浅析麦弗逊悬架系统的优点和缺点

汽车   2024-11-04 20:30   湖南  

全文约2300字   预计阅读时间:7分钟

一、麦弗逊


  1. 传统麦弗逊:一体式下摆臂,转向节与减震器下端固接,转向节与下摆臂外点球铰连接,有传动轴,这样的车型太多了,不例举了;

  2. 先进麦弗逊 I:一体式下摆臂,转向节分体,带法兰部分与减震器叉节由球铰连接,减震器叉节与下摆臂外点球铰连接,多了一根扛扭杆,有传动轴,例如Civic FK2/8,Megena RS等性能前驱车;

  3. 先进麦弗逊 II:分体式下摆臂,转向节与减震器下端固接,转向节与两个下摆臂外点球铰连接,无传动轴,例如宝马的部分前置后驱车型;

  4. 先进麦弗逊 III:分体式下摆臂,转向节与减震器下端固接,转向节与一个下摆臂外点球头连接,另一下摆臂衬套连接于此下摆臂,无传动轴,减震器下探十分深,常见于保时捷的部分车型。


麦弗逊悬架的优缺点

1. 传统麦弗逊


优点:


省空间:侵占横向的空间十分小,非常好布置,舱体内可以省下大量空间,非常适合紧凑型车型;


成本低:悬架件数量少,下摆臂可钢质冲压,弹簧减震器一体,衬套就下摆臂内侧两个,转向节体积相对小,紧固件少,省钱代表作可参见PSA的麦弗逊(褒义,满足性能要求又便宜);


杠杆比高:由于减震器下端接转向节上,天生杠杆比(这里指motion ratio,不是lever ratio)就大,轻松做到0.9,意味着减震器、弹簧、稳定杆“效率”都高;


缺点:


车轮的外倾特性差:K特性(Kinematics,下同),内外侧的轮外倾角(Camber,下同)在侧倾大的情况下不好,即轮胎与地面接触不好,性能优化受到一定限制;


扭矩差的效应大:K特性,Spindle Length偏高,若传动轴不等长会主动地或被动地产生轮扭力差,此扭力差造成的Z轴力矩传到转向拉杆,会导致额外的方向盘力矩,影响驾驶。对大马力大扭矩车而言十分不友好,甚至一些小马力车1档,2档也比较明显,而现今部分新能源车电机扭矩那么大,传动轴也不等长,依旧使用传统麦弗逊,体验肯定不佳。这也是福特发明Revo knuckle的初衷,本田跟着搞Dual-Axis的缘由,本质是一个东西;


下摆臂力与力矩耦合复杂:K&C特性,内侧两个衬套需要同时受来自X、Y向上的力,X、Z向上的力矩,在调校匹配的时候两个衬套对操稳性能和舒适性能的灵敏度都很高,不可兼得,一般挂在副车架横梁附近的衬套对操稳影响更大。这两个衬套,软了就容易来哗啦啦的余振,常被人抱怨悬架松散,但是冲击力小,圆度好;硬了柔度低,更精确,操稳佳,余振小,但冲击大,圆度差,常被人抱怨不舒服;


抗点头设计有限:K特性,抗点头(Anti-dive,下同)因其余性能设计会受到限制。大多整个下摆臂都是接近与地面相平行,摆臂靠后的内点不能布置得相对高一些,导致减速时的俯角相对明显,要减少俯角只能加强弹簧刚度,但会直接导致舒适性变差;


转向不足:一般第四象限(左视图)布转向拉杆外点,加上内侧车身抬高量大,内外侧车轮的轮外倾和轮载并不是很好,以上几点结合,导致传统麦弗逊悬架,会很容易调成车子快到极限前,转向不足度和转向不足梯度突然加大的情况,尽管某种意义上说稳定性更好 : ) 。标致通过扭力梁的衬套改后轴推力角来改善,更先进的会通过后轴多连杆的设计来弥补,具体性能变化可参见Civic FK2 / FK8的性能差异,FK8在使用后多连杆,大幅度改善了车辆的操稳表现;


弯矩和摩擦:减震器下端布在转向节上端,会受到一个弯矩,会加剧摩擦,需要用C型或者香蕉簧(侧偏力弹簧,下同)减小这个弯矩;


白车身塔顶端受横向力大:需要香蕉型簧或者加强梁来减小白车身形变,重视操稳的OEM就带,比如宝马基本都有加强梁。



2. 先进麦弗逊 I

Figure.1 RevoKnuckle 和传统麦弗逊的比较
Figure.2 Dual-Axis图


优点:省空间,杠杆比高,设计简单,好布置,并且扭矩差效应小:此麦弗逊降低了Spindle Length和Scrub Radius,大幅度减小扭矩差效应,大马力前驱钢炮必选;


Figure.3 Spindle Length from Steering Axis
Figure.4 Steering Axis Comparison,相当于把steering Axis独立出来


缺点:K&C(Kinematics & Compliance)特性缺点基本保留,个别有些改善。


成本高:这种麦弗逊会注重性能,重视簧下,下摆臂,法兰端轮节和减震器叉节都开始上铝制件了,即转向节分体成两个了,多了球铰,还多了一根抗扭杆。


3. 先进麦弗逊 II

Figure.5 F30-328i Front Suspension,宝马喜欢两个下摆臂外点放的很近,一根摆臂做的很扭来绕开转向拉杆


优点:


省空间,杠杆比高,好布置,并且虚拟主销下点可变:可以优化Scrub,Trail等,增强车辆的操稳表现;


抗点头限制更小:可以加强抗点头,从而可以不通过加强前弹簧刚度的前提下,控制俯仰;


轮外倾可略微调整:动态caster可以稍微优化轮胎地面接触;


缺点:


成本高:摆臂分体开两个模,多两个球铰。


4. 先进麦弗逊 III


优点:省空间,杠杆比高,并且紧凑:相当紧凑,减震器下端因为没有传动轴可以下探得十分深,降低上端安装高度;


抗点头限制相对较小:跑车对舒适性的要求更低,只要改变横臂的水平角度就可以加强抗点头,从而可以不通过加强前弹簧刚度的前提下,控制俯仰;


缺点:

X向冲击:前下摆臂内点换成球铰了(经考证,前下摆臂内点球较),不利于X向冲击力;


成本高:摆臂分体开两个模,多两个球铰,且减震器的下探,导致另一根摆臂不得不与另一根连接(经提示,非球铰,是衬套)。



Figure.6 保时捷991用的麦弗逊,减震器下端下探到轮心以下




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