麥花臣與雙搖臂
懸掛世界兩巨頭

Posted 17/11/21

經過上兩期的熱身後,是時候闖入當今懸掛世界的兩大流行設計了。

WORDS:龍慶祥

上期我們談到semi-trailing arm雄霸後驅車後懸掛幾十年,近年它被更複雜、重量更輕和對車輪角度控制更好的雙搖臂和多連桿取代,它們為何有此能耐?先說雙搖臂(double wishbone arm),wishbone即鳥類的胸骨,呈A字型,古代歐洲人以折斷它看長短紋理占卜吉凶(有點像中國的甲骨文起源),故稱wishbone。這種懸掛的中文譯名有很多,例如雙願骨、不等長雙A臂等等。將搖臂做成wishbone形,用兩根搖臂的端點分別連着輪轂支架的上方和下方,另外兩端接着車身,它的優點是輕巧之餘,並能提供足夠的固定強度,上臂通常比下臂短,車輪往上活動時上搖臂的搖擺半徑短,因此橫向移位較下搖臂多做成負傾角,抵銷了車身rolling,令車胎跟地面盡量保持垂直,只要透過調整上下搖臂的長度可以得出理想的傾側角度。它的操控性很好,硬要找它的缺點,就是佔用較多空間,成本較高,用舊了保養維修的零件較多。

多連桿懸掛是在這個基礎下進一步發展出來,利用四至五條甚至更多的連桿,能更精準地控制車輪上下活動的傾角(camber)和束角(toe),連桿也可以做得更幼更輕,通常多連桿懸掛都有一個副車架,以方便連接角度複雜的連桿,當今高性能汽車後懸掛均採用這種設計。

Mercedes-AMG GT後軸的雙願骨,上骨短、下骨長是這類懸掛的關鍵。

多連桿式很少出現於前懸掛,由於它要同時負責轉向,不能提供足夠空間給複雜的懸掛系統。至於上期介紹的semi-trailing arm工作時對車輪的camber和toe干擾較大,影響轉向,而且沒地方安置轉向軸(steering axis),因此也不適合。雙搖臂是適合用於前懸掛的,因為上下兩根搖臂跟轉向關節(steering knuckle)的兩個聯接點連線可視作轉向軸。

零件成本和空間對車迷來說是小事,但對汽車工程師來說卻是頭等大事,1945年工程師麥花臣MacPherson設計了一種名為橫向連桿和支柱(transverse link and strut)的懸掛系統,成本和實用性均表現出色,這設計的前輪轉向關節(steering knuckle)下方連接着一根橫向搖臂,搖臂通常呈三角或A字型,本地車房稱之為下雞髀。它活動起來有如上一期說的swing arm,不同之處是轉向關節的上方連着一根可伸縮支柱,支柱通常跟彈簧和避震器結合在一起,支柱最上端固定在車身,固定點上有彈性物料容許支柱輕微擺動。支柱中間有一個軸承,轉向時支柱跟轉向關節一起轉,軸承的中心點和下搖臂末端的ball joint中心點相連起來的虛線就是這車的轉向軸(steering axis)。沒改裝過的麥花臣懸掛,靜態時搖臂向車輪方向稍為下垂,拐彎時車身向外傾側,外邊車輪往上升,相連搖臂先向外伸展將轉向關節下方推出產生負傾角,有利抓地力。但當車身進一步傾側,搖臂再往上升過了水平線後反而會把轉向關節拉回來,傾角由負變回正加上車身傾側,車胎跟地面接觸減少,操控性因而下降。由此可見,以控制性來看麥花臣是比不上雙搖臂的,但它簡單、便宜、耐用、不佔空間又方便設置轉向機構,這麼多優點加起來令它成為汽車工程師的寵兒。麥花臣懸掛面世已七十幾年,至今仍然是前獨立懸掛常用的設計,事實上目前懸掛最流行的設計只有兩種,就是麥花臣跟雙搖臂。

追求性能的自然會傾向用雙搖臂,但雙搖臂在成本和空間沒有優勢,性能和實用性之間的考慮往往令工程師很為難。本田 Civic就是個典型的例子,EF、EG、EK的雙搖臂至今仍為世人津津樂道,但從EP起的Civic卻用回麥花臣,孩子第一次開FK8的時候一臉狐疑,他問我:「老竇,你不是說Type R的車頭、軚盤和儀錶台都很低的嗎?點解FK8咁高嘅?」我不知怎回答,因為我腦海裏面Type R還是EK。麥花臣式懸掛的支柱要有一定長度才能形成適當的懸掛幾何,因此車頭不會太矮,我跟孩子說:「沒辦法啦,Type R能賣多少部?普通版才是bread and butter呀!」

最後給讀者一條問題,答得出就證明讀閣下讀懂了本文,問題是:為何傳統日式客貨van,例如Hiace 200系、日產Urvan的前懸掛都不採用簡單可靠的麥花臣而是用複雜的雙搖臂?答案下期揭曉。

原文來自《TopGear極速誌》 2021年6月 第153期