懸掛-懸架-底盤
理論上來說，懸掛=suspension，底盤燈chassis，這兩個並不是一個東西，廣義上的底盤應該包括懸掛系統，剎車系統，轉向系統等，而懸架這個翻譯似乎是受副車架的影響。
早期的汽車，以及延續到現在的很多重型車輛，硬派越野車，一些復古跑車，還沿用著非承載式車身的設計。這種設計是有傳統意義上的底盤的，也就是通過鬆開塔頂和一些固定螺絲，整個車身可以和底盤分開。
而底盤有完整貫通的大梁設計，這種車型的結構強度是很高的，你甚至可以只開一個底盤。
也有一些電動，混動車型，將電池設置在前後副車架中間，組合成一個完整的車架，我也不是很懂這種道東要不要分到body on chassis裡面，應該也算吧。
現代車輛更多的是採用承載式車身的設計，如果是帶傳動軸的車型，一般會把前後副車架和傳動軸組裝在一起，形成一個類似底盤的東西
生產線上一般白車身和”底盤“部分是分開總裝的，這車身和”底盤“合體的部分叫做marriage，結婚過後就是整車總裝了，比如把各種電線管線連好，車內飾，方向盤，玻璃，等等。
如果沒有傳動軸，一般也會有一根排氣管的，都需要用工裝固定好，然後和車身結合，這個是還沒裝排氣管的樣子。
而本篇所說的懸掛，單獨指suspension這一塊內容。對一般人來說，無非是幾根杆子幾個彈簧的事，然而事實上我個人認為懸掛系統甚至比動力總成更加影響一個車的駕駛感受。而懸掛系統的設計又是最易於上手難於精通的，高端設計領域甚至會產生一些“玄學"的效應。一般用的比較多的是msc的adams car。
我本來想本期講解案例用adams car做一些圖出來，奈何這軟件即使跟著教程做個最簡單的麥佛遜都要倆小時，隨便找個懸掛受力分析仿真的教程都能有一兩百頁，所以我還是慣例網圖講解了。
幾何概念
說起來有點反直覺，普通大眾認為懸掛應該是讓汽車更舒適更柔軟，然而事實上懸掛的設計的終極目的是為了讓車輪時刻接地，並在各種工況下保持車輪定位儘可能準確，車身儘可能平行，為了實現這些目的，有一些幾何參數我們首先需要了解一些概念
外傾(Camber) :從汽車正前方看，汽車車輪的頂端向內或向外傾斜一個角度，稱為車輪的外傾。早期的老式汽車通常有較大的正的外傾角，這樣做的目的是適應當時的路面，讓車輪能夠垂直於那是中拱較大的單車道路面。而現代汽車上，前輪外傾角通常為0、或者+1度以下的角度，較小的正的前輪外傾角有助於提高車輛直線行駛的穩定性。
前束(Toe): 從汽車的正上方向下看，由輪胎的中心線與汽車的縱向軸線之間的夾角稱為前束角。輪胎中心線前端向 內收束的角度為正前束角，反之為負前束角。總前束值等於兩個車輪的前束值之和，即兩個車輪軸線之間的夾角。前束的作用 是消除車輪外傾造成的不良後果車輪外傾使前輪有向兩側張開的趨勢。
主銷（kingpin）：車輪轉向（如果他需要轉向）的旋轉軸，稱之為主銷，現在的懸掛除了整體橋，基本已經沒有實主銷了。
所以迴轉軸線並不存在於一個實際的部件上就會被稱為虛擬主銷，visual kingpin。
主銷後傾角(Kingpin caster angle) : 從汽車的側面看，主銷軸線從垂直方向向後或向前傾斜一個角度稱為主銷後傾或前傾。在縱向垂直平面內，主銷軸線與垂線之間的夾角，稱為主銷後傾角。向垂線後面傾斜的角度稱為正 後傾角，向前傾斜的角度稱為負後傾角。通常汽車行駛過程中，主銷後傾角應為正值。圖中γ就是主銷後傾角，AB稱為拖距，在拖距和車輪在轉向時受到的側向力的矢量積即為車輪迴正力矩（機械拖距，輪胎拖距另計）這種回正力矩只有在車輛行駛時才會產生。在出現側風或地面不平時，主銷後傾角的存在也會使車輛轉向系統受到影響，引起車輪和方向盤的擺動。
主銷內傾角(Kingpin inclination angle) : 從汽車的正前方看，主銷(或轉向軸線)的上端略向內傾斜的角度,稱為主銷內傾角
而視主銷內傾角的不同，會導致主銷延長線和輪胎中心線的交點有可能不在地面上，那麼這段距離就叫做主銷偏移距，主銷內傾角以及主銷偏移距存在會使車輪轉向時，產生一個抬起車身的效果，輔助低速回正，另一方面負的主銷偏移距設置可以有效平衡制動跑偏效果，提高車輛穩定性。
當然，懸掛的參數不止以上，如果大家有空可以找一個adams car做一次懸掛設計和仿真試試，參數真是多到爆。在麼有計算機輔助設計以前懸掛非常簡單也是因為計算量實在太大了，而開發一種新的懸掛形式，驗證他的K&C（Kinematics&Compliance)特性，如果沒有計算機幫助，那真是太貴了。比如用這種臺架，如果需要修改懸掛，又是一套加工費。
約束系統
以上知識懸掛的幾何參數，幾何參數決定了懸掛的”上下限"或者說可標定範圍，而實際懸掛開起來感受的不同，和避震器，膠套，角度的調教等等也有很大的關係，這裡有很多新技術的內容，下期我再講。
這期我們還是先專注於懸掛的基本構型，通過了解以上知識，讓我們先回到懸掛本身，之前說了懸掛是為了讓輪子保持接地。假如我們的輪子是一個自由的輪子，那麼他是有6個自由度的，即XYZ軸三個方向的直線運動，和XYZ軸三個方向的旋轉運動。
而我們希望輪子在保持接地的同時能儘可能的保持各種參數不變，不要內傾外傾，或者各種扭轉，這就需要我們限制（或固定）其中5個自由度，只保留輪子上下運動的自由度。（圖中屬於日本暴力改裝案例，不是故障）
因為目的很單純，所以結構也簡單，現代懸掛翻出花來也逃不出這5種設計，約束1自由度的連桿，約束2自由度的雙叉臂（a-arm，wishbone arm），麥佛遜滑管，約束3自由度的拖曳杆，約束4自由度的H臂和約束5自由度的拖曳臂。
大部分懸掛，都是基於這幾種基礎的構建，湊在一起湊夠5個自由度約束而成。需要注意的是，在前輪的懸掛，轉向拉桿也算一杆約束
總結下來，獨立類的可以分為3大類，即使用了麥佛遜滑管的麥佛遜系，使用了雙叉臂，H臂，或將雙叉臂或H臂解耦替換為連桿的多連桿系，使用了拖曳臂，拖曳杆的拖曳臂系，非獨立類有古典的整體橋門式橋等橋系，還有H臂變形而以來的扭力梁系。
懸掛分類
下面我們簡單的分別介紹一下這些懸掛的形式和特點。
整體橋和懸掛
首先說非常古典的整體橋+葉簧。這種脫胎於馬車的設計，現在還有很多車在用。也叫做霍其凱斯傳動。這應該是最最最便宜的懸掛了，連三輪車都有用這種懸掛的，不過缺點也很明顯，整體橋不允許輪距的變化，前束的變化，外傾的變化，只能平跳，簧下質量巨大，且設計時要為整體橋的位移留出空間。
然後為了提高對中性和增加一些操控穩定性，整體橋上可以增加各種連桿，比如潘哈連桿
比如增加兩拖曳杆
福特喜歡加瓦特連桿
瓦特連桿，馬自達rx7
但是杆子加的再多，也是個整體橋，輪距，前束等永遠無法發生變化
扭力梁
所以如果不是後橋驅動，乾脆就直接用一個H粱連接兩個車輪，扭轉粱（扭力梁）懸掛就誕生了。對於買菜車來說，這是一個極其優秀的懸掛方案，首先沒有副車架，成本低，然後除了兩根彈簧佔用垂直空間外，沒有零零碎碎的空間佔用，可以為後排和後備箱提供極大的空間。
但是扭力梁的問題在於粱前的兩個襯套要吃兩個方向的力，這個部件極其重要且負擔大，所以福特最先開發了一種帶瓦特連桿的扭力梁，用瓦特連桿分擔襯套一個方向的力，增加一些駕駛樂趣。
當然還可以做的更便宜，比如奔馳老a級b級，用一個拋物線型扭力梁，又省了一個襯套。要知道一個襯套可是不便宜。
扭力梁的主要問題是兩個輪子非獨立，受路面影響比較大，不過買菜車要求不要太高，正常駕駛問題不大。扭轉粱方面psa應該是非常專業的，可能要歸功於出色的變截面梁設計能力，板車懸掛做出獨立懸掛的感覺，psa這點還是值得肯定的。
甚至psa還做過基於襯套技術的後輪隨動轉向，這在之前一期曾經介紹過。
拖曳臂及變種（刀鋒臂，H臂）
拖曳臂是汽車早期採用的一種獨立懸掛方式，並且一直被改進至今，原始版本拖曳臂和羊角是死的，直接約束5個自由度，這也導致轉彎時外傾非常嚴重，比如經典的雪鐵龍2cv。
所以針對拖曳臂的改進集中在釋放自由度上，原始的拖曳臂與車架有兩個鉸接點，如果改為一個，就可以釋放2個自由度，寶馬e36就是這樣增加兩根控制臂，這種拖曳臂也可以叫做拖曳杆。（上面那張進化圖裡拖曳臂那項第二個）
那張圖裡第三個，再釋放一個拖曳臂和wheel hub的鉸接點，改為3橫臂1縱臂（不完整的拖曳杆),就成為了一種可以叫做多連桿但實際上仍然是拖曳臂的懸掛，比如雷克薩斯rx就用這種
拖曳臂再進化就是現在比較流行的刀鋒控制臂了，也叫E型多連桿，4連桿，也就是進化圖上的第四種。一個縱臂控制兩個自由度，3個橫臂控制3個自由度。
比如奧迪tt直接就叫4連桿，但是本質上應該還是基於拖曳臂改進的，不然4個連桿咋約束5個自由度呢。刀鋒臂主要問題是橫杆和縱臂都有約束XZ面輪心運動的功能，輪心前後位移明顯，X向的衝擊也有部分會直接通過縱臂傳到車身上，NVH也會受此影響；刀鋒臂還會扭轉，對操穩有影響，後續演進成H臂來解決這一問題。
所以後來會產生一種H臂約束的系統，因為一個H臂會約束4個自由度，所以只用在後輪上，加一個控制桿組成。
不過H臂輪距變化比較大，內外傾控制不好，再加上H臂體積大一般要用鋁合金，所以高端跑車喜歡使用這種設計的改進型，比如寶馬
這個後橋的H臂斷開一腳用活動導杆連接或用大襯套釋放一個自由度+2個連桿約束2個自由度
老a8的後懸掛，保留的外傾控制，輪胎和地面接觸佳，操穩極限性能好，沒有刀鋒臂的缺點，輪心不會在上下跳的時候前後位移很多，同時相對雙叉臂來說可以省一些乘員艙空間。缺點是這種佈置H臂的前襯套如合佈置，非常講究。
法拉利也喜歡採用這種設計，不過法拉利應該是處於懸掛系統強度的考慮。
雙叉臂及其變種（5連桿)
與拖曳臂差不多時候出現的另一種懸掛形式是雙叉臂，因為A臂形狀像雞骨頭，所以老外也叫wishbone型，兩個a臂各約束2個自由度，如果放在前輪的話轉向拉桿再約束一個，如果放在後輪就加一根前束杆約束一個自由度即可。如果需要後輪轉向，那麼把後輪的前束杆換成分體轉向機即可。
雙叉臂的運動軌跡非常簡單，控制性也很好，而且轉向拉桿佈置自由，減震方面推杆拉桿也都可以佈置，但是上A臂還是比較佔空間的，再加上對a臂強度要求，球鉸和襯套多，現在一般豪華一點的車才會用雙叉臂。如果將上球鉸點延申到高位，就是之前我們看到的演進圖中的第一個變化高位雙叉，這種佈置稍微省一點空間。
正如上面的懸掛可以拆一樣，雙叉臂也可以拆分，如果我們把下a臂拆開成兩根控制臂，那麼就得到了第一種3球鉸雙叉臂，一些性能跑車把它用在後輪。因為傳統雙叉臂沒有虛擬主銷，將下臂替換後提供了一些調整的空間
奔馳寶馬的一些豪華車型也將這種結構放在前輪，提供更好的抗點頭特性，而且平臺化非常方便，壞了也不用大換零件，壞哪根換哪根。目前最高級的雙叉臂應該就是這種了
那麼有人要問了，為啥沒人拆上A臂呢？也是有的，拆上A臂一般都在運動型車的前輪，和運動型車拆後輪的下A臂比較類似，
拆後輪上A臂的似乎很少見，我搜了搜好像就找到一個奧迪這個電動概念車。可能是為了帶後輪轉向，前後懸掛零件通用，所以搞了這麼個奇怪的設計。
那麼如果上面和下面的a臂都解耦會怎樣呢？恭喜你，這就是5連桿了，可以說是懸掛系統皇冠上的明珠了，全虛主銷，各種可調，一個動全跟著動，因為設計難度實在是高
前輪基本只有高端豪華車才會用，比如a8
放在後輪上的車倒是不少，不過5連桿襯套多，球鉸多，連特斯拉都因為太貴把連桿換成了鋼的。
而且5連桿一旦動起來，輪距和軸距都會跟著有變化，不光設計困難，調教也很困難。
即使現在有仿真軟件，也需要經驗老道的設計師，畢竟光能實現懸掛功能還不行，空間佔用也是個大問題，倆部門為了2公分空間打起來也是常有的事
麥佛遜及其變種
麥佛遜懸掛發展至今大致可以分為5種，傳統麥佛遜，下臂解耦麥佛遜，福特的revok，下襬臂改為平行連桿的麥佛遜，和低位避震麥佛遜。關於麥佛遜的傳奇下篇文章我們再講，這裡先說一下麥佛遜，麥佛遜是懸掛輕量化的一個重大進步，可以看作用一個麥佛遜滑柱替代雙叉臂的上A臂，再加一根連桿或者轉向拉桿就可以約束5個自由度了。
麥佛遜的有點非常明顯，就是省地方，侵佔橫向的空間十分小，非常好佈置，艙體內可以省下大量空間，適合緊湊型車型.另外下襬臂可以用衝壓鋼板，避震彈簧一體，只有兩個襯套，非常便宜。當然缺點也是有的，比如下襬臂受力複雜，上塔頂橫向力大需要加橫把等。
第一種變種下襬臂解耦，最常見的比如e90寶馬3系（寶馬喜歡叫雙樞軸），奔馳C/E級（三連桿),寶馬的一根控制臂喜歡扭成大腸型來繞轉向拉桿也是很有特色的，這種麥佛遜因為下襬臂解耦，抗點頭性能提高，而且半虛主銷，輪外傾可略微調整，缺點就是兩個下襬臂要開兩個模，一般要用鋁合金，多了兩個球鉸，貴。
福特的revok，通過內移轉向軸，降低了扭矩效應，這是一種注重性能，重視簧下質量的麥佛遜，大部分部件一般都會用鋁製，而且轉向節分體成兩個了，多了球鉸，還多了一根抗扭杆，成本很高，鋼炮必備，比如福克斯st等。
下襬臂改為平行連桿，一般常見於後輪，不過這種到底算不算麥佛遜還是有點爭議，有人把它歸到多連桿裡一般叫做筷子3連桿，不過我覺得用了麥佛遜滑柱了，算麥佛遜也沒毛病，比如老凱美瑞的這種。
這種後懸槓桿比很高，設計簡單成本低，不過輪外傾在輪心上跳時的補償不夠，縱臂會吸收一些震動傳導到車身上，nvh會差一些。豐田還是比較喜歡這種設計的，比如老celica
保時捷的老boxter和老Cayman也是用的這種後懸掛。跑車上會優化一些簧下質量，不過保時捷可能是因為發動機後置，所以才這樣佈置，畢竟麥佛遜省了很多橫向空間。
最後一種避震柱下探的麥佛遜，多用於跑車上，適應低矮的車身，比如911
高級一點的gt2rs也沒用雙叉臂，也是這種麥佛遜，因為不用布傳動軸，其實這個前輪懸掛相當於前驅車的後輪，因為跑車不用考慮舒適性問題，所以抗點頭也不用太在意，這個分體下襬臂主要還是為了在不改變彈簧剛度的情況下進行調整。
gt3也是這樣，當然這種前懸還是隻能後驅車用，因為避震底座太低了所以下襬臂一般都是一根連在另一根上，所以對材料，襯套要求很高，而且無形中又多了兩個襯套，貴。
以上就是常見懸掛類型的總結了，下一期我將介紹一下懸掛系統的發展史，麥佛遜的發明史，和先進懸掛系統的介紹。
不過通過這一期的介紹，相信大家也能明白懸掛（或者說底盤）調教是一個多麼麻煩的事情，參數多不說還牽一髮而動全身，想調成單一取向（運動，舒適，競技等)不算很難，想要調整的均衡就需要功力了，而調整還要基於優良設計的基礎，這也不難理解為什麼很多國產車還在用二三十年前的老地盤了
閱讀更多 救世聖母程心 的文章
