后，也开始逐渐放弃这种形式。
不过对于它曾经将机械结构发挥至极致的精神（80年代初雪铁龙即开始使用这一系统），我仍然保有崇高的敬意（就是因为自己开的赛纳，不要脸啊～）
好了，独立悬挂罗嗦完了。
在最后提到了扭力梁式半独立悬挂这种现今应用极为广泛的形式，而我们的科鲁兹正是使用的这种后悬挂。
那它到底有什么优点使其得以广泛应用呢？
又是什么让它为很多人诟病呢？
接下来我们就来探讨这个东东。
下帖继续（累死了，休息一下抽根烟先）
继续啊～
扭力梁式悬挂是一种半独立悬挂。
所谓半独立，是指两侧的车轮通过中间的一个构件刚性的连接在一起，是谓非独立，但是中间的这个构件并不像卡车的横梁那样那么强劲，拥有一定范围内的可变形量，从而是两侧车轮有一定的独立跳动空间，这是谓独立。
两者搞在一起就叫半独立。
顾名思义，扭力梁式半独立悬挂就是中间构件为一根扭力梁的半独立悬挂。
扭力梁都是钢材制造，因为目前为止还没有别的材料能够达到钢材这样即足够强又足够韧的程度（别跟我说碳纤维，我买不起F1）。
所以很多人说的科鲁兹后桥采用了大量合金材料其实是完全没有根据的（当然死扣的话，钢也是合金，铁碳合金～）。
两侧的纵向摆臂也大多采用钢材，或是钢管弯曲结构，或是钢板冲压焊接结构（注意这里是说的大多，不是全部！
），然后与扭力梁焊接在一起（反正我是没见过螺接或是铆接的）。
这么一焊，就半独立了（所以再强调一下雪铁龙的后轮随动，它不是焊接的，所以不是半独立！
）。
焊好后的总成由两个连接点通过橡胶弹性衬套固定在车身上，由减震器充当导向机构，弹簧是螺旋弹簧。
由于希望的理想跳动方向一般都不是直上直下，而发挥弹簧最大功效的方向恰好就是直上直下，因此弹簧和减震器通常分开布置（即减震器不套在弹簧里）。
上图是雷诺风景的后桥，典型的扭力梁半独立式。
大家也许注意到了，扭力梁的中间有一根扭杆，为什么有这根东西呢？
这就是接下来要说到的扭力梁的调教。
大家知道钢材是有不同牌号的，有的韧性好，如弹簧钢，有的强度高，刚性好，如高强钢。
那么怎样把这两种特性结合在一起呢？
这就是这根扭杆的作用了。
扭力梁一般为高强度结构钢（屈服强度通常大于340兆帕）板冲压而成，形成一个V型或U型截面，以此来承受车轮跳动时巨大的瞬时冲击。
但是这个东西越强，刚性就越大，整个后桥的特性就越接近非独立悬挂。
于是这个东西就不做那么强，而附加扭杆弹簧一根。
扭杆具有一定的强度，但最大的好处是具有很好的韧性，这样相当于赋予了后桥一定的自由变形量，也就是向独立的方向靠拢了。
通常，通过仔细匹配扭力梁和扭杆的应变特性，可以相当好的控制整根后桥的刚度及模态，即使其充分的向独立悬架的方向靠拢。
那么是不是扭力梁式悬架就靠这个办法就可以了呢？
显然不是（否则我就不会写这么多废话了）。
我们知道，钢材的应变在弹性变形范围内是线性的，这就是弹簧秤的原理。
那么也就是说以上两者无论如何匹配，其变形都是线性的。
也就是说从两侧到中央，其变形量都一致。
而对于后桥来说，我们通常希望扭力梁的中间变形大一点，这样两侧的车轮就能有更大的自由跳动空间，从而更接近独立悬挂，而两侧我们又希望变形小一点，这样就能保证足够的刚度不发生太大的侧倾。
那岂不是没有办法了？
当然不是。
我们还知道一个事情，同样的材料制造的构件，横截面积越大的强度刚度越大。
比方说你拿一张纸，轻轻一折就折弯了。
如果还是这张纸，你在上面折出很多小楞楞，再折一折，是不是难折一点？
瓦楞纸就是利用了这个原理，材料力学叫横截面模量。
从上图也可以看出，在两侧靠近车轮的地方，扭力梁明显扩展了横截面积，这正是因为这个道理。
说了这么多，那科鲁兹到底有什么独特之处？
先看图。
呵呵，我来回答**编辑的疑问。
科鲁兹的后桥扭转梁并没有使用扭杆瘫痪，它是完全靠截面的变化来实现上面说的那种特性的。
而一般的钢板无法达到这种强度，如果太强或是太厚则根本无法冲压，所以科鲁兹的这根扭力梁是采用一根钢管挤压成型的，挤成一个当中扁、两头圆的结构。
封闭钢管结构保证了优异的强度，变截面提供了良好的非线性应变特性，使得操控性能较传统形式的扭力梁更好。
然后在注意看一下,两侧的摆臂是不是也显得很粗壮？
这是因为它是铸铁的！
不要以为铸铁的不好，高品质的球磨铸铁有良好的阻尼特性，能够更好的吸收冲击。
当然铸铝或是铸钢肯定更好，但是铸钢无法铸成空心的，重量受不了，而铸铝就没法和钢质牛庄量扭转梁焊在一起了。
就算是铸铁，也是采用叫磁狐焊的特殊焊接工艺焊在一起的，因为钢和铸铁的含碳量实在差别太大。
没有找到完整清晰的科鲁兹后桥图片，但是卡罗拉也是采用的这种扭转梁，大家可以看看到底是个啥样。
最早的一批POLO也是这种扭转梁，但是后桥国产后就变成钢板样式了，因为上汽的供应商没这个水平。
不过卡罗拉和polo的摆臂都是钢板焊接的，这种结构需要在梁上做一些截面方便焊接，而科鲁兹的磁狐焊只要一个圆周截面就可以焊，所以科鲁兹后桥在两侧的刚度更好一些。
下面这个图是欧宝上一代雅特（astra）的后桥，很清楚就看到了一样的东西吧？
所以说科鲁兹就算在韩国先上市，血统是不容质疑的。
这样的结构加上偏硬的弹簧和阻尼更大的减震器，使得科鲁兹虽然使用了非独立式后桥，但操控仍然相当精准和凌厉，上海通用以操控来做为卖点也是完全有道理的。
当然，这种形式的后桥终归只是独立和非独立之间的一种折衷方案，与同样调校水平的独立悬挂相比，差距仍是明显的。
科鲁兹的操控比福克斯和赛纳来的早就是最好的证据。
就好比数码单反里的APS，终归就是比DC好但是比全副差。
当然我相信APS总有一天会淘汰，因为全副总有一天会便宜到大家都买得起。
但汽车就不同了，机械产品和电子产品不同，独立就是比非独立要贵，贵不少，所以扭力梁这种这种方案还会长期用下去，更何况一般情况下足够应付了。
所以大家不要认为科鲁兹用了扭力梁就是垃圾，但也不要把它当神车。
多谢大家捧场，继续～
接下来再说说科鲁兹的前悬挂。
科鲁兹的前悬挂是麦式，这个烂街了，到处都是，不稀奇。
另一方面就是越烂街的东西说明其技术越成熟，出问题的几率也越小，使用起来可靠。
但正像之前说的，对任何悬挂形式来说，一旦形式定了下来，决定其性能的就是调校？
调什么？
弹簧刚度，减震器阻尼，连杆或摆臂的长度、连接位置等等。
同时整个悬挂系统的发挥还和车身刚度有关系。
车身刚度越大，悬挂就越能发挥自身的极限。
那么科鲁兹是怎么样的呢？
首先，从驾驶感受上可以明显感觉到科鲁兹的前悬偏硬，这就说明其弹簧刚度大，减震器阻尼大。
这会影响舒适性，但可以提高操控性能。
下摇臂采用铝合金，对冲击载荷的承受能力比钢板冲压焊接式更好，重量么其实差不多的。
其实完全没必要神话铝合金摇臂，之所以使用铝合金摆臂是因为采用铸造毛坯再机加工的方式可以获得比冲压焊接式更高的精度，对精确的装配很有好处，另外铸造的零件在形状上更具有随意性，这也是为什么很多多连杆的连杆采用铸造工艺的原因。
同样铸钢也是一个道理。
因此铝合金下摆臂仅此而已。
法拉利上也有用过冲压焊接的摆臂，也没见有什么不好。
接下来第二个问题，怎样与车身连接。
大家知道前置发动机有一个问题，就是发动机横在左右悬架之间，这也是为什么现代家用轿车的前悬都是独立式的一个重要原因。
那么中间有个发动机，要如何将摆臂和车身连起来呢？
我们先来看下图，这是长安奔奔
再来看看赛欧的局部
可以看到赛欧的下摇臂、稳定杆和发动机下支承（还有转向机）都是固定在车身上的。
这会带来一个问题：
由于发动机舱下面是空的，所以摇臂的连接点很靠后，看上去摇臂就成了飞机前掠翼的角度，并且受限于这个角度，摇臂只能做的很小，要布置两个连接点也很困难。
同时稳定杆、发动机下支承和转向机都只能安装在车身上，所以要到处找位置。
例如稳定杆就是从前面伸出来的。
然后在看下图
这个是奇瑞A3，比赛欧多了一个红色圈出来的东西。
这个东西叫副车架，通过螺栓连接在车身上。
加了这个东西之后，好处是显而易见的，首先下摆臂可以做大了，并且可以轻松的两点连接，其次，稳定杆、转向机还有发动机下支承都可以装在副车架上，布置更方便。
图中的转向机和稳定杆正是由于装在副车架上，所以这个角度看不见。
副车架其实最早的应用原因是因为可以降低发动机舱传递到驾驶室的振动和噪音。
由于来自发动机和悬挂的一部分振动会先到达副车架然后再传到车身，经过副车架的衰减后振动噪声会有明显改善。
但是很明显的，这个东西重量不小，由于连接点多，对于制造的要求也很高。
其实在70年代的时候这个东西的好坏还是有相当争议的。
毕竟对单一一个车型来讲，布置的问题可以casebycase的解决，而振动噪声亦可以通过其他途径改善。
但大众是副车架的坚定拥护者，其帕萨特B2（就是普桑）上就有这个东西。
接下来情况到了80年代有了明显变化。
首先是独立悬挂和承载式车身的大量应用，布置变得越来越困难。
然后车型分得越来越细，厂家不得不投入更多的力量用于新车型的研发。
这时副车架的优势就完全显现了出来。
首先它非常利于发动机舱的布置，可以安装大型悬挂和稳定杆。
而更可贵的，它可以简化多车型的研发步骤。
这时因为悬挂、稳定杆、转向机等底盘零件都可以预先安装在一起，形成一个所谓的超级模块，然后再一起安装到车身上。
这就是现今车型平台战略的基础！
大众在副车架上付出的多年心血没有白费，他们在90年代初率先提出了平台概念，并从中获益匪浅。
所谓平台就是可以采用同样的动力总成、底盘，搭配不同的车身和内饰，形成满足不同细分市场要求的车型系列。
例如甲壳虫和golf4，都源于大众的同一平台（PQ34？
），但是确是截然不同的两款车。
可以想想使用同一通用卡车底盘的各种改装车，是不是很相似？
下图是典型的前桥模块（好像是福克斯）
随着副车架的大量运用，工程师发现这个东西还可以用来提高被动安全性能。
大家知道在车辆发生正面碰撞的时候，一个很大的危险就是动力总成向后戳进驾驶室造成人员伤亡。
工程师发现，由于发动机下支承是安装在副车架上的，可以通过副车架来预先设定一个动力总成在受到撞击力后的运动轨迹，从而在正碰时，利用副车架将发动机向车身下方拉动，即俗称的发动机下沉，从而避免发动机侵入驾驶室。
接下来就来看看科鲁兹的副车架了
有没有发现和A3的不同？
科鲁兹的副车架像一个方框！
这是多数大型车和跑车、轿跑使用的副车架，叫全框式独立副车架。
而A3那种副车架是A1、A0级最常用的形式。
全框式副车架有很多优点，由于其尺寸更大，可以布置更结实的悬架，支承更强力的发动机；尺度覆盖整个发动机舱，与车身连接后能提供更好的机舱刚性；可以使机舱的布置余度更大；通过合理其侧边纵梁，能更好的控制发动机的下沉轨迹，同时能吸收一部分碰撞能量；由于整个发动机底部都在其包围之中，只要将其离地间隙设计的比动力总成底，就可以有效的保护动力总成。
这是凯迪拉克CTS的前悬模块，使用框形副车架
下图可以清楚的看到科鲁兹副车架纵梁上预制的应力槽（左右对称），受到猛烈的正面碰撞时，副车架会沿着这个槽折弯，从而带动动力总成下沉，保护驾驶舱里人的安全。
发动机下沉示意图
在国内，同级别的车型，在科鲁兹之前好像只有思域采用了这种形式的副车架。
所以我认为这绝对是科鲁兹的亮点之一。
有了这个东西，底盘护板都可以免了。
只是奇怪上海通用为什么没有宣传这一点？
（嗯，终于罗嗦完了）所以综上所述，虽然貌似科鲁兹是使用了看上去科技含量不怎么高的扭力梁后桥，但其底盘素质绝对可以说是上乘的，对得起这个价格。
同时也完全称得上是主打操控的底盘。
如果能够换一台动力更强劲的全铝发动机，把前轴的负荷再减小那么二三十公斤，科鲁兹的运动基因将发挥的更加彻底！
（全文完）
以上借用了不少卡友的贴图，在此表示衷心感谢！
BTW：
昨天看到有人发帖说会有1.6T的科鲁兹，我们拭目以待啊！
人格担保绝对原创
高级软件用不来，那些带注释的图都是用画图板画的
楼主丰富的机械、金属方面的知识令人敬佩，如果不是汽车行业的，而只是爱好者，太令人敬佩了。
楼主有否悬挂类型与驾驶质感之间关系的研究心得呢，本人十分好奇。
不知道你所谓的驾驶质感是指的什么？
就个人目前的水平而言，给我一台不知道的车，找个空地摆几个桩开几圈，同时猜对先后悬挂形式的概率是25％～个人感觉这个东西和调校的关系相当密切，比如A3的多连杆开着像乐风的扭力梁，新君威的四连杆有点凯迪拉克CTS双横臂的感觉；同样采用扭力梁，比亚迪F3在绕桩时整个屁股像海豹一样极不情愿的拖来拖去，而206可以用猫一样灵巧来形容。
另外操控感觉和转向机的调校（关系到方向盘的路感），车身刚度以及发动机在极限状态下的姿态控制也由很大关系，不好光凭悬挂一概而论。
搞台MX-5开开吧，应该能满足你的要求，不足之处是不适合家用，只能当玩具玩玩。
呵呵，我想了想，宝马7这类车比较适合这位兄弟。
操控好又不失稳当，动力也足够，就是价钱。
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