汽車內褲里的秘密-懸架俗解（1）

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以後若干期會推出汽車技術的通俗化解釋，這些技術包括主流發動機、變速箱、車身、懸架、碰撞安全、四驅、重要電子設備等等，本篇文章為第一篇，從最基礎的懸架開始把市面主流的懸架技術捋一遍，看看他們的有什麼不同。

之所以選擇懸架作為技術文章的起點，主要是因為懸架這個東西很奇特，奇特在即使你完全不具備專業知識，你自己仍舊可以造出一副懸架來，只是效果好壞的問題，但是如果是其他的技術，比如發動機或變速箱什麼的，沒有專業知識造出來的可能完全無法運行。

在弄清懸架之前，首先要建立一個基本的概念，這個基本概念與我們日常對汽車的認識完全相反，通常情況下，完全不具備汽車系統知識的人會把汽車當成一個整體來看待，但在實際運行中並不是這樣，事實上汽車可以看作是一個由車體（包括車身、座椅、儀錶、方向盤、乘員）和底盤（包括車輪、轉向和制動附件）組成的兩套系統，整車運動其實是底盤挾持著車體完成的，沒錯，不是底盤跟車體商量著「你配合我一下，咱們一起跑好不好」，而是底盤直接挾持車體一起跑。

為了讓大家明白這個概念，我們舉一個穿越的例子來說明：現在請你閉上眼睛，設想一下你穿越成了二師兄，對，就是大家常說的這位二師兄。

穿越的時間是在大師兄因為三打白骨精被驅逐之後，你們在一路向西的過程中又碰到了大麻煩，三藏再次落入吃貨的手裡，你必須去請大師兄出山幫忙。到了花果山大師兄的一群小猴子們卻不認識你，你們一場混戰，最後小猴子們用迷藥搞定了你，並把你舉起來去見他們家大王。

假如舉你的小猴子恰好有四隻，而且這四隻猴子長相和身材一模一樣，這樣你和四隻猴子就變成了一個模擬的汽車，這個模擬的汽車由兩個大的系統構成，一個系統是二師兄的龐大身軀，身體裡面裝了什麼不用管，而且二師兄是脖子僵硬四肢併攏的，只能被小猴子調戲而沒有權利調戲小猴子，這其實就是一個車體的真實狀態，另一個系統是四隻小猴子組成的底盤，他們可以幫助你移動，也可以調戲你，但是這四隻猴子也並不輕鬆，他們要保證你的身體盡量保持平直的抬走。好了，現在我們要看看猴子們的操作方式會對你產生什麼樣的影響。

第一種情況：假如由兩隻猴子舉起你的頭部，另外兩隻猴子舉起你的腳部，結果你肥大的身軀可能從中間掉下來，或者去水簾洞的路彎道太多，兩邊都是石壁，這樣抬著根本沒法拐彎。這時，前兩個猴子到後兩個猴子的距離太長，屬於長軸距的問題。所以，大車有大車的好處，也有大車的劣勢，你如果真的需要一輛大車，考慮你經常走的路適不適合。

第二種情況：假如前兩隻猴子舉著你的頭，後兩隻猴子舉著你的腰，你肥大的屁股會從後邊掉下來，同時由於前邊太輕，後兩隻猴子可能跟不上前兩隻猴子的步伐，這就是短軸距和前後配重不合理的問題，二師兄這個車體只能拖在地上前進。

第三種情況：假如前兩隻猴子舉著你的腰，後兩隻猴子舉著你的腳，你的頭部可能會受不住塌下來，就算能行走，前面兩隻猴子剎車的話，後面的猴子仍然會往前懟，你可能會跌成一個豬拱泥的姿勢，這個也是前後配重的問題，前兩隻猴子是兩個前輪，後兩隻猴子是後輪。

所以車輛的軸負荷實際非常影響車輛的性能，不但影響車輛的性能，還會影響車輛的壽命，前軸負荷太重的一定會加重懸架的負擔，如果前懸架是麥弗遜式的（就是常見的那種），而麥弗遜式的懸架本來就是不耐用的結構，如果恰好你又喜歡閃電制動，制動的推頭更加加重懸架的負擔，另外不同的軸負荷對於前後輪胎的胎壓要求不同，這也會對輪胎使用造成影響。

第四種情況：假如前兩隻猴子分別舉著你的兩個肩膀，後兩隻猴子分別舉著你的兩個屁股，這樣既可以托住你的身體，不會出現推土或者拖地模式，前後四隻猴子需要使用的力氣也差不多，這樣最方便移動。不過這四種情況跟我們要說的懸架還沒攀上關係，好了，四隻猴子的位置確定了，我們換個角度鑽到二師兄的身體下面，再來看猴子們舉你的方式對你會產生什麼影響。

第一種變化：只頂著無固定。如果四隻小猴子只用頭頂著你前進，這時猴子的頭頂和二師兄的身體沒有任何固定，那麼猴子們必須要小心翼翼的往前走，稍不注意二師兄就會滑下來，這樣哪能順利抬上山呢，只要稍微有一點坡度，豬身就會滑下來，所以不靠譜！

這種情況其實相當於在車子底下只安裝四根彈簧，猴子們可以通過伸縮脖子或者腿部來緩解行走造成的顛簸，除了增加了二師兄的舒適度外，基本沒有什麼用處，既不能轉彎，也不能上下坡，加速和制動都會引起豬身的脫落。

彈簧這個東西，地球人都知道，它的最大特性就是只會反覆伸縮，如果被拉長或壓縮，彈簧很難通過自身的特性恢復原狀，只能反覆地跳，這樣用在車上不合適，比如你壓到一塊石頭上，車子就得跳半天，就算有人認為這個模式適合車震，但是震著震著車子就塌了恐怕也不合適！

實際的彈簧元件彈性係數很大，普通人的兩隻手臂是無法有效壓縮的，強調這個是不要誤以為汽車懸架的彈簧用兩隻手指就能捏著玩，但是當有近千公斤的車體壓在上面的時候，這種壓縮還是有的，尤其是當彈性係數偏小的時候，這也是有些車塌屁股的主要原因，過於頻繁的載重造成了彈簧的失效連帶著引起整個懸架系統的塌陷。

第二種變化：不但頂著，而且固定。如果把猴子們的腦袋全都楔到二師兄的身體里，並且通過螺栓固定起來，這樣就會牢固多了，我們先別管猴子們會不會疼，這樣不僅能夠加速和停止，也能夠應付一定的上下坡問題，相對就會穩定很多。

在實際的汽車中，這樣相當於不僅安裝了彈簧，還附帶了一個固定的減震器，在實際的汽車中彈簧只能起到上下方向的支撐，而減震器還可以前後左右移動的支撐，同時提供對車體的控制力，另一方面，彈簧的作用是緩衝，但彈簧本身會反覆伸縮，減震器是把彈簧的反覆伸縮的勢能逐漸快速消耗掉，這樣彈簧就會逐漸恢復成正常的工作狀態，否則車身就會一直跳個不停。

實際的車體重量就是靠著減震器和車身的剛性連接來支撐的，不過問題在於，對車輛的橫向受力減震器的在控制精度上和力度上是有限的，所以車子還是會前後左右晃，如果晃動得太大，很容易把減震器撅折。

為了應對這種問題，強化減震器對車體在橫向力量上的控制，通常每個減震器是通過3-4個螺栓固定在車身上的，這樣全車的車體就會有12隻-16隻螺栓與減震器固定，在有些車席上，我們在引擎艙的避震塔上可以明顯的看到這些螺栓的存在，通過這樣的方式晃動就會好很多！

但僅僅這樣，對前後左右的晃動控制仍然是有限的，而且反覆的晃動會造成螺栓和車體的損傷，這也是為啥有些車體自然鏽蝕解體的地方總是從避震塔周圍開始的原因。

第三種變化：一隻手固定。由於四隻小猴子的工作效率太低，老猴子們實在看不下去了，只好另外選了四個能幹的猴子出來，這次他們吸收了前四隻猴子的優秀經驗，不但把頭固定在了豬身上，同時又用一隻手抓住豬的身體，這樣以來二師兄就牢固多了，走的也更快更穩了！

聰明的猴子們很容易就解決了這個問題，根據天朝史書《西遊記》記載，豬八戒去花果山請救兵是為了救唐僧，那麼由此推斷他們解決問題的時間大約是在唐王朝的初期，而汽車圈子解決這個問題是一直到1930年代才搞定，是由雪佛蘭汽車的一個叫麥弗遜（Macphersan）的工程師設計出來的，所以也叫做麥弗遜式懸架，體現在實際的車子上就是在四個車輪上各加上一根杆子與車身連接起來，杆子的兩頭可以靈活轉動，這樣既能應對上下晃動，還可以加強對車身橫向力道（前後左右）的控制。

不過這樣也有一個缺點，就是這些杆子與車身連接的地方老是會震動，而且嘎吱嘎吱的響，會讓乘客覺得下面老是有很多猴子想撓他們的屁股！為了解決這個感覺撓屁股的問題，於是又在車下加了一層鋼製的墊子，把杆子固定在墊子上，把墊子固定在車身上，這樣杆子的震動就會直接傳到墊子上，再傳到車身上震動就小了很多，這個墊子就是傳說的副車架。

事實上你會發現，這種在底下加杆子的方式相當於在輪轂上長了一隻胳膊抓住了副車架，通過這隻胳膊來控制副車架進而控制車身，當車輪左轉時，左邊的胳膊可以拉著車身往左轉，右邊的胳膊可以推著車身往左轉，右轉時左邊的胳膊可以推著車身往右轉，右邊的胳膊可以拉著車身往右轉，這就是我們在上面所說的挾持運動。

到這裡你還會覺得懸架有任何神奇之處嗎？這個胳膊連同後面要說的各種連桿統稱為Arm，啥叫Arm呢，在汽車英文里Arm就是胳膊的意思，只是翻譯的時候文言化了，叫做臂，上圖的這隻胳膊就叫下控制臂，我們也把這玩意叫做「麥弗遜之手」，操控操控，就是相當於有很多隻手在底下控制車體，正是因為這個原因，所以我們把神話操控的一切言行都視為神經病。

麥弗遜之手是一項偉大的發明，從此使汽車操控變成了一項簡單易行的工程，這也是通用汽車的貢獻，如果我們把上圖的手臂換成杆子，就是下面這種情況，實際上這就是麥弗遜式懸架的基本原理圖。

但是一根桿只能有限控制橫向的力量，如果再多出一根手臂來，不但能夠控制橫向的力量，還可以控制有些歪斜的力量，把這兩根手臂換成兩根桿，就變成了下面的模式。

可是兩根桿的活動自由度太大，不好定位，在兩根桿之間連上一根固定桿，就變成了一個三腳架，通常說的三角穩定性在這裡就體現了出來，不僅使兩根桿更牢固，也方便定位和安裝。

如果我們不要杆子，直接把兩個車輪用一根軸連起來，也是可以的，這種方式就是梁式結構的懸架，在麥弗遜式懸架發明之前，一直都是這種類型的（包括前懸架），我們現在所說的扭力梁、拖曳臂等都是在這種梁式懸架基礎上發展而來的，也就是常說的「板車懸架」。

梁式懸架有一個非常明顯的缺點：一處歪，處處歪！當一個車輪壓在石頭上或馬路牙子上面的時候，初期的過程並不會把車子頂起來，因為彈簧和減震器可以壓縮的，這時的車仍舊是可以保持平衡的，這一點也是和我們日常的直覺不一樣的地方，記住：車體永遠都在保持固有的運動姿態，直到有外力（懸架的控制力）改變這種狀態為止。但是當石頭太大或者這個馬路牙子太長的時候，彈簧和減震器的壓縮就會釋放，釋放以後就會把車子頂起來，這時整個車都是歪的，裡面的人當然也前仰後合，像下圖這個樣子。

如果是在高速彎道上，由於較大的高速離心力的作用，會使整個車的重量向彎道外側偏移，由於梁式懸架的輪胎和地面近似垂直（實際上有很小的偏角），這時不但內側的輪胎會離地，外側輪胎的內側也會脫離地面，一旦輪胎脫離地面（相當於腳離開地面），車子沒有輪胎的抓地，就可能處於失控的狀態。

但是麥弗遜式懸架卻可以在障礙物不太大的情況下一處歪，但整車卻能保持水平狀態，因為麥弗遜式懸架的每一個懸架支撐機構是相互獨立的，下面的桿可以在一定角度內轉動以適應受壓車輪的傾斜，從而最大限度的保證輪胎充分接觸地面，所以獨立懸架對於操控的影響是兩方面的，一是提供更多方向的對車體的控制力，二是為保證輪胎最大限度的抓地，但梁式懸架在這兩個方面的先天能力不足。

為了防止左右獨立懸架相互跳動時錯位的厲害，所以通常會在左右減震器上連接上一根扭桿彈簧來限制它們過大的相對跳動，這根扭桿彈簧就叫做橫向穩定桿（下圖紅色示意），它實際上是一根像蛇一樣的鋼棍，但是是有彈性的，所以叫做扭桿彈簧，後面我們會看到實物。

1-麥弗遜式懸架

費了這麼多口水，我們終於可以得到一個真正的麥弗遜式懸架了，下圖是兩種不同形式的麥弗遜式懸架的拼接圖，左邊的是一種，右邊的是另一種，只是在這個圖裡把它們拼在了一起，實際的車上當然不會是這個樣子，可以近似的把它們看作左右對稱的結構。

圖中粉色的是下控制臂，也就是上面說的三腳架結構（這張平視圖看不出來），左邊和右邊的差異主要在於左邊深綠色減震器和支架向下延伸到了下控制臂上，這種形式一般用在中大型車上，因為中大型車需要承受更大的重量，而右邊則沒有，主要用在小型車上，這個道理很簡單吧。

頂部紅色的部分就是上面所說的減震器和車身固定的位置，黃色的螺旋是彈簧，藍色的是固定在車輪輪轂上的羊角架（因為伸出來像羊角所以叫羊角架），通常用來安裝減震器、連桿、控制臂等，根據減震布局和連桿控制臂的不同，羊角的數量會有不同，淺藍色的長蛇形狀的杆子是橫向穩定桿，與下控制臂連接的亮綠色整體則是副車架。在這個系統里濾震分為七個級別來處理的：

通過輪胎的小變形吸收路面的細小的不規則震動。
通過輪胎的相對較大變形吸收小石子類的東西造成的較大震動。
通過控制臂的襯套和襯墊（通常採用橡膠或液壓）隔絕對副車架的震動和衝擊。
通過副車架消化控制臂隔絕不了的震動和衝擊。
通過彈簧和減震器主要應對地面較大的起伏。
通過左右獨立的懸架來應對地面起伏造成的整車的抬升（相對於非獨立懸架）。
通過橫向穩定桿來應對左右獨立懸架相對離譜的跳動。

基於這7個級別的處理可以看到，麥弗遜式懸架天生是為舒適性而生的，雖然能夠進行橫向力的控制，但是控制點相對較少，由於麥弗遜式懸架的車體與減振器連接的地方（俗稱避震塔）由於長期受力，如果車身鋼板質量較差，或者漆面質量較低又被雨水或洗車水侵蝕，很容易導致減震器和車身的連接點出現鏽蝕問題，所以有些車會在這種固定位置加上防水蓋，同時這也是車體鋼板比較厚實的地方，如果有人要用手按壓這裡的鋼板，我保證他按不動。

由於減震器本身受力大且裡面是液壓油，車子行走和跳動過程中會反覆擠壓這些油，所以漏油也就成為麥弗遜式懸架減震器的一種常見現象，同時你也可以看到，由於下控制臂和羊角架的連接一般都很簡單，連接的受力點很多時候不在於控制臂的強度，而在於連接的球頭和襯套的強度，所以大凡斷軸的車子，多數都是出現在麥弗遜式組合上。

漏油和鏽蝕是大概率事件，而斷軸是小概率事件，所以如果車身鋼板本身差，洗車時也比較隨意，鏽蝕是早晚的事，如果車主的駕駛習慣比較粗放，斷軸也會成為必然事件，所以減震器的質量和懸架控制臂的結構設計，尤其是控制臂或連桿的連接襯套設計是很重要的問題。當我們開車騎在馬路牙子上的時候，這時基本都是橫向力在折磨懸架系統，尤其是球頭是球頭連接點的位置，所以麥弗遜式懸架避免斷軸的正解是遠離這種是非之地，一次也許沒什麼，就怕溫水煮青蛙，到了最後一塊小磚頭都會弄斷車腿。

雖然麥弗遜式懸架有諸多缺點，但它也有一個很大的優勢，麥弗遜式懸架被大量應用的唯一好處是整個懸架體積小，可以節省車內的空間，這對於大號的發動機來說尤其重要，以前很老的一款帕薩特（B5）由於前懸架採用的多連桿式結構，而大眾車在早期的車系橫向空間也偏小，結果佔用了機艙的空間導致發動機無法橫放，只能縱置。

麥弗遜式懸架的三腳架結構實際通常會設計成具有一定弧度的形式，這樣做的目的是從實際製造工藝、重量、控制力和成本的處理等不同角度獲得一個平衡的結果（下圖紅色標註部分），從這張圖裡你可以看到這個三腳架結構實際上也是一個叉臂，所以麥弗遜式懸架也可以叫做單叉臂式懸架，明白這點和以後介紹的雙叉臂式懸架可以做比較。

副車架的作用不僅僅是隔絕振動，還可以加強車體的剛性（你可以把它理解為在車身上打了一個加強的補丁），它也可以設計成不同的形式，如果與車身的實際骨架相配合，也可以在碰撞安全中起到作用。在實際的副車架中，為了減少振動和噪音，還會把杆子的兩頭加上橡膠的襯套，這樣響聲也可以消除，下圖標色的是一種副車架！

減震器、彈簧、副車架、控制桿（臂）、控制桿連接襯套、扭桿彈簧這個就是麥弗遜式懸架的家庭組合，但這並不是一個完整的避震系統，如果再加上輪胎，就構成了完整的避震系統。這篇文章費了很多口舌講基本的控制原理，尤其是手臂部分，明白這個，下面一系列的懸架就非常容易解釋了！