越野车后悬架的结构形式目前常用的大概是三种,就是四连杆,五连杆和瓦特连杆,其中应用最多的是五连杆儿;主流的越野车后悬架都是五连杆的设计,包括国内最常见的像陆巡,途乐,三菱,日产、五十铃、Jeep、自主品牌的长城等等,都是这样。四连杆分为两种,一种单上支臂+直推杆,但是已经很少见,常见的四连杆都是上支臂三角设计的,这种结构的优点和缺点都很明显,所以民用车上应用的不多。
瓦特连杆国内能见到的主要是应用在福特系的车型上,也有其它品牌的部分轿车在应用;瓦特连杆在国内应用不多的原因除了结构特性之外,还有所谓的专利问题,关于这个网上可以查到的各种衍生形式的瓦特连杆专利很多,应用环境差异也很大,有兴趣大家可以自己查一下。
瓦特连杆的特性在某种程度上更适合于用在对悬架行程小的家用轿车或者运动型轿车上,因为小型客车对于操控性的要求更高,瓦特连杆可以很好的解决别的悬架形式造成车辆轮距、轴距、倾角产生的变化,这对于改善车辆的操控性有很大的帮助。
瓦特连杆儿的特性和四连杆很像;它的构造可以让车桥在上下行程动作时(理论上)不会发生横移,但瓦特连杆的问题在于它需要在大行程和占用车架空间二者之间做选择,因为它要想行程大就需要小连杆也变长,而小连杆变长会产生两个问题,一是影响车间内空间;瓦特连杆的安装位置通常在后桥牙包尽量靠上的位置,连杆长度和牙包直径差不多;而中大型民用车的牙包直径通常在 7-8 吋,只有途乐用到 9 吋这种级别;这种特征会导致小连杆的长度极为有限,这必然限制它的上下行程,尤其是绝对行程。
瓦特连杆如果为了增大行程就得拉长小连杆的长度,那至少会造成两个问题;一个是过长的小连杆容易剐蹭地面障碍物造成损伤,另一个是小连杆向上端摆动时的幅度会过大,造成车架上部空间受影响,这个主要是会造成车壳、油箱和其它部分的设计被局限,造成车架上纵置油箱和其它装备的摆放问题,所以瓦特连杆的应用在这方面受限。
为了避开连杆摆动的问题有些瓦特连杆设计成横向摆动,但仍然带来同样的车架空间占用问题,这也是为什么说瓦特连杆更适合小行程的车辆使用。另外加上为了保证连杆的耐用性,瓦特连杆的球头都比较大,粗大的球头造成小连杆的行程半径进一步缩短,这更加造成它的行程受影响。
四连杆悬架和瓦特连杆也有同样的特质;但四连杆的优点是结构更简单,比瓦特连杆少了三根杆,并且可以轻松的做到特别大的行程,做同样的大行程时瓦特连杆就很费劲;但四连杆的问题和瓦特连杆一样,都是在大行程时因为上支臂的运动对车架空间产生影响,尤其是标准的四连杆上支臂长度往往很夸张,支臂本身的强度和连接点强度要求也很高,对于民用车的整体布局很不友好,成本也会高很多,因此在民用车上很少应用,即便用了也会用各种变体结构来改善车架内的空间,比如路虎卫士就用一个倒三角臂来充做四连杆的上支臂。
四连杆的另一个问题在于它天生会带来过大的悬架行程,对于民用车来说,过大的行程并不是好事,这会带来车辆整体稳定性难以控制的问题,最终的结果就是车辆的姿态不好控制,过弯时侧倾过大,很容易造成安全性问题,厂商需要用成本很高的减震器和平衡杆来解决,对于制造商来说这是极不不划算的。
所以四连杆和瓦特连杆在同样属性的情况下,要求更大的悬架动行程时一般都选择四连杆,比如各类越野拉力赛的赛车,最典型的就是 Baja 的奖杯卡车,Baja 的卡车组后悬架行程通常都要七八百毫米以上,这种超长距离的行程之下如果做成瓦特连杆的结构,那赛车后面就太复杂,强度也会是问题,所以四连杆才是更高强度环境应用的首选。至于空间问题在赛车上很容易解决,因为赛车的后排基本都是空的,油箱在第二层车架之上,就算行程特别大也不会对车辆结构产生影响。
四连杆和瓦特连杆的优点在于它的悬架在做上下运动的时候,车桥的运动轨迹会保持垂直,理论上不会产生车桥横移的的问题。这对于保持车辆高速(越野)时的稳定性非常重要;而五连杆悬架在做同样大行程运动的时候,车桥会产生明显的横摆问题,这在高速越野时车内会感觉到后桥有明显摆动,尤其是前后硬桥的车型感觉更明显,想想你坐LC80、途乐 Y60、Y61 的时候是不是有这种感觉?
因为只要是用了(横)止推杆结构的硬桥悬架,无论是几连杆都会产生同样的问题,高速越野的情况下前后桥在极短的时间内会产生同样的问题,并且带来明显的车辆不稳定状态,摆动频率越高这种状态越明显,这同时还会带来舒适性的问题,坐在车里总是会感觉人在摇晃肯定不会舒服的。所以之前国内的越野赛车,尤其是以途乐为底盘改装的赛车,几乎全部改成了后桥四连杆的悬架,用三角形上支臂的形式解决了车桥横摆与悬架行程的问题。
但为什么民用车都是用的五连杆悬架呢?
因为5连杆悬架最大的优势在于它的空间利用率特别高,四纵一横的结构使它可以依照每个车的特性随意的方便设置,止推杆的位置通常在后桥上下的空间,既足够长又能够有效避开其它结构。所以即便它有大行程时车桥横摆的问题也无所谓;因为民用车的越野强度不可能太高,所以五连杆悬架仍然广为应用。和悬架行程对比来说,民用车更看重的是整体空间的利用率,离开这个前提民用车就没有生命力。所以五连杆的性能不突出但结构紧凑就成为它应用最广泛的原因。
汽车设计是一个系统工程;通常来说单个结构往往看起来很完美,但把它嵌入一个系统工程时,它对于其它架构的影响并不一定像它本身那样看起来美好,搞不好反倒会成为最短的那根木板,甚至是完全不能接受的;这和汽车的改装也是一个道理,就像切诺基的前悬架是冲压铁皮一样,看起来很脆弱,很容易损坏,但当你聪明的把它变成结实的钢管之后,开不了多久就会发现车的很多地方都会出问题,然后就是越改越多的问题不断出现,直到最后被打回原形。