丰田皇冠车身拆解调研(Ⅱ)

与雷克萨斯车通用的FR豪华车用底盘技术

2016/06/07

概 要

フロントダブルウィッシュボーンサスペンション(車載状態)

前双叉臂悬架
(车载状态)

后多连杆悬架

后多连杆悬架

 继上次汇报的丰田皇冠(Ⅰ)直喷2.5L 引擎“4GR-FSE”,在广岛县产业振兴机构实施的基准测试中,对丰田皇冠Royal(搭载2.5L V6发动机、后轮驱动车:2012年12月发售)的车体拆解调研内容进行汇报。

 本次汇报内容为底盘相关部件及其技术。上述的皇冠14代平台,是继皇冠12代(2003年发售)的基本结构开发出的产品,从悬架结构及转向器的设计到具体的部件技术,已对FR豪华车所需要的结构进行了深思熟虑,不论是3代中的任何1代,都可看作当时标准技术的一种汇聚。预定下次报告与车身及隔音技术有关。

历史拆解调研报告:

丰田皇冠车身拆解调研(Ⅰ)(2016年5月)

丰田第4代普锐斯
第4代丰田普锐斯的拆解调研(上) (2016年2月)
第4代丰田普锐斯的拆解调研(中)(2016年3月)
第4代丰田普锐斯的拆解调研(下) (2016年3月)
第4代丰田普锐斯的拆解调研:132个零部件照片集锦 (2016年4月)

大发MOVE(2015年2/3月刊登)
  大发MOVE(2015年2/3月刊登)
  (中)追求小型轻量化的涡轮发动机与三轴齿轮系CVT
  (下)车身结构采用精简的直线性骨架

大众Polo(2014年11/12月刊登)
  (上)供应商名单以及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

本田雅阁混合动力(2014年2月刊登)
  (上)PCU及底盘相关零部件
  (中)电池相关零部件及电动伺服制动系统
  (下)传动系统

本田飞度混合动力(2013年12月刊登)
  (1)电池相关零部件与电动伺服制动系统
  (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)关键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 聆风
  (1)拆解调研(2012年2月刊登)
  (2)主要分解零部件展示的采访报告 (2012年9月刊登)
  (2)解剖车展示的采访报告(2012年11月刊登)



双叉臂式前悬架(配置前置型转向器的款式)概要

与奔驰、宝马的FR车通用的基本设计

皇冠前悬架(资料:丰田汽车)

皇冠前悬架
(资料:丰田汽车)

皇冠前悬架

皇冠前悬架

梅赛德斯・奔驰C级前悬架
资料:梅赛德斯・奔驰

梅赛德斯・奔驰C级前悬架
资料:梅赛德斯・奔驰

宝马 5系前悬架资料:宝马W

宝马 5系前悬架
资料:宝马

 前悬架为双叉臂式,采用与目前的梅赛德斯奔驰及宝马等的FR豪华车几乎相同的设计。上图的梅赛德斯奔驰C级(2015年发售的W213型E级拥有与C级一样的前悬架),与宝马5系的前悬架相比,配置在较高位置的上部连接与在前车轴前侧配置的转向器齿轮装置处,采用共通的设计。此设计的特征为以下2个。

  1. 将上部连接配置在较高位置,上下跨度较大可提高轮胎的支撑刚性,因此是有利于定位特性的设计。
  2. 把转向器齿轮装置配置在前车轴的前侧,可提高转向器的刚性,且容易获得悬架与转向器的刚性平衡,是有利于转向反应灵活性与高速稳定性的设计。
皇冠前悬架・拆下前下盖板与悬架梁加固撑时的状态

皇冠前悬架
拆下前下盖板与悬架梁加固撑时的状态

皇冠前悬架拆下上部连接时的状态

皇冠前悬架
拆下上部连接时的状态

 皇冠的前悬架与奔驰C级、宝马5系的不同处在于,C级与5系一样、下部连接分成2个连接,悬架球头为2个使用的双接头结构。皇冠在正统三角形的横向连接中,将1个悬架球头连接在转向节上。

 奔驰与宝马由于采用了双接头结构,在关闭转向器时轮胎的旋转轴可从球头移动至车辆外侧,由于其旋转轴与轮胎中心的补偿变小,因此可提高车辆的稳定性及减小振动。

前置型转向器配置特征

 将转向器齿轮装置配置在前车轴前侧的优点为,转弯时可提高稳定性。以下2个示意图为从上面观察右前轮的视图,当左边曲线处于弯曲状态时,表示轮胎处于转弯受力(横向力)状态。

 右图中,将转向器齿轮装置配置在后方时,将转向力施加到轮胎上的话,横向连接与横拉杆端接头上就会受到压缩力。受此压缩力后,横向连接轴衬与转向器齿轮装置支架绝缘体出现弯曲,该2处的挠曲量,只能使轮胎前进方向的角度发生变化。一般对于轮胎前进方向的角度变化,为使之朝向曲线外侧,也就是变成如下图所示那样的后束。

 上述角度会使车辆在转弯时保持稳定的驾驶状态。因此横向连接轴衬与转向器齿轮装置支架绝缘体中各个橡胶的硬度(弹簧常数)只差一点点,因此必须对后束值进行选择,但横向连接轴衬除转向稳定性以外还受到静谧性及耐久性的制约,还无法充分进行自由选择。

转向器前侧配置实例(皇冠)

转向器前侧配置实例(皇冠)

转向器后侧配置实例

转向器后侧配置实例

 上面的左图为此次皇冠车体拆解时采用的,将转向器齿轮装置配置在前方时的示意图。

 转弯时,将转弯力度(横向力)施加到轮胎上的话,横向连接轴衬上会承受到压缩力,但转向器横拉杆端不会承受压缩力。转弯力度由于其反作用力支点---悬架球头的作用而稍微向后施加,因此在轮胎中会发生旋转力矩,其力度可在横拉杆端接头中产生拉伸力。

 此时,由于通常会朝后束方向产生作用力,横向连接轴衬与转向器齿轮装置支架绝缘体的硬度(弹簧常数)可灵活选择,如果考虑到转向器刚性的提高及静谧性因素的话,将很容易选择轴衬。尤其是对转向器的精确度及灵活反应有要求,且要提高转向器支架绝缘体的硬度时,以上设计为最佳选择。

 FF车等量贩车中的大多数一般都属转向器后侧配置型,但FR豪华车及跑车中却限制使用该前侧配置型转向器。

避闪式悬架

 以皇冠的前悬架为特征,灵活运用避闪式连接的话,可优化定位特性。在横拉杆端接头中插入偏移形状,可适度降低横拉杆端的刚性。当在转弯时,如果向转弯角外侧的轮胎施加横向力的话,就会如右图所示那样朝后束方向产生旋转力矩。在此降低横拉杆端接头刚性的话,仅轮胎朝后束方向移动。由于此仅有的后束移动,可对由于路面变化等引起的车辆灵敏反应进行控制,可稳定车辆在转弯时的驾驶状态。

在横拉杆端接头中插入偏移形状,由于其避闪效果可提高转弯时的稳定性   (资料:MarkLines根据丰田资料进行翻译)
在横拉杆端接头中插入偏移形状,由于其避闪效果可提高转弯时的稳定性 (资料:MarkLines根据丰田资料进行翻译)



可提高悬架支撑刚性的加固撑

皇冠前悬架拆下前下盖板时的状态
皇冠前悬架
拆下前下盖板时的状态

 在车身上安装悬架梁时,先在前侧部件较牢固部分上安装,为进一步提高支撑刚性,还要设置三角形的加固撑。这可以提高从悬架侧受力的车身侧面的刚性,由此也可提高悬架的支撑刚性,并可提高转向反应灵敏性及高速驾驶时的稳定性。

















与前悬架相关的组成部件

 上部连接为钢制的开放截面压制成型制品,通过2个橡胶衬块安装在机罩脊顶上。雷克萨斯GS的上部连接为铝锻件制品。

 横向连接为钢制的封闭式断面结构,从悬架球头安装部到后侧横向连接衬块安装部的封闭式断面部件,与前侧横向连接衬块安装部用焊接接合。将后侧横向连接衬块压入铝制车身侧安装托架中,横向连接以螺栓固定。雷克萨斯GS的横向连接为铝锻件制品。

 前转向节为铝制品,上端用上部连接的悬架球头固定,下端用转向节臂固定,中央部安装前轮毂、前制动卡钳。

 减震器是日立汽车系统有限公司生产的,线圈弹簧安装在同一个轴内。

上部连接

上部连接

横向连接

横向连接

前转向节

前转向节

转向节臂・转向节臂球头・悬架球头

转向节臂
转向节臂球头
悬架球头

减震器・弹簧

减震器・弹簧

悬架梁加固撑

悬架梁加固撑

前转向节

前悬架梁(反面)

前悬架梁(顶部)

前悬架梁(顶部)

 前悬架梁为压铸铝制品,底部安装横向连接,顶部安装发动机支架。中间被挖成椭圆形的空间为确保引擎油底壳容量,而需保证一定的水平空间。(参照:丰田皇冠车身拆解调研(Ⅰ)直喷2.5L V6引擎“4GR-FSE”)



转向器构成部件

 转向器齿轮装置为捷太格特生产的机架同轴型电动助力转向器。在机架同轴上配置空心轴电机与滚珠丝杠减速器,由于是对机架直接进行辅助,因此有利于突显接触感较强的操作性。丰田很快从第12代皇冠(2003年发售)中采用该机架同轴型电动助力转向器,至今已用于第3代产品。

转向器齿轮装置(捷太格特生产) 转向器齿轮装置(捷太格特生产)
转向器齿轮装置(捷太格特生产)
转向柱・组合开关

转向柱・组合开关

中间轴

中间轴



前轴・前制动・发动机悬置

 前轮毂装置为轴承内置型装置。其中也内置旋转角度传感器,信号输出端设置在后面。前制动为拳式盘式制动器,由advics生产。发动机悬置为左右两个流体发动机悬置,是铝压铸托架,与引擎相结合。

前轮毂装置

前轮毂装置

制动盘・前轮毂装置

制动盘・前轮毂装置

前制动卡钳

前制动卡钳

流体发动机悬置

流体发动机悬置



后多连杆悬架概要

 后悬架由合计5根悬臂组成,采用一般的FR车用多连杆悬架设计方式。代替双横臂型设计上下2根A臂的,是独立的5根悬臂,横向力的柔性转向,采用了能使前后力柔性转向最佳化、可控制从路面受力引起的轮胎振动的几何形状。此外,与A臂相比,形状为I形悬臂,因此只有轴线方向受力,有助于减轻悬臂受力。

 雷克萨斯IS/GS的后悬架也是同样的多连杆悬架,虽然悬架梁的基本结构是通用的,但也有一些不同的地方。首先将轴踵控制臂(Toe control arms)的配置从后车周前方变更为后方。这是在一部分车型中的后轮转向系统的设置,因为轴踵控制臂(Toe control arms)必须设置在可活动执行器左右连接的位置上。此外,线圈弹簧的配置,并不和减震器同轴,属独立的配置。另外,后侧上臂相对于钢制的皇冠部件来说,是铝锻件制品。

后多连杆悬架(后差速器内置状态)

后多连杆悬架(后差速器内置状态)

后多连杆悬架 资料:丰田汽车

后多连杆悬架
资料:丰田汽车

 丰田的FR车用多连杆悬架的特征为,和前悬架一样,对避闪式悬臂进行灵活运用。

 首先在轴踵控制臂(Toe control arms)中采用偏移形状,因此在旋转时施加旋转力矩(横向力)的话,悬臂会变成弯曲结构。藉此,趾变化特性在趾尖侧调整,可提高车辆行驶的稳定性。

 此外,上臂为开放式截面结构,因此可优化悬臂的扭转刚性,减少悬臂轴衬的扭转量。据此,悬架的上下行程可平稳移动,可提高乘坐时的舒适性及车轮接地性。

通过轴踵控制臂(Toe control arms)优化趾变化特性  资料:MarkLines根据丰田资料进行翻译。
通过轴踵控制臂(Toe control arms)优化趾变化特性  资料:MarkLines根据丰田资料进行翻译。
通过上臂(开放式截面结构),可使上下行程进行平稳移动的避闪式悬架  资料:丰田汽车
通过上臂(开放式截面结构),可使上下行程进行平稳移动的避闪式悬架  资料:丰田汽车

 相对于转向反应灵活性及高速驾驶稳定性的提高,提高悬架的支撑刚性与车身刚性将成为关键要素。皇冠在后悬架梁周围与地板上设置了有效的加固撑。首先,为使后悬架梁的前侧下臂安装点与后侧下臂安装点相结合,而设置了悬架梁加固撑。悬架梁实体也是加固型结构,通过该加固撑,可对更微小的位置变化进行控制。

 地板加固撑与后悬架梁的前侧安装点及车身侧部件后端通过前后方向的支撑进行连接,且该车身侧部件后端的左右侧通过横向支撑进行连接并加固。

地板加固撑安装状态

地板加固撑安装状态

悬架梁加固撑

悬架梁加固撑



后多连杆悬架组成部件

 如果5根悬臂各自分担重量的话,剖面应该是不同的,后侧下臂将成为最粗的剖面。后侧上臂与轴踵控制臂(Toe control arms)的转向节侧为球头结构,悬臂中不会发生扭曲。前侧下臂与后侧下臂的两端为橡胶衬块,为降低施加到橡胶衬块上的扭力,为了使上下行程平稳移动,将悬臂设定为开放式截面构造,并使扭曲量适中。后转向节为铝压铸制品。后减震器为日立汽车系统有限公司生产。

后侧下臂

后侧下臂

前侧下臂

前侧下臂

后侧上臂

后侧上臂

前侧上臂

前侧上臂

轴踵控制臂(Toe control arms)

轴踵控制臂(Toe control arms)

后转向节

后转向节

后减震器及相关部件

后减震器及相关部件

后减震器及后侧弹簧

后减震器及后侧弹簧

 后悬架梁为钢制品,前后方向的框架部分估计为将钢管材经液压成形加工而成。2个后差速器支架绝缘体分别由左右两侧的上下方向承重绝缘体及左右方向承重绝缘体分担重量,因此需将橡胶的硬度设定在适当的范围内。

后悬架梁(上侧)

后悬架梁(上侧)

后悬架梁(下侧)

后悬架梁(下侧)

悬架梁支撑托架

悬架梁支撑托架

后地板加固撑(横向)

后地板加固撑(横向)

后地板加固撑(前后方向)

后地板加固撑(前后方向)

悬架梁加固撑

悬架梁加固撑



后轮轴・制动器・后差速器

 后轮毂为轴承内置结构。

 后制动器为拳式盘式制动器,停车制动器用鼓式制动器内置在制动器转子内侧。后制动器为advics生产。

 轮胎为配备了Primacy LC的米其林生产的215/60R16产品。

 后差速器通过各橡胶支架绝缘体以4个点的形式安装到后悬架梁上,前侧支架绝缘体被组装到最终驱动器中。后侧支架绝缘体被组装到悬架梁侧。

后轮毂装置

后轮毂装置

后制动钳

后制动钳

后制动器转子与停车制动器用套子

后制动器转子与停车制动器用套子

轮胎与铝合金轮毂

轮胎与铝合金轮毂

后差速器

后差速器

传动轴

传动轴

<全球汽车产业平台 MarkLines>