Оглавление
введение
Система автомобильной подвески является ключевым компонентом, влияющим на управляемость, комфорт и безопасность автомобиля. Среди множества конструкций подвески, двухрычажная и подвеска Макферсон являются двумя наиболее распространёнными конфигурациями передней подвески. Двухрычажные подвески широко используются в высокопроизводительных автомобилях и гоночных автомобилях благодаря превосходной управляемости и устойчивости, в то время как подвески Макферсон широко используются в обычных легковых автомобилях благодаря своей простой конструкции и низкой стоимости. В этой статье подробно проанализированы причины, по которым двухрычажные подвески превосходят подвески Макферсон в поворотах, уделяя особое внимание конструкции, геометрическим характеристикам, динамике прохождения поворотов, истории развития и сценариям применения. В статье также представлены графики и сравнительные данные, которые помогут читателям лучше понять различия между ними.
Подвеска на двойных поперечных рычагах（Подвеска на двойных поперечных рычагахДвухрычажная подвеска, обычно переводимая с китайского как «двойной коромысло», получила своё название благодаря своим верхним и нижним рычагам подвески в форме буквы «А». Эта система подвески обычно состоит из верхнего и нижнего рычагов подвески, амортизаторов, пружин и шатунов. Верхний и нижний рычаги подвески соединены со ступицами колёс посредством шаровых шарниров, что обеспечивает точный контроль вертикального и горизонтального перемещения шины.
подвеска Макферсон（Подвеска MacPhersonПодвеска Макферсон, разработанная канадским инженером Эрлом С. Макферсоном в 1940-х годах, является наиболее распространённым типом подвески в современных автомобилях, особенно для передней подвески. Её основные компоненты включают амортизаторы, винтовые пружины, нижние рычаги и стабилизаторы поперечной устойчивости. Амортизаторы и пружины объединены в стойку, непосредственно соединённую с кузовом и колёсами.
Основные принципы и функции системы подвески
Основные функции системы подвески включают в себя:
- Вес поддерживающего транспортного средства: Обеспечивает устойчивость автомобиля и поглощает удары от дороги.
- Поддержание контакта шин с дорогой: обеспечивает достаточное сцепление, влияющее на эффективность ускорения, торможения и прохождения поворотов.
- Улучшенная управляемость и комфорт: Баланс устойчивости автомобиля и комфорта езды при прохождении поворотов на высокой скорости.
При прохождении поворотов подвеска должна эффективно контролировать крен кузова, изменение угла развала и площадь контакта шин с дорогой для обеспечения устойчивости и сцепления автомобиля. Подвеска на двойных поперечных рычагах и подвеска Макферсон работают в этих областях по-разному.
Структурное сравнение двухрычажной подвески и подвески MacPherson
1. Подвеска типа Макферсон
- Структурные характеристики:
Подвеска MacPherson была разработана Эрлом С. Макферсоном в 1940-х годах и представляет собой простую и компактную систему подвески. Её основные компоненты включают: - Комбинация амортизатора и пружины: Амортизатор и винтовая пружина интегрированы в стойку, которая напрямую соединена со ступицей колеса.
- нижний рычаг управления: Один рычаг подвески (обычно А-образный) соединяется с кузовом автомобиля и ступицей колеса, обеспечивая боковую поддержку.
- стабилизатор поперечной устойчивости: Используется для уменьшения крена кузова автомобиля.
- поворотный кулак: Подсоедините ступицу колеса к системе рулевого управления.
- преимущество:
- Конструкция проста, количество деталей невелико, а стоимость изготовления низкая.
- Занимает мало места и подходит для переднеприводных автомобилей.
- Легко ремонтировать и обслуживать.
- недостаток:
- Угол развала сильно меняется, и площадь соприкосновения шины с дорогой при поворотах легко уменьшается.
- Амортизатор выполняет как опорную, так и амортизирующую функции и легко подвергается воздействию боковых сил, что влияет на точность управления.
- Он не подходит для мощных транспортных средств, поскольку его геометрическая конструкция ограничивает гибкость регулировки подвески.
2. Двухрычажная подвеска
- Структурные характеристики:
Двухрычажная подвеска — это более сложная система подвески, появившаяся в гоночных автомобилях в 1930-х годах. Её основные компоненты включают в себя: - верхние и нижние рычаги управления: Обычно А-образные или неравные по длине рычаги подвески, соединенные с верхним и нижним концами ступицы колеса соответственно.
- Амортизаторы и пружины: Независимо от рычага управления, он фокусируется на поглощении ударов и смягчении ударов.
- Поворотный кулак и ступица колеса: Обеспечивает точное позиционирование шин.
- стабилизатор поперечной устойчивости(Необязательно): Дополнительный контроль крена кузова.
- преимущество:
- Обеспечивает лучший контроль развала для сохранения оптимального контакта шины с дорогой при прохождении поворотов.
- Геометрия подвески легко регулируется в соответствии с различными условиями вождения.
- Высокая жесткость конструкции, подходит для мощных транспортных средств и гоночных автомобилей.
- недостаток:
- Конструкция сложна, а затраты на производство и обслуживание высоки.
- Он занимает много места и не способствует компактной конструкции транспортного средства.
Технические характеристики двухрычажной подвески:
- Верхние и нижние рычаги управления имеют четкое разделение труда: Верхний рычаг подвески обычно короче, а нижний — длиннее. Такая конструкция позволяет автоматически регулировать угол развала при движении автомобиля, обеспечивая оптимальный контакт шины с дорогой.
- Конструкция высокой жесткости: Два рычага управления двойного коромысла позволяют эффективно рассеивать боковые и продольные силы, снижают нагрузку на амортизатор и позволяют ему сосредоточиться на поглощении вертикальных колебаний.
- Точный геометрический контроль: Двойная поперечная подвеска позволяет инженерам точно регулировать параметры расположения шин, такие как развал, угол схождения и угол наклона передней оси, для оптимизации управляемости.
Анализ преимуществ
Превосходные характеристики на поворотах:
- Двухрычажная подвеска эффективно контролирует крен кузова при прохождении поворотов. Благодаря геометрической конструкции верхних и нижних рычагов, она автоматически регулирует угол развала колёс, обеспечивая максимальную площадь контакта шины с дорогой и улучшая сцепление.
- Высокая боковая жесткость позволяет снизить деформацию шины при прохождении поворотов на высокой скорости, что дополнительно повышает устойчивость.
- Контроль износа шин: Точный геометрический контроль двухрычажной подвески позволяет шинам сохранять оптимальный угол контакта в различных дорожных условиях, что снижает ненужный износ и продлевает срок службы шин.
- Ощущение чистого дорожного просвета: Поскольку амортизатор принимает на себя основную вертикальную нагрузку, двухрычажная подвеска может обеспечить более прямую обратную связь с дорогой, что позволяет водителю лучше воспринимать динамику автомобиля.
- Широкий спектр примененияПодвеска на двойных поперечных рычагах подходит не только для мощных спортивных автомобилей (таких как Porsche 911 и Ferrari 488), но также широко используется в крутых внедорожниках (таких как Jeep Wrangler) и гоночных автомобилях Формулы 1, поскольку ее конструкция может одновременно отвечать высоким требованиям жесткости и управляемости.
Анализ недостатков
Несмотря на то, что двухрычажная подвеска демонстрирует хорошие эксплуатационные характеристики, она также имеет некоторые ограничения:
- Сложная структура: Подвеска на двойных поперечных рычагах имеет большое количество деталей, а процесс ее проектирования и регулировки предъявляет более высокие технические требования.
- Высокие производственные затраты: Из-за большого количества деталей и необходимости прецизионной обработки стоимость изготовления двухрычажной подвески значительно выше, чем подвески MacPherson.
- Большие требования к пространству: Подвеска на двойных поперечных рычагах требует большого пространства для установки, что является проблемой для небольших автомобилей или моделей с ограниченным пространством (например, автомобили класса A или B).
- Трудно приспособиться: Точная регулировка углов установки колес и параметров подвески требует профессиональных навыков и высоких технических возможностей производителей транспортных средств и персонала по их обслуживанию.
Технические характеристики подвески MacPherson
Устройство и принцип работы
Подвеска Макферсон, разработанная канадским инженером Эрлом С. Макферсоном в 1940-х годах, является наиболее распространённым типом подвески в современных автомобилях, особенно в передней подвеске, благодаря своей простой и эффективной конструкции. Основные компоненты подвески Макферсон включают амортизаторы, винтовые пружины, нижние рычаги и стабилизаторы поперечной устойчивости. Амортизаторы и пружины объединены в стойку, которая непосредственно соединена с кузовом и колёсами автомобиля.
Основные особенности подвески MacPherson:
- Простая структура: требуются только один нижний рычаг подвески и одна стойка, небольшое количество деталей и небольшие требования к пространству для установки.
- Бюджетный: Благодаря простой конструкции затраты на производство и обслуживание подвески MacPherson невелики, что делает ее подходящей для моделей массового производства большого масштаба.
- Широкая применимость: Подвеска MacPherson подходит для большинства моделей с передним приводом, особенно для компактных и среднеразмерных автомобилей.
Анализ преимуществ
- Экономьте место: Компактная конструкция подвески MacPherson делает ее подходящей для небольших автомобилей и моделей с передним приводом, оставляя больше места в моторном отсеке и салоне.
- Экономичный: Низкая стоимость производства и простые требования к настройке делают его лучшим выбором для экономичных автомобилей.
- Комфорт: Подвеска MacPherson хорошо поглощает дорожные вибрации и подходит для ежедневных поездок на работу и в городе.
Анализ недостатков
- Ограниченная управляемость: Поскольку амортизатор одновременно воспринимает вертикальную нагрузку и часть боковой силы, устойчивость подвески MacPherson при прохождении поворотов на высокой скорости не так хороша, как у подвески на двойных поперечных рычагах.
- Недостаточный контроль развала: Подвеска MacPherson не может регулировать угол развала так же точно, как подвеска с двойными поперечными рычагами, что приводит к снижению сцепления шин с дорогой при прохождении поворотов.
- Ощущение размытой дороги: Из-за многофункциональной нагрузки амортизатора обратная связь водителя с дорогой не такая четкая, как в случае двухрычажной подвески.
Ключевые факторы эффективности прохождения поворотов
Эффективность прохождения поворотов зависит от того, как подвеска справляется с несколькими ключевыми факторами:
- Контроль развалаРазвал: Угол развала шины влияет на площадь контакта шины с дорогой. В идеале шина должна обеспечивать максимально возможную площадь контакта при прохождении поворотов, чтобы обеспечить наилучшее сцепление.
- Контроль крена кузова: Крен кузова изменит распределение нагрузки на шины и повлияет на устойчивость автомобиля.
- Гибкость геометрии подвески: Геометрическая конструкция подвески определяет ее адаптируемость к различным условиям вождения.
- Распределение нагрузки на шины: Равномерное распределение нагрузки способствует улучшению сцепления и точности управления.
1. Регулировка развала
- подвеска Макферсон:
Поскольку подвеска MacPherson опирается исключительно на один рычаг и амортизационную стойку, крен кузова в поворотах приводит к быстрому изменению развала шин (обычно в сторону положительного). Это создаёт избыточное давление на внутреннюю сторону шины, уменьшая площадь её контакта с дорогой и, как следствие, ухудшая сцепление с дорогой. Например, при скоростном прохождении поворотов развал подвески MacPherson может изменяться на 3–5 градусов, что существенно влияет на сцепление с дорогой. - 雙搖臂懸吊:
雙搖臂懸吊通過上下控制臂的設計，能精確控制輪胎的外傾角變化。工程師可以通過調整控制臂的長度和角度，使輪胎在過彎時保持負外傾角（Negative Camber），確保輪胎的接觸面積最大化。例如，在相同條件下，雙搖臂懸吊的外傾角變化幅度通常控制在1-2度以內，顯著提升抓地力。
2. Контроль крена кузова
- подвеска Макферсон:
麥花臣懸吊的結構剛性較低，避震支柱同時承擔支撐與減震功能，容易受到側向力的影響。在過彎時，車身側傾角度較大（通常為4-6度），導致外側輪胎承載過重，內側輪胎負載不足，影響整體穩定性。 - 雙搖臂懸吊:
雙搖臂懸吊的上下控制臂提供更高的結構剛性，能有效抵抗側向力。通過優化控制臂的幾何設計，雙搖臂懸吊可將車身側傾角度控制在2-3度以內，確保輪胎負載分佈更均勻，提升過彎穩定性。
3. Гибкость геометрии подвески
- подвеска Макферсон:
麥花臣懸吊的幾何設計相對固定，調整範圍有限。工程師難以通過改變懸吊幾何來優化過彎性能，這使其更適合舒適性導向的車輛，而非高性能車輛。 - 雙搖臂懸吊:
雙搖臂懸吊的上下控制臂允許工程師精確調整懸吊幾何，包括外傾角、束角（Toe Angle）和懸吊行程等。這使得雙搖臂懸吊能適應不同的賽道條件和高性能需求，例如F1賽車或超跑的懸吊系統通常採用雙搖臂設計。
4. Распределение нагрузки на шины
- подвеска Макферсон:
由於車身側傾和外傾角變化較大，麥花臣懸吊在過彎時的輪胎負載分佈不均，容易導致外側輪胎過載，內側輪胎抓地力不足。這可能引發轉向不足（Understeer）或轉向過度（Oversteer）。 - 雙搖臂懸吊:
雙搖臂懸吊通過精確的幾何控制，確保輪胎負載分佈更均勻。外側輪胎在過彎時能承載適當的負載，內側輪胎也能保持足夠的抓地力，從而提高過彎極限和操控精確度。
Эффективность прохождения поворотов зависит от следующих аспектов системы подвески:
- 輪胎抓地力：輪胎與路面的接觸面積和角度直接影響過彎穩定性。
- Контроль крена кузова：側傾角度越小，車輛在過彎時的穩定性越高。
- 懸吊剛性：高剛性的懸吊能減少車身變形，提升操控精準度。
- 幾何控制：懸吊系統對外傾角、束角等參數的調整能力影響輪胎的動態表現。
Сравнительный анализ
以下從技術角度對雙搖臂懸吊與麥花臣懸吊在過彎性能上的表現進行詳細比較：
輪胎抓地力與外傾角控制:
- 雙搖臂懸吊：通過上下控制臂的幾何設計，雙搖臂懸吊能在車輛側傾時自動調整外傾角，使輪胎保持與路面垂直，最大化抓地力。這種特性在高速過彎或連續彎道中尤為明顯，例如在賽道駕駛中，雙搖臂懸吊能讓車輛更穩定地通過彎角。
- подвеска Макферсон：由於僅有一根下控制臂，麥花臣懸吊在外傾角調整上的靈活性較低。在高速過彎時，輪胎可能因側傾而偏離最佳接觸角度，導致抓地力下降。
Контроль крена кузова:
- 雙搖臂懸吊：雙搖臂懸吊的高橫向剛性使其能有效抵抗車身側傾，減少重心偏移，從而提升過彎穩定性。例如，搭載雙搖臂懸吊的 Toyota Corolla 在高速過彎時，車身側傾角度明顯小於採用麥花臣懸吊的同級車款。
- подвеска Макферсон：麥花臣懸吊的支柱結構在承受橫向力時容易產生變形，導致車身側傾較大，影響過彎穩定性。
懸吊剛性與路感:
- 雙搖臂懸吊：由於橫向力由控制臂承擔，避震器能專注於吸收垂直震動，提供更清晰的路感反饋。這對於性能車或賽車來說尤為重要，因為駕駛者需要精準感知路面變化。
- подвеска Макферсон：避震器同時承擔多方向力，導致路感反饋較為模糊，駕駛者在高速過彎時可能難以精準掌握車輛動態。
以下為雙搖臂懸吊與麥花臣懸吊在關鍵性能指標上的比較表：
| характеристика | 雙搖臂懸吊 | подвеска Макферсон |
|---|---|---|
| 結構複雜度 | 高（多零件，上下控制臂） | 低（單支柱設計） |
| 製造成本 | 高 | 低 |
| 空間需求 | 大 | 小 |
| 過彎抓地力 | 優異（自動調整外傾角） | 一般（外傾角控制有限） |
| Контроль крена кузова | 優秀（高橫向剛性） | 一般（支柱易變形） |
| 路感反饋 | 清晰（避震器專注垂直負載） | 模糊（避震器多負載） |
| Применимые модели | 性能車、SUV、賽車 | 經濟型車、緊湊型車 |
| 調校難度 | 高（需精準四輪定位） | 低（簡單設定） |
Анализ данных
根據汽車工程學研究，雙搖臂懸吊在高速過彎時的側傾角度通常比麥花臣懸吊小 20%-30%，輪胎抓地力可提升約 15%。例如，在 100 km/h 的過彎測試中，搭載雙搖臂懸吊的車型（如 Toyota Corolla）平均側傾角度約為 3.5 度，而搭載麥花臣懸吊的車型（如 Honda Civic）則為 4.5-5 度。此外，雙搖臂懸吊的輪胎接觸面積損失率低於 5%，而麥花臣懸吊可能高達 10%-15%。
Исторические сценарии развития и применения
1. Разработка и применение подвески Макферсон
- 時間段:
- 1940年代：Earle S. MacPherson在福特汽車公司開發了麥花臣懸吊，首次應用於1949年的福特Vedette車型。
- 1960-1980年代：隨著前輪驅動車的普及，麥花臣懸吊成為主流設計，廣泛應用於大眾Golf、本田Civic等車型。
- 1990年代至今：麥花臣懸吊因其成本優勢，繼續被用於大多數中低端乘用車，如Toyota Corolla、Ford Focus等。
- 應用場景:
麥花臣懸吊適用於經濟型車輛和前輪驅動車，因其結構簡單、空間效率高，適合城市駕駛和舒適性導向的車型。然而，其在高性能車輛中的應用受到限制，因為其操控性能無法滿足賽道或極限駕駛的需求。
2. Разработка и применение двухрычажной подвески
- 時間段:
- 1930年代：雙搖臂懸吊起源於賽車設計，早期應用於Grand Prix賽車。
- 1950-1970年代：隨著賽車技術的進步，雙搖臂懸吊成為F1賽車和高端跑車的標準配置，如Ferrari 250 GTO和Lotus Elan。
- 1980年代至今：雙搖臂懸吊廣泛應用於高性能車輛和超跑，如Porsche 911、Ferrari 488、McLaren 720S等。部分豪華車型（如BMW M系列）也採用雙搖臂懸吊以提升操控性。
- 應用場景:
雙搖臂懸吊因其優異的操控性能，廣泛應用於賽車、高性能跑車和豪華車型。其精確的幾何控制和高剛性結構使其成為賽道駕駛和極限操控的首選。
Анализ диаграмм
為了更直觀地比較雙搖臂懸吊與麥花臣懸吊在過彎性能上的差異，以下提供兩個圖表，分別展示外傾角變化和車身側傾角度在不同過彎速度下的表現。
Диаграмма 1: Сравнение изменений угла развала
分析：從圖表可見，隨著過彎速度增加，麥花臣懸吊的外傾角變化顯著增加，導致輪胎接觸面積減少。而雙搖臂懸吊的外傾角變化較小，保持更好的抓地力。
Рисунок 2: Сравнение углов крена кузова
分析：雙搖臂懸吊在各速度區間的車身側傾角度顯著低於麥花臣懸吊，顯示其在控制車身穩定性方面的優勢。
Анализ фактического случая
1. Модель подвески MacPherson: Toyota Corolla
- Toyota Corolla（E210，2018年至今）採用麥花臣前懸吊，適合日常通勤和經濟性導向的駕駛。在一般道路過彎時，其操控性足夠，但高速過彎（>80 km/h）時，車身側傾和外傾角變化較大，導致抓地力不足，容易出現轉向不足。
2. Модель двухрычажной подвески: Porsche 911
- Porsche 911（992，2019年至今）採用雙搖臂前懸吊，專為高性能駕駛設計。在賽道測試中，Porsche 911能在高速過彎（>100 km/h）時保持穩定的車身姿態和輪胎抓地力，其外傾角控制和懸吊剛性使其過彎極限遠高於麥花臣懸吊車型。
3. Пример применения двухрычажной подвески Toyota
Toyota 在新社長的帶領下，積極將雙搖臂懸吊應用於主流車型，體現了其對駕駛樂趣的重視。以下為兩個具體案例：
Toyota Corolla（2019 年後）:
- 懸吊設計：後懸吊採用雙搖臂結構，結合 TNGA 平台的低重心設計。
- 性能表現：在實際試駕中，Corolla 在連續彎道中的車身穩定性和轉向精準度明顯優於前代車型（採用扭力樑懸吊）。其過彎速度比同級對手高出約 5%-10%。
- 市場反饋：消費者對 Corolla 的操控表現普遍給予正面評價，認為其兼顧了舒適性和運動感。
Toyota Yaris（2023 年四驅版）:
- 懸吊設計：後懸吊採用改良版雙搖臂結構，針對四驅系統進行優化。
- 性能表現：Yaris 四驅版在彎道中的抓地力和穩定性表現出色，特別是在溼滑路面上的表現超越同級車型。
- 市場定位：Toyota 將雙搖臂懸吊應用於 Yaris，顯示其對小型車操控性能的重視，吸引年輕消費者。
в заключение
雙搖臂懸吊憑藉其精準的幾何控制、高橫向剛性和出色的外傾角調整能力，在過彎性能上顯著優於麥花臣懸吊。雖然其結構複雜、成本高且空間需求大，但其在性能車、賽車和高端 SUV 中的應用證明了其價值。Toyota 將雙搖臂懸吊導入 Corolla 和 Yaris 等平民車型，顯示了其對駕駛樂趣的重視，也為消費者帶來了兼具操控與舒適性的駕駛體驗。相比之下，麥花臣懸吊雖然在成本和空間利用上更具優勢，但其操控性能的局限使其更適合經濟型車款。
對於追求駕駛樂趣的消費者，雙搖臂懸吊無疑是更理想的選擇。而隨著汽車工業的技術進步，未來或許能看到更輕量化、更經濟的雙搖臂懸吊設計，進一步普及於主流車型。
雙搖臂懸吊在過彎性能上優於麥花臣懸吊的原因主要包括：
- 更佳的外傾角控制：雙搖臂懸吊能保持輪胎的最佳接觸面積，提升抓地力。
- 更低的車身側傾：高剛性結構有效減少側傾，確保車輛穩定性。
- 更高的幾何靈活性：可精確調整懸吊參數，適應高性能駕駛需求。
- 均勻的輪胎負載分佈：提高過彎極限和操控精確度。
雖然麥花臣懸吊在成本和空間效率上有優勢，但其在高性能駕駛中的局限性使其無法與雙搖臂懸吊競爭。因此，雙搖臂懸吊成為賽車和高性能車輛的首選，而麥花臣懸吊則更適合經濟型車輛。
Дальнейшее чтение:
