第4代丰田普锐斯的拆解调研(中)

改变普锐斯行驶的新平台TNGA/底盘及气动性能技术的升级

2016/03/11

概 要

TNGA
TNGA平台 资料:丰田汽车
トヨタプリウス

  继上篇报告《第4代普锐斯的拆解调研(上)对高效小型轻量化动力总成系统升级,实现40km/L的燃效》之后,本报告将继续介绍2016年1月日本广岛县产业振兴机构作为标杆活动实施的新款普锐斯的车辆拆解调研。

本篇报告将介绍使普锐斯的行驶性能大幅升级的TNGA(Toyota New Global Architecture)平台中的底盘性能、气动性能相关技术。前几代车型都优先考虑了燃效性能,第4代普锐斯随处可见匹敌欧洲车型的行驶性能相关技术。

下篇报告还将介绍新平台TNGA的车身与隔音材料的相关技术。


历史拆解调研报告:
第4代丰田普锐斯
(上)对高效小型轻量化动力总成系统升级,实现40km/L的燃效(2016年2月)

大发Move (2015年3月刊登)
(上):可匹敌紧凑车的配置与零部件规格
(中):利用独创技术实现高水平的燃效与性能
(下) 车身结构采用精简的直线性骨架

大众 Polo (2014年12月刊登)
(上):供应商名单、发动机舱与驾驶座周边的拆解
(下):1.2TDI涡轮柴油发动机及悬架的结构
日产 Note (2014年9月刊登)
(上):主要安全技术与高级驾驶辅助系统
(下):采用机械增压器的驱动单元

本田 Accord 混合动力车 (2014年2月刊登)
(上):PCU与底盘相关零部件
(中):电池相关零部件与电动伺服制动系统
(下):传动系统

本田 Fit 混合动力车 (2013年12月刊登)
(1) 电池相关零部件及电动伺服制动系统
(2) 发动机与内置电机的7速双离合变速器

丰田 Aqua (2012年11月刊登)
(1) 主要零部件供应商及电池相关零部件
(2) 燃效实现35.4km/L的混合动力系统

日产 Leaf
(1) 拆解调研(2012年2月刊登)
(2) 主要零部件的拆解调研 (2012年9月刊登)
(3) 解剖车的拆解调研 (2012年11月刊登)



经过再三斟酌的后双横臂式悬架

リヤダブルウィッシュボーンサスペンション
后双横臂式悬架
资料:丰田汽车

  第3代普锐斯的后悬架为扭力梁式悬架,而第4代则采用后双横臂式悬架。采取纵臂支撑前后方向,横向由下臂、上连杆、控制连杆三根连杆支撑的结构,是正统的前置前驱车的双横臂式悬架布局。大众、梅赛德斯奔驰、马自达采用的相同悬架结构,名为后多连杆式悬架,但丰田一直将该结构称为后双横臂式悬架。


 

  该后悬架的特征是,相对下臂,控制连杆较短。悬架上下移动车轮时,由于车辆前侧的控制连杆旋转半径较短,因此后桥壳的控制连杆中心点就会进入车辆内侧的轨迹。由此,后轮的会内倾(略转向车辆内侧),从而提高操控稳定性。

 

リヤダブルウィッシュボーンサスペンションの特徴
后双横臂式悬架的特征
 (从前方观察车辆右侧悬架)
リヤサスペンション
后悬架 (从车辆上拆下后的状态)

リヤサスペンション左側
后悬架左侧 (从车辆中央观察)

 

 

  纵臂安装在车身上的形态如同插入纵梁中,因此看上去呈细长形状。

トレーリングアームの車体取り付け部
纵臂安装于车身的部位
トレーリングアーム
纵臂 (拆下后)
トレーリングアームの車体取り付け部
新款普锐斯的后双横臂式悬架的特征
(从左侧观察车辆左侧悬架)

 


  作为丰田前置前驱车的后悬架系列,包括普锐斯在内的小型车一直采用简单低成本的扭力梁式悬架,作为注重形式性能的C级前置前驱车,雷克萨斯CT200h、第2代丰田Auris等、以及更高级的车型Harrier、Vellfire则采用双横臂式悬架。

  第4代普锐斯的后悬架基于雷克萨斯CT200h的后悬架,但纵臂的前侧安装点位置更高。由此,当路面高低不平,悬架使轮胎上下滑动时,纵臂的圆弧轨迹就会朝向斜后方,并向上滑动。其结果,加之于纵臂衬套的前后方向力量的震动变小,改善了乘坐舒适度。该配置还具有减少制动时后悬架升程量的效果,从而提高了制动时的稳定性。

 

 

  雷克萨斯CT200h的减震器安装于下臂的螺旋弹簧的外侧,而第4代普锐斯则直接安装于后桥壳。由此,原先对减震器的输入功率只能传递实际车轮行程的70~80%左右,现在可几乎100%的传递至减震器,提高了减震器的调校自由度,能充分发挥其性能。

リヤショックアブソーバー
后减震器 (凯迩必制造)

ショックアブソーバー
后桥壳在减震器上的安装部位


  减震器由凯迩必制造,安装于车身的部位采取铝压铸材料,提高刚性,从而激发减震器在小幅上下移动的情况下的性能。利用上部的橡胶盖以及防尘罩充分隔音,形成可降低路面噪声和减震器启动声音的结构。

 

リヤサスペンションメンバー
后悬架横梁

  后悬架横梁充分确保了主要骨架—井栏形状的骨架横截面积,可以接近一直线连接前后左右。在同级别的前置前驱车中,前后骨架的间隔较大。由此,可提高悬架的支撑刚性,为提高操纵稳定性和乘坐舒适度作出贡献。该形状在抑制轮胎噪音和振动方面也具有一定效果。


 

  采用双横臂式悬架的另一个理由是可适应四轮驱动车。原先的扭力梁式悬架无法对应驱动轮,通过采用后双横臂式悬架,只需对两轮驱动车的套件进行小幅改动,就可适用于四轮驱动车。该四轮驱动车采用电动四轮驱动方式,只靠名为E-Four的电机驱动后轮。

E-Fourシステム
电动四轮驱动系统 资料:丰田汽车

 


  进行多项改善之后,普锐斯的后悬架实现与大众高尔夫的后多连杆式悬架基本相同的连杆配置。在近期的前置前驱车中,梅赛德斯奔驰A-Class等采用MFA平台的车型以及马自达Atenza等车型也基本采用相同连杆配置的后悬架,其连杆配置可以说成为了前置前驱车高级车型后悬架的标准。前几代的普锐斯都纠结于燃效性能,行驶性能的优先考虑程度低,但第4代普锐斯是丰田开始注重行驶性能的代表车型之一。

 

VW Golf リヤマルチリンクサスペンション 
大众 Golf 后多连杆式悬架 资料:大众
マツダアテンザリヤマルチリンクサスペンション
马自达 Atenza 后多连杆式悬架 资料:马自达

 

 



高刚性支撑结构的前悬架

フロントストラットサスペンション
前支撑杆悬架 (车载状态)
ストラット構成部品
支撑杆构成件


  第4代普锐斯的前悬架与上一代普锐斯基本相同,采用支撑杆悬架,减震器的同轴上具有螺旋弹簧,通过横向连接杆支撑前后左右方向的力量,是前置前驱车的一般结构。

 

フロントサスペンションメンバー
前悬架横梁 (拆下后)
确保较大的横截面积和上下平面
提高悬架支撑刚性
フロントサスペンションメンバー車載状態
前悬架横梁车载状态
设有连接悬架横梁的前侧
前横梁的加强支柱。


  全球的前置前驱车几乎都采取相同的结构,而普锐斯的前悬架的特征是采用高刚性悬架横梁。基本形状与大众高尔夫和梅赛德斯奔驰A-Class相同,在与车辆地板最下面等高的地方形成悬架横梁基本截面的下面。其上面也采取平整的平面,使该悬架横梁用于保证强度刚性的基本结构部分的横截面积与同级的前置前驱车相比更大。这样一来,即使来自路面和轮胎的巨大外力通过横向连接杆传导至悬架横梁,牢固的结构也能完全承受住这股巨大的外力。上平面还安装了转向齿轮。


  与车身连接的部位是车身刚性较高的部位。悬架横梁后侧的连接部位处于纵梁从发动机舱下至地板的部位,安装于车身的牢固部位。


  此外,紧贴在悬架横梁安装部位后面的地板通道安装连接通道左右的铝挤压成型加强支柱,提高了悬架横梁安装部位周边的车身刚性。

 

補強ステイ
设置前后连接悬架横梁
与前横梁的加强支柱
補強ステイ
前悬架横梁后侧安装部位
设置加强支柱


  为了进一步加固与车身的连接,增加加强件,提高刚性。这些加强件在操作转向器时能提高转向响应能力,阻隔轮胎的声音和振动,提高乘坐舒适度和静谧性。

 

 



前车桥

フロントアクスル フロントアクスル
前车桥

  前车桥的结构为在铸铁桥壳上采用3根螺钉连接在单元轴承上。近来,将单元轴承压入桥壳来安装的结构较多,本车则采用传统的螺钉连接结构。

  此外,悬架球形接头也采用3根螺钉连接至横向连接杆。在这方面,近来在横向连接杆压入悬架球形接头的结构也在增多,新一代普锐斯也许是考虑到组装的便利性,选择了传统的螺钉连接结构。


 

 



转向器

  转向器的动力辅助非转向齿轮本身,而是在柱身上配置电机的电动助力转向器。转向齿条不通过橡胶材料的绝缘体,而是直接与悬架横梁刚性连接,提高了转向器的刚性。转向齿轮及带电动助力转向器的转向柱都由捷太格特制造。

 

ステアリングギヤ
转向齿轮
ステアリングコラム
带电动助力转向器
的转向柱

 

 



制动器

  前后制动器均为定钳盘式制动器。其特征是后制动器的驻车制动器从原先的盘中鼓式制动器改为将驻车制动功能融入定钳制动器的活塞部分。拉动驻车制动器的钢缆,利用制动器活塞内侧的旋转机构,带动制动活塞。

 

りアディスクブレーキ
后盘式制动器 (东机工制造)
 驻车制动器也带动同一个活塞
フロントディスクブレーキ
前盘式制动器


  混合动力车和纯电动车的制动控制需要液压制动和再生制动的协调控制。一般广为采用利用发动机负压的负压增压器,但新一代普锐斯采用液压增压器。踩下制动踏板时,会根据车辆行驶情况,决定液压制动器和再生制动器的任务分配,主动制动助力器(爱德克斯制造)启动液压制动器,提供所需的制动力。ABS/ESP控制执行器单元采用了该系统专用的液压电源供应器。

 

アクティブブレーキブースター
主动制动助力器 (爱德克斯制造)
ABS/ESP制御アクチュエーター
ABS/ESP控制执行器

 

 



发动机安装座

流体入りエンジンマウント
带流体的发动机安装座 (发动机一侧)
エンジンマウント
发动机安装座 (驱动桥一侧)


  车辆右侧发动机安装部位采用带流体的发动机安装座,车辆左侧的驱动桥安装部位采用硬橡胶材质的发动机安装座。这2种安装座都安装于发动机/驱动桥单元的惯性质量的中心轴—惯性主轴附近,车辆一侧安装于左右纵梁的牢固的部分,从而将振动传导控制在最小范围。

 

 



CD值实现0.24的气动性能技术

床下整流
平坦底部实现地板下整流 资料:丰田汽车

  第4代普锐斯实施了各种改良,实现CD值0.24。气动性能的改良中,最应该受到关注的项目是地板下整流。地板下从前保险杠前端到后保险杠后端平铺了气动零部件,形成平坦的底部。前保险杠前端到悬架横梁,除了轮胎的可移动范围以外,完全被平坦地覆盖了。

  发动机下盖板的车辆右侧部分的下盖板进行了分割,使用于更换发动机机油的部分可简单脱卸。下盖板的材质采用聚丙烯。通过地板下整流,除了可降低CD值以外,还能降低高速行驶时悬架的升程量,使高速行驶稳定性取得飞跃性的提高。

 

エンジンアンダーカバー周辺
发动机下盖板周边
床下は前から後ろまでフラットボトム
地板下从前到后都设置下盖板

 

サスペンションメンバー周辺部
悬架横梁周边部分
アンダーカバー
下盖板 (前、中、后)

  悬架横梁也在提高气动性能方面采取了措施。下方形成平面,使发动机下盖板的空气能顺畅地流动。

  从悬架横梁后部到后排座下方的燃油箱之间,除了中央通道以外的部分,在两侧设置聚丙烯材质的下盖板。

 

リヤサスペンション周囲部床下
后悬架周边部位地板下

  燃油箱的下面也采取平面,凹凸部分设置下盖板,使气流从前方下盖板持续顺畅地流动。后悬架除了下臂以外的部分都被下盖板覆盖,下臂的下方也采用平面,使地板下尽可能平整。后悬架后方的后消声器的配置也考虑到了地板下的气流,使其能顺畅地连接至最后端后保险杠下的下盖板。



  除了地板下整流以外,在改善气动性能方面还进行了各种努力,具体如下。

 フロントピラー部  フロントピラー部
(1) 前立柱部分:减少凹凸,内侧配置整流装饰 (右图资料:丰田汽车)

 

フロントバンパー フロントバンパー
(2) 前保险杠:采取的形状追求整流前轮前方的最佳角度 (右图资料:丰田汽车)

 

リヤバンパー リヤバンパー
(3) 后保险杠:采取的形状对流动至后方的气流进行整流 (右图资料:丰田汽车)
(4) 后保险杠:采取的形状使下方气流最优化

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