扭轉(zhuǎn)梁懸架和E型四連桿懸架對(duì)比分析

許曉楠，田曉雪

扭轉(zhuǎn)梁懸架和E型四連桿懸架對(duì)比分析

許曉楠1，田曉雪2

（1.咸陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 712000；2.安徽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230011）

乘用車(chē)后懸架類(lèi)型較多，主流車(chē)后懸架大量采用的是扭轉(zhuǎn)梁懸架和E型四連桿懸架，但兩種懸架形式在布置空間、價(jià)格、性能等方面均存在一定區(qū)別。文章從結(jié)構(gòu)、承載能力、性能等維度對(duì)主流車(chē)常見(jiàn)的兩種后懸架結(jié)構(gòu)——扭轉(zhuǎn)梁懸架和E型四連桿懸架進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果可知，扭轉(zhuǎn)梁懸架僅在后備箱空間、輪胎磨損方面有優(yōu)勢(shì)，而E型四連桿懸架在承載能力、四驅(qū)空間、操縱穩(wěn)定性、平順性方面都具有優(yōu)勢(shì)。建議成本優(yōu)先的A0、A級(jí)車(chē)采用經(jīng)濟(jì)型扭轉(zhuǎn)梁懸架；操穩(wěn)和舒適優(yōu)先的A、B級(jí)車(chē)采用成本較高的E型四連桿懸架。該分析結(jié)論為汽車(chē)研發(fā)期間后懸架類(lèi)型的選擇提供了一定的參考依據(jù)。

扭轉(zhuǎn)梁懸架；E型四連桿懸架；承載能力；K&C特性

懸架是汽車(chē)車(chē)身與車(chē)輪之間彈性連接的總成，負(fù)責(zé)傳遞車(chē)身和車(chē)輪之間的一切力和力矩，是影響汽車(chē)操縱穩(wěn)定性和平順性能的重要因素之一。常見(jiàn)的后懸架類(lèi)型主要有扭轉(zhuǎn)梁懸架、E型四連桿懸架、五連桿獨(dú)立懸架以及剛性橋懸架[1]。扭轉(zhuǎn)梁懸架和E型四連桿懸架被主流車(chē)大量采用，由于兩種懸架同屬于縱臂類(lèi)懸架，經(jīng)常被用于同一個(gè)汽車(chē)開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

本文從多個(gè)維度對(duì)兩種懸架進(jìn)行對(duì)比分析，以期為汽車(chē)研發(fā)時(shí)的后懸架類(lèi)型選擇提供一定的參考依據(jù)。

1 兩種懸架標(biāo)桿車(chē)應(yīng)用情況

以軸距為橫坐標(biāo)，后輪距為縱坐標(biāo)，整理扭轉(zhuǎn)梁懸架與E型四連桿懸架的標(biāo)桿車(chē)應(yīng)用情況，如圖1所示。

圖1 兩種懸架標(biāo)桿車(chē)尺寸分布

（資料來(lái)源：汽車(chē)之家）

由圖1可知，扭轉(zhuǎn)梁懸架具有短軸距、小輪距的特點(diǎn)，主要應(yīng)用于A0、A級(jí)車(chē)型；E型四連桿具有長(zhǎng)軸距、大輪距的特點(diǎn)，主要應(yīng)用于A、B級(jí)車(chē)型，是目前主流后懸架型式。

2 結(jié)構(gòu)對(duì)比分析

2.1 四驅(qū)空間

扭轉(zhuǎn)梁懸架和E型四連桿懸架兩驅(qū)、四驅(qū)對(duì)比圖分別如圖2所示。

結(jié)合圖2可知，由于扭轉(zhuǎn)梁懸架自身結(jié)構(gòu)的缺陷性導(dǎo)致其不易搭載四驅(qū)，布置四驅(qū)結(jié)構(gòu)時(shí)，扭梁及減振器結(jié)構(gòu)都要作出必要的避讓?zhuān)黾优ち褐圃祀y度與制造成本，不利于整車(chē)輕量化，同時(shí)會(huì)增加簧下質(zhì)量，不利于整車(chē)操縱穩(wěn)定性。E型四連桿懸架通過(guò)副車(chē)架與車(chē)身連接，三根橫向控制臂和一端連接轉(zhuǎn)向節(jié)一端連接副車(chē)架，容易對(duì)四驅(qū)結(jié)構(gòu)作出避讓?zhuān)贾秒姍C(jī)、減速器、半軸和排氣相對(duì)方便。

圖2 兩驅(qū)、四驅(qū)對(duì)比圖

2.2 后備箱空間

以后輪距為橫坐標(biāo)，后備箱寬度為縱坐標(biāo)，整理扭轉(zhuǎn)梁懸架和E型四連桿懸架后備箱空間對(duì)比數(shù)據(jù)，如圖3所示。

圖3 兩種懸架后備箱寬度對(duì)比

（資料來(lái)源：汽車(chē)之家）

如圖3所示，E型四連桿懸架零部件較多，整體尺寸較大，上控制臂導(dǎo)致懸架垂直方向尺寸增加，降低了后備箱的空間利用率，同時(shí)對(duì)后地板的布置產(chǎn)生一定影響。扭轉(zhuǎn)梁懸架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零部件少，水平方向尺寸和垂直方向尺寸都比較小，給后備箱留出更大的空間。因此，扭轉(zhuǎn)梁懸架以較小的輪距，可以提供與大輪距的E型四連桿懸架相當(dāng)?shù)暮髠湎淇臻g。

2.3 懸架結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)

扭轉(zhuǎn)梁懸架和E型四連桿懸架如圖4所示，整理兩種懸架結(jié)構(gòu)對(duì)比參數(shù)，如表1所示。

如圖4所示，扭轉(zhuǎn)梁由于結(jié)構(gòu)的限制，無(wú)法完全實(shí)現(xiàn)車(chē)輪參數(shù)補(bǔ)償功能。E型四連桿懸架連桿、襯套數(shù)量多，在懸架設(shè)計(jì)時(shí)，可以針對(duì)不同車(chē)型進(jìn)行相應(yīng)的匹配和調(diào)校，同時(shí)用戶(hù)可以根據(jù)車(chē)輛實(shí)際使用情況，通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)對(duì)車(chē)輪參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，能夠精確的控制車(chē)輪與地面接觸的角度，最大限度發(fā)揮輪胎抓地力，提高整車(chē)操控極限[2]。

圖4 扭轉(zhuǎn)梁&E型四連桿懸架圖示

表1 兩種懸架結(jié)構(gòu)對(duì)比

3 承載能力對(duì)比

一般可用簧上質(zhì)量與簧下質(zhì)量的比值來(lái)表示車(chē)輛承載能力，通過(guò)整理標(biāo)桿車(chē)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，兩種懸架承載能力對(duì)比如圖5所示。

由圖5可知，E型四連桿懸架較小的簧下質(zhì)量能承受較高的簧上質(zhì)量，承載能力更優(yōu)[3]。同時(shí)，E型四連桿懸架能夠通過(guò)搭載鋁制轉(zhuǎn)向節(jié)及鋁制擺臂，進(jìn)一步減輕簧下質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)整車(chē)輕量化。

4 K&C特性分析

通過(guò)整理搭載扭轉(zhuǎn)梁后懸架和E型四連桿后懸架的標(biāo)桿車(chē)K&C實(shí)測(cè)報(bào)告，對(duì)比分析兩種后懸架的關(guān)鍵K&C特性。

4.1 輪跳前束

兩種懸架反向輪跳前束對(duì)比曲線(xiàn)如圖6所示，扭轉(zhuǎn)梁懸架由于其半獨(dú)立懸架的特點(diǎn)，在反向輪跳時(shí)左右車(chē)輪的前束差異較大。因此，會(huì)造成車(chē)輛左右車(chē)輪磨損不一致，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致左右轉(zhuǎn)向特性差異，使其操穩(wěn)容易受到不平路面的影響[4]。

圖6 兩種懸架反向輪跳前束對(duì)比曲線(xiàn)

4.2 輪跳外傾

兩種懸架平行輪跳外傾對(duì)比曲線(xiàn)如圖7所示，扭轉(zhuǎn)梁懸架由于其半獨(dú)立懸架的特點(diǎn)，行車(chē)時(shí)輪胎外傾變化較小，輪胎磨損較小。但當(dāng)車(chē)輛在不平路面行駛時(shí)，輪胎會(huì)傾斜，無(wú)法充分保證輪胎的抓地力，不利于車(chē)輛操穩(wěn)性[4]。

圖7 兩種懸架平行輪跳外傾對(duì)比曲線(xiàn)

4.3 側(cè)向力前束

兩種懸架側(cè)向力前束對(duì)比曲線(xiàn)整理如圖8所示，在扭轉(zhuǎn)梁懸架轉(zhuǎn)向過(guò)程中，由于縱臂與車(chē)身連接處橡膠襯套發(fā)生縱向變形，導(dǎo)致懸架產(chǎn)生軸轉(zhuǎn)向，趨于過(guò)多轉(zhuǎn)向，一般通過(guò)增大前懸負(fù)前束來(lái)彌補(bǔ)。E型四連桿懸架受到側(cè)向力時(shí)使后外輪向正前束變化，后內(nèi)輪向負(fù)前束變化，具有不足轉(zhuǎn)向趨勢(shì)，具備更好的整車(chē)操穩(wěn)性[5]。

圖8 兩種懸架側(cè)向力前束對(duì)比曲線(xiàn)

4.4 縱向力前束

兩種懸架縱向力前束對(duì)比曲線(xiàn)如圖9所示，兩種后懸架均應(yīng)用于橫置前驅(qū)，對(duì)于后輪則重點(diǎn)關(guān)注制動(dòng)性能。在汽車(chē)制動(dòng)過(guò)程中，期望后輪有弱正前束變化，以提高制動(dòng)穩(wěn)定性[5]。因此，E型四連桿制動(dòng)穩(wěn)定性較好。

圖9 兩種懸架縱向力前束對(duì)比曲線(xiàn)

4.5 側(cè)傾中心高度

兩種懸架側(cè)傾中心高度對(duì)比曲線(xiàn)如圖10所示，扭轉(zhuǎn)梁懸架隨輪跳變化，側(cè)傾中心升高且變化率較大，對(duì)輪胎磨損不利，且容易導(dǎo)致車(chē)身舉升效應(yīng)影響操穩(wěn)。E型四連桿懸架側(cè)傾中心高隨輪跳變化小，有利于整車(chē)操縱穩(wěn)定性[4]。

4.6 縱向剛度

兩種懸架縱向剛度對(duì)比曲線(xiàn)如圖11所示，車(chē)輛在行駛過(guò)程中，受到凹凸不平的路面沖擊時(shí)，襯套彈性變形，引起輪心處縱向位移。較低的懸架縱向剛度利于輪心較大的縱向位移，從而提升車(chē)輛的平順性。因此，E型四連桿具有較小的縱向剛度，振動(dòng)舒適性?xún)?yōu)于扭轉(zhuǎn)梁懸架[4]。

圖10 兩種懸架側(cè)傾中心高度對(duì)比曲線(xiàn)

圖11 兩種懸架縱向剛度對(duì)比曲線(xiàn)

4.7 輪心退讓

兩種懸架輪心退讓對(duì)比曲線(xiàn)如圖12所示，E型四連桿懸架具有不足轉(zhuǎn)向趨勢(shì)，一般縱臂安裝點(diǎn)高度高于后輪心高度，遇到障礙物時(shí)，輪心適當(dāng)退讓?zhuān)哂休^好的后排舒適性。由于扭轉(zhuǎn)梁的軸轉(zhuǎn)向效應(yīng)會(huì)使車(chē)輛具有過(guò)多轉(zhuǎn)向趨勢(shì)，不利于操縱穩(wěn)定性，一般使扭轉(zhuǎn)梁縱臂安裝點(diǎn)高度低于后輪心高度。轉(zhuǎn)向時(shí)，增加與軸轉(zhuǎn)向相反的車(chē)輪運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，提高扭轉(zhuǎn)梁不足轉(zhuǎn)向度，但是遇到障礙物時(shí)，會(huì)導(dǎo)致舒適性欠佳[4]。

圖12 兩種懸架輪心退讓對(duì)比曲線(xiàn)

4.8 振動(dòng)過(guò)濾

輪胎受到縱向路面沖擊時(shí)，懸架吸收部分振動(dòng)后傳遞至車(chē)身，不同懸架傳遞路徑不同，扭轉(zhuǎn)梁振動(dòng)傳遞路徑為“輪胎－縱臂襯套－車(chē)身”；E型四連桿振動(dòng)傳遞路徑依次為“輪胎－縱臂襯套－車(chē)身”或“輪胎－橫臂襯套－副車(chē)架襯套－車(chē)身”。

E型四連桿懸架橫臂襯套可吸收更多的振動(dòng)，且副車(chē)架襯套為其提供二次過(guò)濾，提高噪聲、振動(dòng)與粗糙度（Noise, Vibration, Harshness, NVH）性能的同時(shí)提升了乘坐舒適性。結(jié)合上述分析項(xiàng)目，整理兩種懸架的對(duì)比分析評(píng)價(jià)，如表2所示。

表2 兩種懸架對(duì)比分析評(píng)價(jià)表

5 總結(jié)

通過(guò)對(duì)比可知，扭轉(zhuǎn)梁懸架僅在后備箱空間、輪胎磨損方面有優(yōu)勢(shì)，而E型四連桿懸架在承載能力、四驅(qū)空間、操縱穩(wěn)定性、平順性方面都具有優(yōu)勢(shì)。建議成本優(yōu)先的A0、A級(jí)車(chē)采用經(jīng)濟(jì)型扭轉(zhuǎn)梁懸架；操穩(wěn)和舒適優(yōu)先的A、B級(jí)車(chē)采用成本較高的E型四連桿懸架。

[1] 吉林大學(xué)汽車(chē)工程系.汽車(chē)構(gòu)造[M].北京:人民交通 出版社,2013.

[2] 王霄鋒.汽車(chē)懸架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2015.

[3] 古亮.某SUV多連桿與扭力梁后懸架KC特性對(duì)比分析及對(duì)整車(chē)操穩(wěn)性影響研究[D].柳州:廣西科技大學(xué),2013.

[4] GILLESPIE T.車(chē)輛動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2006.

[5] 田中靈,高大威,方平,等.基于K＆C試驗(yàn)臺(tái)的扭力梁與多連桿懸架研究[J].上海:上海理工大學(xué)學(xué)報(bào),2019, 41(6):552-556.

Comparative Analysis of Turning Beam Suspension and E-type Four-link Suspension

XU Xiaonan1, TIAN Xiaoxue2

( 1.Xianyang Polytechnic Institute, Xi'an 712000, China;2.Anhui Vocational and Technical College, Hefei 230011, China )

There are many types of rear suspension for passenger cars, and a large number of mainstream rear suspension are torsion beam suspension and E-type four-link suspension, but there are certain differences between the two suspension forms in terms of layout space, price and performance.This paper compares and analyzes the two common rear suspension structures of mainstream vehicles, torsion beam suspension and E-type four-link suspension from the dimensions of structure, bearing capacity and performance. The results show that the turning beam suspension has advantages only in terms of trunk space and tire wear, while the E-type four-link suspension has advantages in bearing capacity, four-wheel drive space, handling stability and ride comfort. It is suggested that A0 and A class vehicles with cost priority should adopt economical torsion beam suspension. The A and B class, which prioritizes stability and comfort, use the more expensive E-type four-link suspension.The conclusion of this analysis provides a certain reference for the selection of the rear suspension type during automobile research and development.

Torsion beam suspension; E-type four-link suspension;Bearing capacity;K&C charac- teristic

U463.99

A

1671-7988(2023)21-85-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.021.018

許曉楠（1989－），女，碩士，工程師，研究方向?yàn)槠?chē)底盤(pán)性能，E-mail:791967470@qq.com。