為什麼雙叉臂是YYDS?


特斯拉Model S、Model X、Model 3、Model Y、蔚來ES8、ES6、ET7、小鵬P7、零跑C11、極氪001、嵐圖Free、高合HiPhi X、Lucid Air……以上電動車除了都是電動車,另一個共同點是前懸架:清一色的雙叉臂結構(雙叉骨)

這屆電動車,幾乎把雙叉臂前懸當成了標配的性能代言。23萬元人民幣的Model 3就不說了,最便宜的零跑C11隻要16沓粉紅色大鈔,還有的找。

為什麼雙叉臂是YYDS?

這是Model S

992世代的保時捷911,也終於把祖傳麥弗遜前懸架改成了雙叉臂,並且是主攻賽道的GT3車型專享(題圖)

只要對底盤懸架系統做過些許功課,大都知道雙叉臂是一種強於常見麥弗遜結構的懸架類型,但你要問它到底好在哪兒、好多少、好成什麼樣、為啥大家都愛用?——別說消費者了,眼下的汽車媒體人,十個得有九個說不出一二三。

身兼兩職的壓力

懸架/懸掛是幹嘛的,《我也曾對「輪子」一無所知》裡解釋過:帶動車輪旋轉的那根驅動半軸,是僅負責轉動、不負責固定車輪位置的,我們需要一些連杆來把車輪連在車身(or副車架)上,在固定車輪位置的同時還要允許輪子上下顛簸,如果是前輪還要讓它能左右偏轉。

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為什麼雙叉臂是YYDS?

n種懸架類型

按照科班理論的話,這會兒該科普一個概念「自由度」。空間中的物體都有六個自由度:x軸、y軸、z軸方向的移動和旋轉,2×3=6。要允許車輪上下顛簸,釋放z軸移動一個自由度;對於前輪,還要允許轉向釋放兩個自由度。

——但估計這麼說沒幾個正常人能聽得下去。

所以你只需要知道,懸架的連杆彈簧等等要負責固定/束縛住車輪。同時後輪被允許且只被允許上下跳動(彈簧壓縮/拉伸),前輪除了上下跳動之外,還要能且只能左右偏轉(轉向)。二者的「自由度」不同,所以前輪和後輪適用的懸架類型會有區別;前輪的狀況明顯比後輪複雜,於是前輪適用的懸架種類更少。

為什麼雙叉臂是YYDS?

a:麥弗遜,b:雙叉臂

現代乘用車常用的前懸架,基本就剩下兩大類,麥弗遜結構(麥克弗森支柱)和雙叉臂結構(雙叉骨)

它們的主要構造區別其實很簡單:麥弗遜懸架用其中的彈簧減振器,取代了雙叉臂懸架中的「(雙叉臂中的)上叉臂+彈簧減振器」——對就這麼簡單。剩下的下叉臂部分,二者大同小異。

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所以本質上,這其實是一個用「A」取代「A+B」的故事,原本上叉臂+彈簧減振器合作的工作,現在變成了彈簧減振器獨自來承擔。

和這個世界運行的基本原理一致:二合一了,優點自然是占用空間更小、總體成本更低,缺點自然是原來的工作內容難以面面俱到。

負外傾角增益

「一人兼兩職」的理論雖然聽起來很好理解、好接受,但放到實際中依然得具體案例具體分析。

懸架系統的作用,一是固定車輪「把車輪(穩穩地)連在車身上」,二來是要讓車輪可以上下跳動。其中的第二點展開講,應該是「控制車輪上下跳動的軌跡」。沒錯,茴字有四種寫法,車輪上下跳動的運動軌跡也有門道。

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為什麼雙叉臂是YYDS?

為什麼雙叉臂是YYDS?

我們知道在車輛過彎時,重量會轉移到車身外側,而外側車輪會被壓縮。這時我們是希望隨著外側被壓縮,外側車輪反而能向內側傾斜。因為這樣可以讓外側輪胎擁有更大的接地面積,增加彎道中輪胎的抓地力。但在麥弗遜結構中,這樣的理想情況很難出現,或者說要實現的代價太大。

因為在麥弗遜結構中,隨著彈簧壓縮車輪向上,它相對於地面的角度變化是增是減,會因彈簧減振器與下臂的角度而改變。一旦這個夾角超過了90°,車輪繼續向上壓縮,它相對於地面的負外傾角反而會越來越少(下圖中間)

為什麼雙叉臂是YYDS?

結果是麥弗遜懸架要想儘可能獲得負外傾角增益,就需要預先設置儘量小於90°的彈簧減振支柱傾角。這會讓懸架塔頂向車輛內部移動,侵占更多車內空間,而使得麥弗遜結構的空間優勢不再,最後常常得不償失。

為什麼雙叉臂是YYDS?

而在雙叉臂結構中,決定車輪向上運動時負外傾角是增是減的,是上下叉臂的相對長度。讓上叉臂更短、下叉臂更長,就可以增強車輪的負外傾角增益,讓過彎時隨著外側車輪被壓縮向上,能儘可能擁有更大的接地面積和抓地力。

為什麼雙叉臂是YYDS?

為什麼雙叉臂是YYDS?

注意當側傾到極限時,壓縮側車輪的角度變化要小於車身角度變化,這個角度差即增益效果

側傾與縱傾

眾所周知車輛過彎時的側傾、加減速時的縱傾,會因車輛重心的高度而有所不同。

但實際上,即便重心高度一樣,懸架結構的不同也會影響到側傾、縱傾的程度。決定傾斜發生的難易程度的,是車輪傾斜的瞬時中心(我知道了)和側傾/縱傾中心(RC)的高度,它們與車輛重心(GC)之間的距離即傾斜的力臂。

這個力臂越短,車輛就越難以發生傾斜。汽車的重心高度通常要高於IC和RC,所以我們希望這兩個點越靠上(接近重心)越好。

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為什麼雙叉臂是YYDS?

還是因為結構的不同,對於麥弗遜懸架,決定IC和RC位置的是彈簧減振器角度與下臂角度。但還是上面的原因,麥弗遜懸架通常無法捨棄掉在空間布置方面的優勢,而追求更理想的側傾瞬心和側傾中心的位置(或者說這種取捨對使用麥弗遜懸架的車型常常不值得)

為什麼雙叉臂是YYDS?

紅線藍線交點為IC,垂直線與紅線交點為RC

換一個方向,對於縱傾也是一樣。麥弗遜懸架要想提高抗縱傾性能,需要讓彈簧減振器支柱儘量向後傾斜,而這對於大多數選擇麥弗遜前懸的車型來講並不划算——無所謂占用空間的話,直接用雙叉臂不好嗎。

為什麼雙叉臂是YYDS?

縱傾的情況,其實可以舉一反三

再來看看雙叉臂結構。還是因為結構的不同,決定雙叉臂懸架側傾/縱傾的瞬心與傾斜中心的,是上叉臂與下叉臂彼此的角度。如果希望提高抗側傾/縱傾的能力,只需要增加叉臂的角度即可,而不用改變彈簧與減振器的位置,既不會嚴重影響空間布置,也更利於細微的調校。

套用一句話,基礎結構決定上層效果。

為什麼雙叉臂是YYDS?

右側交點為IC,中間紫色為RC

必須說明的是,懸架是一個系統性工程,基礎結構僅僅是決定表現好壞的一環(雖然是比較基礎性的一環)

雙叉臂相對於麥弗遜存在著這樣那樣的諸多優勢,在總體上看是成立的,放到個體上對比,則完全無法作為依據。就好比白種人總體上相對黃種人更高大,但單獨挑出個體的話,完全有可能是姚明和小惡魔。

能夠確定的是,隨著大馬力純電動車越來越多,隨著新造車等自主車企開始打性能牌,雙叉臂懸架會越來越頻繁的出現,在越來越低的價位和級別上,取代以往司空見慣的麥弗遜前懸架。