文 | 嗷嗷胡
“五”,在汽車世界里是一個(gè)神奇的數(shù)字。
絕大多數(shù)乘用車的輪轂,是由五個(gè)螺栓固定的。主流的民用發(fā)動(dòng)機(jī),每缸氣門數(shù)最多就五個(gè),極少有多于五氣門。懸架有很多類型,但連桿數(shù)到了五便止步,從沒聽說過有“六連桿”。被小岳岳唱出圈的,是五環(huán)之歌,而不是三環(huán)四環(huán)(誤)。
這些并不全是巧合,比如每缸五氣門封頂就是一個(gè)數(shù)學(xué)問題——但這不是今天的重點(diǎn),好奇的話我在最后留三句話解釋一下。
重點(diǎn)是,倘若你關(guān)注汽車的底盤懸架,會(huì)發(fā)現(xiàn)如今,采用五連桿后懸架的新車突然間比比皆是。作為所謂“多連桿”中的一類,五連桿儼然有成為其中主流之勢。用本胡的話講,這是在電動(dòng)化大趨勢下,更加確定得多的“小趨勢”。
為啥是五?
全新研發(fā)的純電平臺中,就有大眾MEB(ID.)、奧迪/保時(shí)捷PPE、奔馳EVA(EQ)、現(xiàn)代E-GMP、福特Mach E、特斯拉Model 3/Y,整齊劃一的后五連桿陣營。國內(nèi)致力于品牌升級的車企,小鵬P7、智己L7、高合乃至沙龍,后懸架也都用上了五連桿結(jié)構(gòu)。
在燃油車世界,五連桿大體上只屬于高端、豪華、后驅(qū)車。寶馬CLAR平臺、奔馳縱置車系、奧迪MLB Evo(奧迪前懸也叫“五連桿”,后面會(huì)說),早就是清一色的后五連桿。很久沒動(dòng)靜的捷豹路虎都跟上了潮流,前不久發(fā)布的新一代攬勝,也趁換代機(jī)會(huì)改用五連桿后懸。
“多連桿”是老車迷們很熟悉的詞了,但這個(gè)名字其實(shí)非常、非常、非常的寬泛且不標(biāo)準(zhǔn)。
“多”連桿嘛,多于兩or三根皆可稱“多”,至于這些桿子長什么樣、怎么排布,都沒作限定。能稱“多連桿”的懸架類型遠(yuǎn)不止一種,像五連桿就可以算其中一種“多”法。同理,所謂“三連桿”、“四連桿”,其實(shí)也是含糊而不標(biāo)準(zhǔn)的叫法(只是它們的界定范圍更窄,帶來誤解不如“多連桿”嚴(yán)重罷了)。
但五連桿(獨(dú)立式五連桿后懸架)就基本不存在誤解了,因?yàn)槲甯B桿就只能有這一種懸架形態(tài):五根連桿彼此獨(dú)立且不平行,各自連接車身端(副車架)和車輪端(轉(zhuǎn)向節(jié)),每端都有五個(gè)連接點(diǎn)(硬點(diǎn))。
右邊是簡化形態(tài),A1~A5、B1~B5代表兩端的五個(gè)硬點(diǎn)
至于原因,要回到開頭所說的,為何后懸架五根連桿封頂。歸根結(jié)底,本質(zhì)原因是我們生活的空間是三維的。長寬高三個(gè)維度(x、y、z軸),于是任何物體在三維空間內(nèi)都有3×2=6個(gè)自由度。即沿x、y、z方向上的平移(3個(gè)),和繞x、y、z軸的滾轉(zhuǎn)(3個(gè))。
會(huì)擰魔方的朋友理解起來應(yīng)該簡單一些。
大聲告訴我魔方有幾個(gè)面
一根連桿,可以限制物體的一個(gè)自由度。五根不平行的連桿,即可限制住物體的五個(gè)自由度,即物體在五個(gè)方向上的移動(dòng)受限。對于汽車后輪這就夠了,因?yàn)槲覀円舫鲆粋€(gè)自由度即z軸方向上的平移,給彈簧和減振器去允許車輪可以上下起伏。
你應(yīng)該不會(huì)希望后輪在其他方向上是自由的……
舉一反三,對于前輪懸架系統(tǒng)需要約束四個(gè)自由度,比后輪多出一個(gè)車輛z軸方向上的滾轉(zhuǎn)自由,即前輪的轉(zhuǎn)向功能。事實(shí)上這個(gè)看似被釋放的自由度,是由轉(zhuǎn)向拉桿去約束和控制的。因?yàn)檫@一點(diǎn)區(qū)別,前輪和后輪有了不同的懸架發(fā)展路徑。
不理解的話我們上圖,下面分別代表了三根、四根、五根連桿情況下,連桿系統(tǒng)對車輪的約束。其中,四根連桿釋放了上下平移、左右偏轉(zhuǎn),相當(dāng)于前輪(不含轉(zhuǎn)向拉桿)的情況;五根連桿則只允許車輪做上下平移,相當(dāng)于后輪的情況。
需要特別說明,上圖中的“三根連桿”、“四根連桿”,與汽車行業(yè)里說的“三連桿懸架”、“四連桿懸架”無任何關(guān)系。如果所謂的“三連桿懸架”像上圖中“三根連桿”這個(gè)樣子,車輪會(huì)在三個(gè)方向上自由,那這車根本沒法開。
所謂的“三連桿懸架”其實(shí)還有其他部件,才能形成對車輪在五個(gè)自由度上的約束——這也再次說明了,“三連桿”“四連桿”這種懸架名稱有多不靠譜(事實(shí)上,這些名字描述的“連桿”多不是字面意義上的連桿,而是更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)部件)。
說回五連桿,從懸架的基本功能——控制車輪自由度來看,這幾乎是最簡單、最直白的后懸架結(jié)構(gòu)了:需要約束五個(gè)自由度,每個(gè)連桿可以約束一個(gè),那么我上五根連桿,搞定。
但五連桿懸架也有一些問題,首先是總計(jì)10個(gè)連接點(diǎn)太多,乘用車就需要使用多達(dá)10個(gè)球鉸/襯套,成本不菲。五連桿的五根桿子撒開,對于后軸的空間占用不小。所以在以往燃油車時(shí)代,五連桿并不是一種占主流地位的后懸架類型,一般只用于高端車型上。
電驅(qū)好搭檔
從燃油時(shí)代到電動(dòng)時(shí)代帶來了三個(gè)改變,第一,汽車采用后驅(qū)及四驅(qū)布局比以往容易得多;第二,電動(dòng)機(jī)可以輕易實(shí)現(xiàn)大得多的功率輸出;第三,電動(dòng)車的電池容量和續(xù)航,與前后軸之間的底部空間大小息息相關(guān)。
后驅(qū)、縱置全驅(qū)布局,以往多只出現(xiàn)在BBA這類豪華品牌的中高端車型。而今,大眾MEB、現(xiàn)代E-GMP、吉利為電動(dòng)smart準(zhǔn)備的SEA-2,這類面向主流經(jīng)濟(jì)價(jià)位的電動(dòng)車平臺,都采用了后驅(qū)為主、四驅(qū)可選的驅(qū)動(dòng)布局。
為了適應(yīng)后輪電機(jī)的瞬時(shí)大扭矩輸出,它們都選擇了五連桿結(jié)構(gòu)的后懸架,而不是以往同級別燃油前驅(qū)車慣用的E型多連桿、扭力梁。
現(xiàn)代E-GMP
除了五連桿,另一種適應(yīng)大扭矩、常用于高端車的后懸架類型是H臂多連桿(integral link,也稱梯形多連桿)。此類懸架由于H臂的特殊形狀,對輪軸中央的空間限制較大,影響到后電機(jī)的布置;更需要昂貴的鋁材發(fā)揮效能,鋼制結(jié)構(gòu)則過于沉重;硬點(diǎn)分布沒有五連桿那么分散,對更大扭矩的適應(yīng)不及五連桿。
左H臂,右五連桿
前面說到的路虎新一代攬勝,后懸架就從上代的H臂多連桿,切換到了五連桿結(jié)構(gòu)。捷豹路虎車輛項(xiàng)目執(zhí)行總監(jiān)曾透露,此舉正是為了給后軸留出更多可安裝電機(jī)的空間,為2024年推出的純電版攬勝做準(zhǔn)備。
新攬勝,后五連桿為純電版電機(jī)留出了足夠空間
不過,也有一些電動(dòng)車采用了H臂多連桿后懸架。典型如特斯拉Model S/X,極氪001的SEA-1平臺也選擇了H臂而非后五連桿。
SEA
不光是動(dòng)力系統(tǒng),后懸架對于電池和續(xù)航的影響,也是五連桿在電動(dòng)時(shí)代崛起的原因之一。無論是扭力梁懸架還是E型多連桿,都需要一個(gè)向前伸出的縱臂結(jié)構(gòu)。
這根縱臂會(huì)影響到前后軸之間電池包的可用長度,可偏偏對于此類懸架而言,這根縱臂越長其性能表現(xiàn)整體上會(huì)越好。于是無論如何,電池包都會(huì)被懸架結(jié)構(gòu)“吃掉”一部分,3米軸距也許只有2.5米能放電池,續(xù)航也就無法達(dá)到同尺寸最優(yōu)。
MEB前驅(qū)構(gòu)型
最直觀的例子是大眾的MEB前驅(qū)構(gòu)型,為低成本而生,更換了后扭力梁懸架。為此后電機(jī)直接被取消,變?yōu)閮H前電機(jī)前驅(qū)、高壓系統(tǒng)在前。但是電池組也受到扭力梁前鉸接點(diǎn)的影響,長度被縮小,同等軸距下的續(xù)航上限注定會(huì)不及MEB后驅(qū)構(gòu)型。
Kona EV
當(dāng)然也不是完全沒辦法,現(xiàn)代Kona EV(非純電平臺)也使用E型多連桿后懸架,為了減少縱臂的影響,其電池包在后緣兩側(cè)“切”出了一塊缺口(上圖黃圈),使得電池包可以直接“懟”到靠近后輪軸心的位置(上圖紅色箭頭)。
不過這樣的切口依然會(huì)損失電池容量,現(xiàn)代為了增加電池,在后排座椅下方增加了一層電芯模組。不過這樣的電池層疊方式,一方面不利于電池散熱條件均等,為一致性管理增加難度;另一方面,電池貼近后橋的前提,是放棄了后電機(jī)的可能(然后現(xiàn)代就開發(fā)了E-GMP)。
豐田bZ純電平臺,紅圈為后E型多連桿縱臂,黃圈為電池包損失的空間
豐田前不久推出的首款純電平臺bZ,采用前驅(qū)為主、可上四驅(qū)、后E型多連桿懸架。為了避開后懸架縱臂,并且不影響可能的后橋電機(jī),電池包只能讓出了一塊不小的底盤區(qū)域,這使其天生就在續(xù)航里程上有些吃虧。
雙叉臂親戚
除了這些和電驅(qū)動(dòng)直接相關(guān)的因素,近年來迅速蔓延的后輪轉(zhuǎn)向技術(shù),也是后五連桿漸成主流的原因。
后五連桿懸架從結(jié)構(gòu)上來說,可以視作雙叉臂懸架的近親,其中的束角控制臂(camber link)可以視作前懸架中的轉(zhuǎn)向拉桿。于是對于后五連桿,只需為束角控制臂增加一個(gè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu),就能迅速得到后輪轉(zhuǎn)向功能,而不必對懸架結(jié)構(gòu)做太多改動(dòng)。
保時(shí)捷Panamera的后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
奧迪在MLB平臺進(jìn)化到MLB Evo時(shí),就已經(jīng)切換到了前后五連桿懸架。不過它的這個(gè)前五連桿,并非把后懸架裝到了前軸,而是一種上下叉臂均被分拆的雙叉臂前懸,奧迪將轉(zhuǎn)向拉桿也算上叫做“五連桿”。
前五連桿,注意上“叉臂”已被分成兩個(gè)連桿
可以認(rèn)為這再次說明,用連桿數(shù)量命名不靠譜。不過轉(zhuǎn)念一想,我們剛剛說過五連桿后懸架結(jié)構(gòu)上其實(shí)非常接近雙叉臂。事實(shí)上,把前雙叉臂懸架的叉臂全部分拆為單個(gè)連桿(二變四),再加上轉(zhuǎn)向拉桿為一桿,確實(shí)與五連桿貌離神合。
所以,并不是奧迪把雙叉臂喊作五連桿,而是這倆本來從原理上講就是親戚。
后面標(biāo)準(zhǔn)的后五連桿
事實(shí)上,奧迪在燃油車時(shí)代選擇前五連桿,與其全時(shí)四驅(qū)系統(tǒng)對前軸也有較大壓力有關(guān)。這種情況同樣出現(xiàn)在新時(shí)代的高性能電動(dòng)車上,于是我們看到奧迪PPE這樣的高性能電動(dòng)平臺,也繼承了同樣的前五連桿/上下拆分式雙叉臂懸架。
蔚來在ES8、ES6一直使用標(biāo)準(zhǔn)的雙叉臂前懸架,但到第二代平臺的轎車ET7,順手將前懸架改為了奧迪同款前五連桿。
至于為何拆分后的五連桿,比“原版”雙叉臂更適應(yīng)前輪強(qiáng)動(dòng)力,則與車輪幾何中的主銷外傾角和主銷偏置距有關(guān),這里不再多說。
電動(dòng)車,乃至所謂智能電動(dòng)車,最大的阻礙不是別人,而是自己(的擁護(hù)者)誤以為電子系統(tǒng)能夠搞定一切,以前的所有積累都通通一夜變雞肋。本胡這幾年已經(jīng)不止一次遇到讀者朋友質(zhì)疑,“電動(dòng)車了不需要看什么底盤懸架了”,仿佛未來的智能電動(dòng)車不用輪子長腳了似的。
事實(shí)呢,電動(dòng)化對于汽車基礎(chǔ)部分的影響不可小覷,機(jī)械基礎(chǔ)的進(jìn)步發(fā)展也從未因電動(dòng)化而停止。車身如此,轉(zhuǎn)向如此,傳動(dòng)如此,懸架同樣如此。千萬不要汽車評測口水文看多了,以為懸架二字就只代表著繞樁劈彎。它更是乘客與路面之間最重要的緩沖,是車輛動(dòng)態(tài)性能的基礎(chǔ)——如果動(dòng)態(tài)表現(xiàn)可以忽略,那這是汽車還是一頂金屬帳篷?
最后,如果你感興趣的話:主流汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門數(shù)量最多不過5個(gè)(絕大多數(shù)是4個(gè),不考慮極少數(shù)特例),是因?yàn)樗臍忾T和五氣門時(shí),氣門開口總面積占?xì)飧捉孛娣e的比重才最大(68%),理論上進(jìn)氣效率最高。無論是更少氣門還是更多氣門,這個(gè)數(shù)字都會(huì)降低,這是一個(gè)平面幾何問題。
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