讀懂懸架結(jié)構(gòu)（上篇）：麥弗遜并非低級(jí)貨

　　隨著中國經(jīng)濟(jì)這20多年來的迅猛發(fā)展，汽車已然進(jìn)入千家萬戶，汽車基礎(chǔ)知識(shí)也逐漸得到普及。老一輩的購車者特別關(guān)注品牌，再是發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、油耗等；新世代購車者會(huì)關(guān)注底盤操控、移動(dòng)互聯(lián)、環(huán)保形象、經(jīng)銷商服務(wù)等更深層次或更新穎的因素。

　　懸架作為底盤的一部分，對(duì)于普通消費(fèi)者而言往往只可意會(huì)不可言傳，很多人只能依靠“懸架結(jié)構(gòu)”來判斷車輛底盤運(yùn)動(dòng)性能的優(yōu)劣。大錯(cuò)特錯(cuò)！這與“通過軸距判斷后座空間”一樣是偽科學(xué)。

　　一來，結(jié)構(gòu)并不直接決定操控，只決定了物理性能的上限和下限，后期調(diào)校的功勞也很大；二來，不少消費(fèi)者混淆了懸架的諸多概念，最常見的錯(cuò)誤是把彈性元件和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，比如問空氣懸架和多連桿懸架誰更高級(jí)；亦或?qū)椥栽蜏p振器進(jìn)行對(duì)比，比如問空懸和MRC電磁懸架誰更牛。這是不會(huì)有結(jié)論的。

　　筆者用圖文形式將內(nèi)容“濃縮”至一萬字左右，分上下篇發(fā)布，希望可以幫助讀者們徹底讀透懸架方面的基礎(chǔ)知識(shí)，更精準(zhǔn)地選車購車，以及少鬧笑話。

　　Suspension，中文譯作“懸架”、“懸掛”、“懸吊”、“懸載”等詞匯，都指的是同一種用于連接車輛和車輪的總成。

　　因?yàn)橐S持車與輪的動(dòng)態(tài)幾何關(guān)系，也要進(jìn)行減振等工作，因此懸架是必不可少的。有些人會(huì)說“卡丁車是沒有懸架的”，這并不甚精準(zhǔn)，卡丁車只是沒有彈性元件和減振器，不代表沒有導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，不然車輪怎么掛在底盤上呢？又如何轉(zhuǎn)向呢？

　　進(jìn)入主題。我們將懸架結(jié)構(gòu)分為以下四大部分，有些課本會(huì)分為三大部分（取消第四“橫向”穩(wěn)定器）：

　　平時(shí)提到的麥弗遜、雙A臂、五連桿、扭力梁、鋼板彈簧（兩重身份）等等，都屬于懸架結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，或者叫結(jié)構(gòu)部件，負(fù)責(zé)傳遞力和力矩，維持幾何關(guān)系。

　　全車間英文最好的張全蛋，視頻中的中英文翻譯都是錯(cuò)的。 張全蛋說的“底大杠”其實(shí)不是扭力梁，而是非承載車身中用到的車身大梁。

　　空氣彈簧、螺旋彈簧、鋼板彈簧、氣液聯(lián)動(dòng)彈簧等部件分為這一類，屬于彈性元件，也可稱為支撐媒介，與本車是否“獨(dú)立懸架”無關(guān)。

　　從上世紀(jì)70年代開始，主流汽車品牌開始研發(fā)主動(dòng)懸架，率先運(yùn)用在80年代初的F1賽車之上。現(xiàn)在我們能見到空氣彈簧和氣液聯(lián)動(dòng)聯(lián)動(dòng)彈簧都是主動(dòng)懸架，其余多數(shù)都是鐵腦袋不會(huì)思考的被動(dòng)懸架。

　　用來衰減振動(dòng)的部件，也就是阻尼桶。下圖被螺旋彈簧包著的那根就是減振阻尼桶，結(jié)構(gòu)上分為主動(dòng)式減振器（會(huì)思考的）和被動(dòng)式減振器（常規(guī)的）。

　　能量不會(huì)憑空消失或者產(chǎn)生。如果沒有阻尼桶，彈性元件會(huì)不斷振動(dòng)下去直至能量被緩慢分散，這樣一來我們坐的車子就會(huì)上下振動(dòng)個(gè)不停。彈簧負(fù)責(zé)剛度，是儲(chǔ)能裝置；減振器負(fù)責(zé)阻尼，是耗能裝置。兩者不可混為一談。

　　防側(cè)傾的“防傾桿”，不過不知道分到哪一類比較好。

　　從作用上看，防傾桿和彈性元件歸納在一起比較合適；從安裝位置上看，防傾桿與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)比較親近。

　　對(duì)于以上四大部分，《懸架》系列將分上下文進(jìn)行深度剖析。

　　我們先來說說導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，這是汽車懸架結(jié)構(gòu)當(dāng)中最重要的部分，相當(dāng)于人體的骨架，同時(shí)也是我們?nèi)粘Ｙ徿囘^程中接觸得最多的懸架結(jié)構(gòu)部分，非讀不可。

　　各種導(dǎo)向機(jī)構(gòu)之間的區(qū)別很大，大類可以分為獨(dú)立和非獨(dú)立，消費(fèi)者一般認(rèn)為獨(dú)立懸架更高級(jí)，這是對(duì)的也是錯(cuò)的，準(zhǔn)確來說是“獨(dú)立懸架下限和上限都更高”。

　　麥弗遜懸架（McPherson suspension）可謂家喻戶曉，因?yàn)楝F(xiàn)在市售車型當(dāng)中絕大部分的前懸掛都用麥弗遜，特別是微型、小型、緊湊型和一部分中型車。

　　麥弗遜懸架的結(jié)構(gòu)非常簡單，下圖是麥弗遜（左）和雙A臂（右）的結(jié)構(gòu)對(duì)比圖，沒對(duì)比就沒傷害，可見麥弗遜約等于少了一個(gè)A臂的雙A，橫向支撐性肯定不如雙A好。

　　視覺上看到的和真實(shí)操控感受到的，基本不會(huì)差太遠(yuǎn)，但這就代表麥弗遜很次嗎？

　　不是，現(xiàn)在多數(shù)乘用車都在用，你也不會(huì)覺得自家車子每次轉(zhuǎn)彎都要崴腳了呀，保時(shí)捷718系列還是前后麥弗遜懸掛呢，誰敢說718沒運(yùn)動(dòng)性能？當(dāng)然，保時(shí)捷的麥弗遜比較高級(jí)，用的是分體式下擺臂，鋁合金使勁往上堆， 911的前懸就是麥弗遜你沒意見吧。

　　因?yàn)樯倭松厦娴倪B桿，所以麥弗遜只能使用“螺旋彈簧+減振桶”這個(gè)組合來當(dāng)另一根桿，問題就來了這“螺旋彈簧+減振桶”不是一根硬邦邦的零部件啊，使勁掰它，它會(huì)被掰彎的……

　　所以麥弗遜懸架多數(shù)采用的是本身就被掰彎的螺旋彈簧（后文我們會(huì)聊到），在受力狀態(tài)下就打直了，這時(shí)候才不會(huì)讓螺旋彈簧跟減振桶一直磨蹭，降低兩者的使用壽命。

　　既然麥弗遜有以上缺點(diǎn)，為什么多數(shù)廠家都選擇它呢？便宜！對(duì)，但不全對(duì)，品質(zhì)優(yōu)秀的麥弗遜結(jié)構(gòu)也非常非常貴，比如保時(shí)捷的那兩組，車企們堅(jiān)持用麥弗遜有些時(shí)候是因?yàn)辂湼ミd占據(jù)的空間非常小，特別是在橫置車型當(dāng)中可以騰出很多地方安放橫置發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱，而縱置發(fā)動(dòng)機(jī)采用多連桿（包括雙A臂）前懸架一定程度是因?yàn)榭v置發(fā)動(dòng)機(jī)不需要太多的橫向空間。

　　便宜、省空間，結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡單，零部件少，固緊件少，麥弗遜的優(yōu)勢比劣勢要大，選擇它絕對(duì)是明確的。

　　曾經(jīng)的中型運(yùn)動(dòng)車標(biāo)桿寶馬3系（對(duì)，“曾經(jīng)的”）就很喜歡用麥弗遜，當(dāng)然人家用的是雙球鉸麥弗遜，把下面的三角臂拆分成兩個(gè)活動(dòng)擺臂，自由度更高，轉(zhuǎn)向精準(zhǔn)度更高，性能、舒適、成本都可以平衡到，所以我買的那臺(tái)ATS-L就直接用了E90那套雙球鉸麥弗遜，老好開了我跟你說……

　　麥弗遜還有好多種變體，這里就不一一細(xì)拆了。

　　前后獨(dú)立懸架就一定高級(jí)嗎？你沒開過東南菱帥V3吧，那臺(tái)新車才5萬塊的玩意就是前后獨(dú)立，不加頂吧開起來跟軟腳蟹似的，又顛又傾，被你們罵上天的斷軸速騰（后扭力梁減配款）開起來比V3好太多，只要軸沒斷。

　　多連桿結(jié)構(gòu)有很多種，按數(shù)字來分類比較好理解（但專業(yè)人士會(huì)罵我不專業(yè)，好在他們不看我的科普文），我們就說三連桿、四連桿、五連桿吧。

　　三連桿我們?cè)邴湼ミd那節(jié)說過了，把下面的三角臂拆分成兩個(gè)活動(dòng)擺臂的“雙球鉸麥弗遜”，有些人把它歸類在麥弗遜高級(jí)變種，也有人把它定義為多連桿，3系、ATS、漢EV就用的這種。定義這個(gè)事隨便了，不重要。

　　再放一個(gè)gif會(huì)顯示得更清晰一些，注意最右邊那根不是控制臂，而是轉(zhuǎn)向拉桿。

　　前文提到的雙A臂，也叫“雙叉臂”，是多連桿的一種，而且有好幾種變體，比如雙球鉸型、三球鉸型、四球鉸型，球鉸越多，靈活性就越強(qiáng)，操控極限越高。

　　比如奧迪A8、大眾途銳、保時(shí)捷卡宴這種縱置發(fā)動(dòng)機(jī)的豪華車，前艙有很大的空間用來布局懸架，就可以用高端的四球鉸雙A臂結(jié)構(gòu)，上下擺臂均由前后兩根控制臂單獨(dú)與轉(zhuǎn)向節(jié)相連接的四球鉸結(jié)構(gòu)，讓力和力矩更為均勻地分布在叉臂上，調(diào)校成本和物料成本都很高，但舒適性、過彎極限、轉(zhuǎn)向細(xì)膩度都更高。有錢可以任性。

　　但是有些四連桿又不叫四連桿，如果它們是最高級(jí)的四球鉸型，而且還加入了一根前束控制桿，所以官方會(huì)稱他們的懸架為“五連桿懸架”，途銳的官方資料就是這樣寫的。下圖是寶馬5系的后五連桿，標(biāo)紅的便是四球鉸型雙A臂再加一根前束控制桿。

　　總而言之，多連桿也有材料太菜、工藝太菜、調(diào)校太菜的角色，麥弗遜不一定比多連桿弱，當(dāng)然市售多連桿多數(shù)都比麥弗遜強(qiáng)，因?yàn)樽龅煤玫亩噙B桿又復(fù)雜又死貴，還特別難調(diào)校，還特別占空間。

　　扭力梁在經(jīng)濟(jì)型乘用車后懸上面用得非常廣泛，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)非常非常非常簡單，所以筆者不打算展開說太多了。

　　后扭力梁被認(rèn)為是減配其實(shí)也很正常，因?yàn)槎鄶?shù)后扭力梁車型都取消了副車架，成本下限可以做到很便宜，上限也不低，因?yàn)檎{(diào)校其實(shí)很花錢。

　　調(diào)校得很好的扭力梁車型也能很強(qiáng)，比如高爾夫7平民版就是取消了高爾夫6的多連桿，變成了扭力梁后懸，而大眾調(diào)校能力的確很牛，過彎極限依然高。

　　問題是，多數(shù)車企都沒有大眾集團(tuán)、通用集團(tuán)、PSA集團(tuán)的底盤調(diào)校能力，其中標(biāo)致和雪鐵龍調(diào)扭力梁的能力堪稱一絕，而小公司用后扭力梁純粹是為省錢罷了，而且也非常省空間，備胎容易布局。

　　扭力梁的問題也挺多，最大的問題是左右懸架會(huì)互相干涉，舒適性通常不如多連桿，而且那根變截面梁超級(jí)難做設(shè)計(jì)優(yōu)化，也就大集團(tuán)能整好。

　　扭力梁也有高級(jí)一點(diǎn)的形式，比如加入瓦特連桿，我記憶很深的是歐寶Astra，入華之后變成上一代/上上一代威朗，那套瓦特連桿扭力梁就很不錯(cuò)。

　　整體橋有多種形式，比如剛剛提到的瓦特連桿，還有羅素連桿，而我們見得最多的是鋼板彈簧。

　　對(duì)，鋼板彈簧這玩意不止是彈性元件，還是導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的一種。

　　整體橋懸掛的舒適性極差，但結(jié)構(gòu)簡單、成本賊低、過載能力老強(qiáng)了，本節(jié)中就不展開了，我們留在下一段“彈性元件”里面說。

　　分別開五十鈴mu-X和D-Max皮卡去越野，后排乘客的乘坐感受差距非常遠(yuǎn)，D-Max皮卡后面用了鋼板彈簧，重度越野工況下能把人的五臟六腑顛得七葷八素。

　　鋼板彈簧（Leaf Spring）結(jié)構(gòu)是“出大力”車型用的，乘用車?yán)锩嬉仓挥?a class="cmsLink" target="_blank">科爾維特C7會(huì)用它做彈性元件……不過C7用的不是鋼，而是復(fù)合玻璃纖維材料，而且采用了橫置的方式，官方稱之為“復(fù)合式葉片彈簧”，同樣原理的“板懸”在沃爾沃S90上也有配備，下圖綠色那根就是。

　　鋼板彈簧的結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，把幾片長度不同、彎曲半徑不同、厚度不一定相同的鋼制簧片碼在一起就是一組彈簧了，下圖還能看到中心螺栓、彈簧夾、卷耳、套管這些輔助結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，鋼板彈簧結(jié)構(gòu)也是要配備減振器的，只不過重卡不是每條軸上都有。

　　商用車用鋼板彈簧做彈性元件，利用了它的高載荷能力，即使長期超載也能扛多很久，壽命結(jié)束之后的更換成本也比較低。

　　鋼板彈簧是一種很有趣的低成本高得益的解決方案，它兼顧了彈性元件和結(jié)構(gòu)元件的雙重作用，車輪定位參數(shù)變化很小，輪胎盤的摩擦損耗也小，出少錢辦大事。

　　不過因?yàn)殇撝苹善g會(huì)有各種擠壓和摩擦動(dòng)作，所以鋼板彈簧也是要潤滑保養(yǎng)的。

　　空氣彈簧很嬌氣，有時(shí)候你看到老A8老S級(jí)趴在地面上，不一定是改裝了，只是空氣彈簧塌掉了而已……

　　螺旋彈簧就不同了，如今市面上買到的絕大多數(shù)乘用車都用它做彈性元件，鋼制螺旋彈簧的壽命基本等同于長生不老，除非刻意破壞或者事故撞擊，不然是不可能會(huì)壞的。

　　螺旋彈簧的英文叫helical spring，結(jié)構(gòu)非常簡單，學(xué)問卻一點(diǎn)都不少，是工程學(xué)里面極為重要的基礎(chǔ)零部件。除了汽車之外，我們用的圓珠筆里面有螺旋彈簧，肉菜市場的秤有螺旋彈簧，門鎖里面有，自動(dòng)槍械里面也有。

　　我們一般見到的車用螺旋彈簧是直卷式的，另一種叫漸進(jìn)式彈簧（下圖）的玩意采用了不同螺距和直徑，K值隨著壓縮量變化。這個(gè)就不展開說了。

　　因?yàn)槁菪龔椈捎忻黠@的成本優(yōu)勢，產(chǎn)業(yè)分布成熟且廣泛，壽命極長且故障率基本為0，因此被愛得最深。

　　最后放一張螺旋彈簧制作的gif圖，魔性……

　　Air Suspension，空氣懸架/空懸，翻譯過來直接能意會(huì)，就是利用壓縮空氣來當(dāng)彈性元件的機(jī)構(gòu)，因此稱之為 “空氣彈簧”更為精準(zhǔn)。

　　從下圖很好地解構(gòu)了空氣彈簧的幾何結(jié)構(gòu)，它與減振器分離布局在半軸邊上，夾在導(dǎo)向結(jié)構(gòu)中間。

　　剛剛我們提到的那些被動(dòng)懸架是不能調(diào)整阻尼、剛度、行程（高度）的，而空氣懸架作為主動(dòng)懸架完全能勝任后兩者的調(diào)節(jié)作用，剩下的阻尼需要交給減振器。

　　一個(gè)世紀(jì)前，鋼板彈簧和螺旋彈簧開始運(yùn)用的時(shí)候，空氣彈簧的概念已經(jīng)有了，比如太拖拉（Tatra）在1929年就嘗試過給自家卡車裝空氣彈簧，可惜工藝太差了根本量產(chǎn)不了，這工程學(xué)困境與后來的可變壓縮比技術(shù)一樣。

　　我們不清楚“德國占領(lǐng)捷克斯洛伐克”與“德國豪華品牌戰(zhàn)后發(fā)展空氣懸架”有無聯(lián)系，但從寶沃到奔馳，從寶馬到奧迪，哪家都是空氣彈簧愛好者。

　　你沒看錯(cuò)，BBBA德系豪門四兄弟是真存在的，只不過寶沃興旺的年代根本沒奧迪什么事，奧迪興旺的年代根本沒寶沃什么事。

　　下圖是一根空氣彈簧的剖面圖，這是膜式結(jié)構(gòu)的，平時(shí)在高端乘用車上能見到，蔚來ES6加五萬塊能多四根這種空氣彈簧，再加電機(jī)功率提升。受限于篇幅，每個(gè)部件的功用就不細(xì)說了。

　　下圖這個(gè)也是空氣彈簧，囊式結(jié)構(gòu)，在商用車上用得比較多。

　　除了這個(gè)氣囊之外，空氣彈簧機(jī)構(gòu)還包括蓄壓器、空氣壓縮機(jī)、傳感器、底盤控制單元、電磁閥等零部件，都是為上面兩款空懸氣囊服務(wù)的。

　　現(xiàn)在中國大城市運(yùn)行的公交車上，已經(jīng)裝備了大量的空氣彈簧，一點(diǎn)都不稀奇，隨便刷個(gè)2塊錢坐下空調(diào)公交就能體驗(yàn)到了。目前新出廠的低地板公交車基本都是配置空氣彈簧的。

　　空氣彈簧的優(yōu)勢在于緩振能力強(qiáng)，振動(dòng)頻率比鋼板彈簧/螺旋彈簧要低很多，性能優(yōu)異的空氣彈簧車坐起來像坐船穿越平靜海面一樣。

　　記憶最深刻的乘車經(jīng)驗(yàn)是很久以前坐“廣州-香港”的直通車，“廣州-口岸”段的老式國產(chǎn)大巴很顛，“口岸-尖沙咀”的MAN/Scania進(jìn)口空氣彈簧大巴就很舒適，就連巴西的馬可波羅大巴都比咱的老款大金龍好使。

　　現(xiàn)在劇情不同了，國產(chǎn)大巴舒適性大幅度提升，不過空氣彈簧在國產(chǎn)重卡中的滲透速度還是有點(diǎn)堪憂啊。

　　個(gè)人認(rèn)為，除了商用車空氣彈簧成本高昂之外，無法普及的最重要原因是空氣彈簧無法超載過多……（噓）

　　歐洲空氣彈簧重卡喜歡做這么一種功能設(shè)置，在空載或者輕載時(shí)，提升一兩根軸“省輪胎”。

　　中國重卡也不跟你玩虛的，筆者就在青藏線上面看到咱老百姓的智慧，空載車從拉薩回格爾木都用 “疊疊樂”。

　　帶空氣彈簧的商用車還可以設(shè)置單邊空氣彈簧降低的功能，方便乘客上下車，日本很多公交車都是這樣設(shè)置。

　　在軍用領(lǐng)域也可以做出各種妖嬈的體位來。

　　在乘用車領(lǐng)域，奔馳已經(jīng)將魔毯系統(tǒng)玩出花兒來了，開發(fā)了一套“車震模式”……

　　脫困能力一流，越野緩振能力超強(qiáng)。

　　此外，還有混合懸架的形式，比如寶馬530Le就僅僅在后軸上用了兩支空氣懸架，筆者在浙賽跑過這車，運(yùn)動(dòng)性能完全無感（狗頭）。

　　還有一種神奇的彈性元件叫氣液聯(lián)動(dòng)懸架/彈簧（Hydropneumatic Suspension），氣體作為彈性介質(zhì)，油液負(fù)責(zé)調(diào)整行程。

　　作為軍事裝備大國，法國研發(fā)氣液聯(lián)動(dòng)彈簧也是一流的，在雪鐵龍的車子上也有運(yùn)用，只不過一直沒作為核心技術(shù)引入中國，錯(cuò)過了市場推廣的最佳時(shí)機(jī)。筆者曾開過一臺(tái)法國原產(chǎn)的氣液聯(lián)動(dòng)C5，緩振能力那叫一個(gè)牛，還能隨意升降車身，跟空氣彈簧一樣好玩。

　　氣液聯(lián)動(dòng)彈簧在裝甲車輛中運(yùn)用比較廣泛。比如瑞典在上世紀(jì)50年代研發(fā)的Stridsvagn 103（S型）坦克，為了削減坦克高度增強(qiáng)生存能力采用了無炮塔設(shè)計(jì)，車輛仰俯只能依靠氣液聯(lián)動(dòng)彈簧（懸架）進(jìn)行，而且還不能行進(jìn)中射擊。

　　現(xiàn)在瑞典陸軍都改用豹2了，S型實(shí)在太二太落伍。

　　法軍、英軍、日本自衛(wèi)隊(duì)都有不少氣液聯(lián)動(dòng)車輛，我軍近幾年因?yàn)闅庖郝?lián)動(dòng)彈簧技術(shù)突破因而也多了不少。只不過，軍用氣液聯(lián)動(dòng)彈簧的體積很大，而且故障率比較高，若有戰(zhàn)損則維修極為困難，是一把雙刃劍。

　　另有一種彈性元件叫扭桿彈簧（Torsion-Bar Spring），比鋼板彈簧更輕更小，且不需要潤滑，但結(jié)構(gòu)相對(duì)脆弱。當(dāng)然，如果運(yùn)用在軍事領(lǐng)域，你可以把它造得無比結(jié)實(shí)耐操，五常裝甲部隊(duì)裝備了特別多有扭桿彈簧結(jié)構(gòu)的裝甲車。

　　比扭桿彈簧更簡單的是橡膠彈簧，就下圖這種橡膠疙瘩，筆者都懶得解釋結(jié)構(gòu)了。

　　《懸架》下集，筆者準(zhǔn)備把“減振器”和“橫向穩(wěn)定器”這兩個(gè)器說清楚，最后再加一些個(gè)人對(duì)未來底盤懸架設(shè)計(jì)走向的不成熟想法，完成這篇已經(jīng)盡量做得很精簡的萬字技術(shù)文章。

（圖/文/攝：太平洋汽車網(wǎng) 黃恒樂）