【宝马5系悬挂系统材料】阅读悬架结构(前):麦克弗森不是低级品

什么是悬架？

随着中国经济二十多年的迅速发展，汽车已经进入千家万户，汽车基础知识也逐渐普及。老一辈的购车者特别关心品牌、发动机、变速器、油耗等。新一代购车者将关注机箱操作、移动互联、环保形象、经销商服务等更深更新颖的要素。

悬架作为底盘的一部分，对普通消费者来说往往无法用语言表达，很多人只能依靠“悬架结构”来判断车辆底盘运动性能的优劣。完全错了！这和“通过湾判断后座空间”一样，是伪科学。

，结构不决定直接操作，只决定物理性能的上限和下限，事后调整的功劳也很大。第二，很多消费者混淆了悬架的很多概念。最常见的错误是比较弹性元件和导向机构，例如空气悬架和多连杆悬架问谁更高。还可以比较弹性元件和减震器。比如问悬空和MRC电磁悬挂谁更牛。这不会有结论的。

笔者以图文形式“充实”内容，分1万字左右发表，希望能帮助读者彻底阅读悬架的基础知识，更准确地选择汽车，少开玩笑。

拆除悬架的结构

在Suspension中，中文中翻译成“悬挂”、“悬挂”、“悬挂”等词都是指用于连接车辆和车轮的同一总成。

因为要保持车与车轮的动态几何关系，进行减振等，悬架是必不可少的。有人会说：“大车没有悬架。”这不正确。手推车没有弹性元件和减震器。并不意味着没有指南结构。不然轮子怎么挂在底盘上？怎么样改变方向？

进入主题。将悬挂结构分为以下四个部分。部分教科书分为三部分(取消第四个“水平”稳定器)。

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引导机构/结构部件

平时提到的MACPERSON、对A臂、5连杆、扭力梁、钢板弹簧(双重身份)等都是悬架结构的导向机构，或者叫结构件，传递力和力矩，保持几何关系。

整个车间英语最好的长传蛋，视频的中英文翻译都错了。张传兰所说的“底部大棒”其实不是扭力梁，而是运载车身上使用的车身大梁。

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弹性元件/支撑介质/弹簧

空气弹簧、线圈弹簧、钢板弹簧、气液联动弹簧等部件也称为弹性元件、支撑介质，与本车的“独立悬架”与否无关。

从20世纪70年代开始，主流汽车品牌开发了主动悬架，并在80年代初率先用于F1赛车。现在我们可以看到，空气弹簧和气液联动弹簧都是主动悬架，剩下的大部分都是铁头不思考的被动悬架。

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减震器

用于衰减振动的零件，即阻尼桶。下图是螺旋弹簧包围的是阻尼减震器，从结构上分为主动减震器(可以想到)和被动减震器(一般)。

能量不会凭空消失或产生。如果没有阻尼桶，弹性部件将继续振动，直到能量慢慢分散，我们乘坐的汽车将上下振动。弹簧负责刚度，是储能装置。减震器负责阻尼，是能量消耗装置。两者不能混淆。

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横向稳定器

防侧倾的“防倾杆”，不过不知道分到哪一类比较好。

从作用上看，防倾杆和弹性元件归纳在一起比较合适；从安装位置上看，防倾杆与导向机构比较亲近。

对于以上四大部分，《悬架》系列将分上下文进行深度剖析。

各类导向机构的优缺点分析

我们先来说说导向机构，这是汽车悬架结构当中最重要的部分，相当于人体的骨架，同时也是我们日常购车过程中接触得最多的悬架结构部分，非读不可。

各种导向机构之间的区别很大，大类可以分为独立和非独立，消费者一般认为独立悬架更高级，这是对的也是错的，准确来说是“独立悬架下限和上限都更高”。

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独立悬架：麦弗逊

麦弗逊悬架（McPherson suspension）可谓家喻户晓，因为现在市售车型当中绝大部分的前悬挂都用麦弗逊，特别是微型、小型、紧凑型和一部分中型车。

麦弗逊悬架的结构非常简单，下图是麦弗逊（左）和双A臂（右）的结构对比图，没对比就没伤害，可见麦弗逊约等于少了一个A臂的双A，横向支撑性肯定不如双A好。

视觉上看到的和真实操控感受到的，基本不会差太远，但这就代表麦弗逊很次吗？

不是，现在多数乘用车都在用，你也不会觉得自家车子每次转弯都要崴脚了呀，保时捷718系列还是前后麦弗逊悬挂呢，谁敢说718没运动性能？当然，保时捷的麦弗逊比较高级，用的是分体式下摆臂，铝合金使劲往上堆， 911的前悬就是麦弗逊你没意见吧。

因为少了上面的连杆，所以麦弗逊只能使用“螺旋弹簧+减振桶”这个组合来当另一根杆，问题就来了这“螺旋弹簧+减振桶”不是一根硬邦邦的零部件啊，使劲掰它，它会被掰弯的……

所以麦弗逊悬架多数采用的是本身就被掰弯的螺旋弹簧（后文我们会聊到），在受力状态下就打直了，这时候才不会让螺旋弹簧跟减振桶一直磨蹭，降低两者的使用寿命。

既然麦弗逊有以上缺点，为什么多数厂家都选择它呢？便宜！对，但不全对，品质优秀的麦弗逊结构也非常非常贵，比如保时捷的那两组，车企们坚持用麦弗逊有些时候是因为麦弗逊占据的空间非常小，特别是在横置车型当中可以腾出很多地方安放横置发动机与变速箱，而纵置发动机采用多连杆（包括双A臂）前悬架一定程度是因为纵置发动机不需要太多的横向空间。

便宜、省空间，结构也相对简单，零部件少，固紧件少，麦弗逊的优势比劣势要大，选择它绝对是明确的。

曾经的中型运动车标杆宝马3系（对，“曾经的”）就很喜欢用麦弗逊，当然人家用的是双球铰麦弗逊，把下面的三角臂拆分成两个活动摆臂，自由度更高，转向精准度更高，性能、舒适、成本都可以平衡到，所以我买的那台ATS-L就直接用了E90那套双球铰麦弗逊，老好开了我跟你说……

麦弗逊还有好多种变体，这里就不一一细拆了。

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独立悬架：多连杆

前后独立悬架就一定高级吗？你没开过东南菱帅V3吧，那台新车才5万块的玩意就是前后独立，不加顶吧开起来跟软脚蟹似的，又颠又倾，被你们骂上天的断轴速腾（后扭力梁减配款）开起来比V3好太多，只要轴没断。

多连杆结构有很多种，按数字来分类比较好理解（但专业人士会骂我不专业，好在他们不看我的科普文），我们就说三连杆、四连杆、五连杆吧。

三连杆我们在麦弗逊那节说过了，把下面的三角臂拆分成两个活动摆臂的“双球铰麦弗逊”，有些人把它归类在麦弗逊高级变种，也有人把它定义为多连杆，3系、ATS、汉EV就用的这种。定义这个事随便了，不重要。

再放一个gif会显示得更清晰一些，注意最右边那根不是控制臂，而是转向拉杆。

前文提到的双A臂，也叫“双叉臂”，是多连杆的一种，而且有好几种变体，比如双球铰型、三球铰型、四球铰型，球铰越多，灵活性就越强，操控极限越高。

比如奥迪A8、大众途锐、保时捷卡宴这种纵置发动机的豪华车，前舱有很大的空间用来布局悬架，就可以用高端的四球铰双A臂结构，上下摆臂均由前后两根控制臂单独与转向节相连接的四球铰结构，让力和力矩更为均匀地分布在叉臂上，调校成本和物料成本都很高，但舒适性、过弯极限、转向细腻度都更高。有钱可以任性。

但是有些四连杆又不叫四连杆，如果它们是最高级的四球铰型，而且还加入了一根前束控制杆，所以官方会称他们的悬架为“五连杆悬架”，途锐的官方资料就是这样写的。下图是宝马5系的后五连杆，标红的便是四球铰型双A臂再加一根前束控制杆。

总而言之，多连杆也有材料太菜、工艺太菜、调校太菜的角色，麦弗逊不一定比多连杆弱，当然市售多连杆多数都比麦弗逊强，因为做得好的多连杆又复杂又死贵，还特别难调校，还特别占空间。

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非独立悬架：扭力梁

扭力梁在经济型乘用车后悬上面用得非常广泛，因为结构非常非常非常简单，所以笔者不打算展开说太多了。

后扭力梁被认为是减配其实也很正常，因为多数后扭力梁车型都取消了副车架，成本下限可以做到很便宜，上限也不低，因为调校其实很花钱。

调校得很好的扭力梁车型也能很强，比如高尔夫7平民版就是取消了高尔夫6的多连杆，变成了扭力梁后悬，而大众调校能力的确很牛，过弯极限依然高。

问题是，多数车企都没有大众集团、通用集团、PSA集团的底盘调校能力，其中标致和雪铁龙调扭力梁的能力堪称一绝，而小公司用后扭力梁纯粹是为省钱罢了，而且也非常省空间，备胎容易布局。

扭力梁的问题也挺多，最大的问题是左右悬架会互相干涉，舒适性通常不如多连杆，而且那根变截面梁超级难做设计优化，也就大集团能整好。

扭力梁也有高级一点的形式，比如加入瓦特连杆，我记忆很深的是欧宝Astra，入华之后变成上一代/上上一代威朗，那套瓦特连杆扭力梁就很不错。

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非独立悬架：整体桥

整体桥有多种形式，比如刚刚提到的瓦特连杆，还有罗素连杆，而我们见得最多的是钢板弹簧。

对，钢板弹簧这玩意不止是弹性元件，还是导向机构的一种。

整体桥悬挂的舒适性极差，但结构简单、成本贼低、过载能力老强了，本节中就不展开了，我们留在下一段“弹性元件”里面说。

各类弹性元件的优缺点分析

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出大力的钢板弹簧

分别开五十铃mu-X和D-Max皮卡去越野，后排乘客的乘坐感受差距非常远，D-Max皮卡后面用了钢板弹簧，重度越野工况下能把人的五脏六腑颠得七荤八素。

钢板弹簧（Leaf Spring）结构是“出大力”车型用的，乘用车里面也只有科尔维特C7会用它做弹性元件……不过C7用的不是钢，而是复合玻璃纤维材料，而且采用了横置的方式，官方称之为“复合式叶片弹簧”，同样原理的“板悬”在沃尔沃S90上也有配备，下图绿色那根就是。

钢板弹簧的结构不复杂，把几片长度不同、弯曲半径不同、厚度不一定相同的钢制簧片码在一起就是一组弹簧了，下图还能看到中心螺栓、弹簧夹、卷耳、套管这些辅助结构。当然，钢板弹簧结构也是要配备减振器的，只不过重卡不是每条轴上都有。

商用车用钢板弹簧做弹性元件，利用了它的高载荷能力，即使长期超载也能扛多很久，寿命结束之后的更换成本也比较低。

钢板弹簧是一种很有趣的低成本高得益的解决方案，它兼顾了弹性元件和结构元件的双重作用，车轮定位参数变化很小，轮胎盘的摩擦损耗也小，出少钱办大事。

不过因为钢制簧片之间会有各种挤压和摩擦动作，所以钢板弹簧也是要润滑保养的。

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最常用的螺旋弹簧

空气弹簧很娇气，有时候你看到老A8老S级趴在地面上，不一定是改装了，只是空气弹簧塌掉了而已……

螺旋弹簧就不同了，如今市面上买到的绝大多数乘用车都用它做弹性元件，钢制螺旋弹簧的寿命基本等同于长生不老，除非刻意破坏或者事故撞击，不然是不可能会坏的。

螺旋弹簧的英文叫helical spring，结构非常简单，学问却一点都不少，是工程学里面极为重要的基础零部件。除了汽车之外，我们用的圆珠笔里面有螺旋弹簧，肉菜市场的秤有螺旋弹簧，门锁里面有，自动枪械里面也有。

我们一般见到的车用螺旋弹簧是直卷式的，另一种叫渐进式弹簧（下图）的玩意采用了不同螺距和直径，K值随着压缩量变化。这个就不展开说了。

因为螺旋弹簧有明显的成本优势，产业分布成熟且广泛，寿命极长且故障率基本为0，因此被爱得最深。

最后放一张螺旋弹簧制作的gif图，魔性……

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空气弹簧并非BBA才玩得起

Air Suspension，空气悬架/空悬，翻译过来直接能意会，就是利用压缩空气来当弹性元件的机构，因此称之为 “空气弹簧”更为精准。

从下图很好地解构了空气弹簧的几何结构，它与减振器分离布局在半轴边上，夹在导向结构中间。

刚刚我们提到的那些被动悬架是不能调整阻尼、刚度、行程（高度）的，而空气悬架作为主动悬架完全能胜任后两者的调节作用，剩下的阻尼需要交给减振器。

一个世纪前，钢板弹簧和螺旋弹簧开始运用的时候，空气弹簧的概念已经有了，比如太拖拉（Tatra）在1929年就尝试过给自家卡车装空气弹簧，可惜工艺太差了根本量产不了，这工程学困境与后来的可变压缩比技术一样。

我们不清楚“德国占领捷克斯洛伐克”与“德国豪华品牌战后发展空气悬架”有无联系，但从宝沃到奔驰，从宝马到奥迪，哪家都是空气弹簧爱好者。

你没看错，BBBA德系豪门四兄弟是真存在的，只不过宝沃兴旺的年代根本没奥迪什么事，奥迪兴旺的年代根本没宝沃什么事。

下图是一根空气弹簧的剖面图，这是膜式结构的，平时在高端乘用车上能见到，蔚来ES6加五万块能多四根这种空气弹簧，再加电机功率提升。受限于篇幅，每个部件的功用就不细说了。

下图这个也是空气弹簧，囊式结构，在商用车上用得比较多。

除了这个气囊之外，空气弹簧机构还包括蓄压器、空气压缩机、传感器、底盘控制单元、电磁阀等零部件，都是为上面两款空悬气囊服务的。

现在中国大城市运行的公交车上，已经装备了大量的空气弹簧，一点都不稀奇，随便刷个2块钱坐下空调公交就能体验到了。目前新出厂的低地板公交车基本都是配置空气弹簧的。

空气弹簧的优势在于缓振能力强，振动频率比钢板弹簧/螺旋弹簧要低很多，性能优异的空气弹簧车坐起来像坐船穿越平静海面一样。

记忆最深刻的乘车经验是很久以前坐“广州-香港”的直通车，“广州-口岸”段的老式国产大巴很颠，“口岸-尖沙咀”的MAN/Scania进口空气弹簧大巴就很舒适，就连巴西的马可波罗大巴都比咱的老款大金龙好使。

现在剧情不同了，国产大巴舒适性大幅度提升，不过空气弹簧在国产重卡中的渗透速度还是有点堪忧啊。

个人认为，除了商用车空气弹簧成本高昂之外，无法普及的最重要原因是空气弹簧无法超载过多……（嘘）

欧洲空气弹簧重卡喜欢做这么一种功能设置，在空载或者轻载时，提升一两根轴“省轮胎”。

中国重卡也不跟你玩虚的，笔者就在青藏线上面看到咱老百姓的智慧，空载车从拉萨回格尔木都用 “叠叠乐”。

带空气弹簧的商用车还可以设置单边空气弹簧降低的功能，方便乘客上下车，日本很多公交车都是这样设置。

在军用领域也可以做出各种妖娆的体位来。

在乘用车领域，奔驰已经将魔毯系统玩出花儿来了，开发了一套“车震模式”……

脱困能力一流，越野缓振能力超强。

此外，还有混合悬架的形式，比如宝马530Le就仅仅在后轴上用了两支空气悬架，笔者在浙赛跑过这车，运动性能完全无感（狗头）。

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其他分支

还有一种神奇的弹性元件叫气液联动悬架/弹簧（Hydropneumatic Suspension），气体作为弹性介质，油液负责调整行程。

作为军事装备大国，法国研发气液联动弹簧也是一流的，在雪铁龙的车子上也有运用，只不过一直没作为核心技术引入中国，错过了市场推广的最佳时机。笔者曾开过一台法国原产的气液联动C5，缓振能力那叫一个牛，还能随意升降车身，跟空气弹簧一样好玩。

气液联动弹簧在装甲车辆中运用比较广泛。比如瑞典在上世纪50年代研发的Stridsvagn 103（S型）坦克，为了削减坦克高度增强生存能力采用了无炮塔设计，车辆仰俯只能依靠气液联动弹簧（悬架）进行，而且还不能行进中射击。

现在瑞典陆军都改用豹2了，S型实在太二太落伍。

法军、英军、日本自卫队都有不少气液联动车辆，我军近几年因为气液联动弹簧技术突破因而也多了不少。只不过，军用气液联动弹簧的体积很大，而且故障率比较高，若有战损则维修极为困难，是一把双刃剑。

另有一种弹性元件叫扭杆弹簧（Torsion-Bar Spring），比钢板弹簧更轻更小，且不需要润滑，但结构相对脆弱。当然，如果运用在军事领域，你可以把它造得无比结实耐操，五常装甲部队装备了特别多有扭杆弹簧结构的装甲车。

比扭杆弹簧更简单的是橡胶弹簧，就下图这种橡胶疙瘩，笔者都懒得解释结构了。

下集预告

《悬架》下集，笔者准备把“减振器”和“横向稳定器”这两个器说清楚，最后再加一些个人对未来底盘悬架设计走向的不成熟想法，完成这篇已经尽量做得很精简的万字技术文章。

（图/文/摄：太平洋汽车网 黄恒乐）