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驾驶更有乐趣 避震与弹簧的原理及校调   

2008-01-17 17:52:46|  分类: 改装原理 |  标签: |举报 |字号 订阅

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    说到玩车,无论是漂移还是赛道,娱乐或是比赛,避震的改装都是必不可少的一环。首先要了解一下避震器与弹簧的功用。

    避震系统的存在,一是为了缓冲路面的不平令驾驶更舒适;二是行驶在不平整路面时保持轮胎与地面的接触。而对于玩家来说,改装避震系统只有一个目的就是改善操控性。讲避震器前我们先讲弹簧,它比较容易让大家入手理解避震系统。

    弹簧的工作原理

    由于这部分有太多不需要我们理解的东西在内,所以我尽量用最简单的词语来表达原理的核心。现在常见的悬挂系统所用的弹簧以圈状弹簧为最常见,原因是容易制作,性能效率高,价格低廉。在传统弹簧,吸震筒式的避震设计上,弹簧扮演支持车身以及吸收不平路面和其他施力对轮胎所造成的冲击,这其中包括加速,减速,刹车,转弯等对弹簧造成的施力。更重要的是在震动的消除过程中要保持轮胎与路面的持续接触,维持车子的循迹性。而如何改善持续接触性则是改装校调的首要考虑。

    弹簧本身根据制造的材料也会有软硬之分。改装时如使用太硬的弹簧,遇到不平的路面时会另车子弹起,轮胎与地面间失去摩擦力;而如果使用太软的弹簧,则会很容易被压缩,令避震器的行程用尽,转弯时容易失去循迹性。所以选择弹簧时要看使用的路面而定:越平坦的路面则可以使用越硬的弹簧,而越颠簸的路面则要使用较软但行程够长的弹簧。有另外一种叫做“渐进式弹簧,它能随弹簧的压缩而增加弹力系数,但由于制造有相当的困难,不常见,就不在这里说了。

    最后讲一下弹性K值,这是一个判断弹簧的参数。弹性K值就是指弹簧弹性的系数,单位为kgf/m。K数越大,弹簧压缩时储备的能量也就越强。

    避震器的工作原理

    上面我们曾说到弹簧最主要的功用是用来消除行经不平路面的震动,既然有了可消除震动的弹簧,那麽又要避震器做什麽呢?避震器它并不是用来支持车身的重量而是用来抑制弹簧吸震後反弹时的震荡和吸收路面冲击的能量。假如你开过避震器坏掉的车,你就可以体会车子通过每一坑洞、起伏後馀波荡漾的弹跳,而避震器正是用来抑制这样的弹跳。没有避震器将无法控制弹簧的反弹,车子遇到崎岖路面时将会产生严重的弹跳,过弯时也会因为弹簧上下的震荡而造成轮胎抓地力和循迹性的丧失。最理想的状况是利用避震器来把弹簧的弹跳限制在一次。

    当我们以一固定的速度压缩或拉伸避震器其所产生的阻力就称为阻尼。这阻力来自於避震器作动时,活塞会把阻尼油加压使其通过小孔径的阀门,如果改变阀门的孔径就可以改变阻尼的大小。而大部分的改装避震都提供这个功能让车主可以自动调节软硬。避震器的阻力可分为压缩和回弹两部份,压缩阻力和弹簧的硬度有加成效果,作动时可增加弹簧的强度,而回弹阻力则是发生在弹簧受路面冲击压缩後的反弹行程,这也是避震器存在的最大理由,它是用来抵挡弹簧压缩後再将轮胎压回地面的力量,减缓反弹的冲击并保持车辆的平稳。一般道路用的避震器,吸震行程的阻力通常远小於回弹行程,因为吸震行程的阻力太大时会影响行路舒适性,对道路用车来说冲击时和反弹时的阻尼力量比值大约是1:3,但对赛车来说则为1:2到1:1.5之间,较高的比值会降低舒适性,但却可改善行经不规则路的循迹性。进弯和出弯时车身重量转移(Weight Transfer)的速度会影响操控的平衡,这影响会持续直到重量转移完成,而车身重量转移的速度是由避震器所控制,改变避震器在压缩和拉伸行程的速度可改变车身动量转移的速度。避震器越硬重量转移的速度越快,重量转移越快则车身子的转向反应也越快。

    由於转向反应对操控很重要,因此我们希望过弯姿势的建立越快越好,但也不可太快,必须有时间让车手去感觉过弯姿势的建立,并感受循迹性的极限,如果重量转移太快会让车手来不及去感觉,因此设定一个车身重量转移的速度让热车手去感觉极限的接近,并且有所反应是车辆悬挂设定时的重要课题。我们常说车队会依不同的车手而有不同的车辆设定,对悬挂系统设定来说,不同的车手由於驾驶技术和习惯的不同,对转向反应的感觉速度及反应速度也会不同,因此需要不同的悬挂设定,以求得车手的充分发挥。

    避震器的难题

    避震器的阻尼作用是把震动冲击的能量转换成热能。假如悬挂产生大幅度的运动,相对的避震器也会产生相当大的阻力来抑制它,这阻力来自避震器的活塞会把油压入通过小的阀门,如此会把阻力变成热。避震器内部产生的热会使阻尼油加温,油加热後黏度会变稀(这反应就如同引擎机油一般)。变稀後的阻尼油会使通过油阀门的阻力变低,降低了阻尼力,我们称为『阻尼衰退』(Shock Fade)。为了避免阻尼衰退,可由加大避震器或增加阻尼油的容量来改善。所以所谓的高性能的避震器通常都具有是较大的筒径,及较大的阻尼。避震器的另一个问题是阻尼油的气泡问题,避震器作动时活塞为会对阻尼油造成搅动的效果,造成组泥油产生气泡,气泡的产生会造成阻尼的丧失。为了对抗气泡,以除了使用品质较佳的阻尼油外,制造商通常利用田填充高压气体来减少气泡的产生,这做其中最具代性的产品当属Bilstein,Bilstein的产品有一项独特的设计,它有一个『气室』(Gas Chamber)用来抵抗气泡的产生,这如同用高压来抵抗你的水温问题一样(沸点与压力成正比)。此外这个气室也有有对柱栓的冷却效果,因为柱栓暴露在空气中可获致冷却效果。而油封不良造成的漏油问题则是避震器损坏的一大主因,这直接关系到避震器的『耐用性』,所以较贵的避震器通常也有较好的油封。另外值得一提的是大部分车的避震都在老化后产生程度不同的漏油情况,如果车主经常高速驾驶或者进行赛车活动,最好还是换了,安全第一。

    避震系统的改装

    前面说过避震器的压缩阻力和弹簧的硬度有加成的效果,一组弹簧只有一种性能表现,要改变弹簧的硬度唯有更换另一组不同弹力系数的弹簧,有了可调式避震器正可弭补此一缺憾,随路况调高阻尼也等於调硬了弹簧,毕竟调硬避震器要比换一组弹簧来的得轻松的多,甚至有所谓电子调整式避震器,只要在操作车内的旋钮即可轻易的改变阻尼,达到悬挂设定微调的效果。 改装时要先选定一品质好的品牌,然後再从这品牌的系列产品中选出适合的规格型号。一支好的避震器必须有高精密度的柱栓及密闭性良好的油封,高品质的阻尼油(优质的阻尼油是阻尼衰退及气泡现象的治本之道),再加上填充高压气体的气室设计,当然最好是可调式的。目前国内常见的品牌中欧系的Bilstein、KONI以及日系的GAB都是口碑不错的主流派产品,目前的新趋势则是针对特有品牌的专属改装套件品牌,如TOYOTA的TRD、TOM’s,HONDA的Mugen,NISSAN的NISMO,都是很不错的产品。 选定品牌後,就得面临搭配性的问题,在悬挂改装过程中最棘手的课题就是避震器和弹簧的搭配,如果你的车降低车身超过2英寸或是弹簧硬度增加超过20%,你就必须把避震器一并更换。硬的避震器和硬的弹簧要相互搭配,因为弹簧的硬度是由车重来决定,而较重的车需要较硬的避震器。所以在赛车或高性能车上的避震器要比一般车上的硬,用以匹配较硬的弹簧。假如避震器太软会造成车身上下的摆荡,如果太硬会造成太大的阻尼,使弹簧无法正常运作,而且会因为避震器的阻尼作用而造成行驶时车高的改变。由於避震器制造商通常不会提供他们产品太详细的相关技术资料,因此当你要为一部车作悬挂设定时你唯有不断的尝试错误。不过别担心,搭配性的问题可交给为你服务的改装店去烦恼,针对车主的需要搭配出最佳的悬挂组合是一家专业改装店的基本责任,也是顾客的基本权益。降低车身重心也是非常重要的一种改善操控的方法,如此可以降低过弯时车身的重量转移和车身滚动,降低车身最简单的方法就是由弹簧着手。使用短弹簧是最简单也最快的方法。

    弹簧硬度改变的影响

    增加前后悬挂的弹簧硬度:行路性变硬,轮胎经络路面起伏时的循迹性会边差,提高抗侧倾能力。

    只增加前悬挂的弹簧硬度:前轮行路性变硬,前轮的防倾阻力增加,增加转向不足或是减少转向过度的倾向。

    只增加后悬挂的弹簧硬度:后轮行路性变硬,后轮的防倾阻力增加,增加转向过度或者减少转向不足的倾向。

    减少前后悬挂的弹簧硬度:行路性边软,轮胎经过路面起伏时的循迹性可能会变好,抗侧倾能力变差。

    只减少前悬挂的弹簧硬度:前轮行路性边软,前轮防倾阻力减少,减少转向不足或者是增加转向过度的倾向。

    只减少后悬挂的弹簧硬度:后轮行路性变软,后轮的防倾阻力减少,减少转向过度或者减少转向不足的倾向。

    增加前防倾杆的硬度:前轮的防倾阻力增加,增加转向不足或者减少转向过度的倾向,可减少前悬挂外倾角的变化,使轮胎更紧贴路面。

    增加后防倾杆的硬度:后轮的防倾阻力增加,增加转向过度或者减少转向不足的倾向,可减少后悬挂外倾角的变化,使轮胎更紧贴路面。

    改变避震器的影响

   

    增加压缩和回弹行程的阻尼系数 行路性变硬。

    只增加回弹行程的阻尼系数 在不平路面轮胎比较会弹离路面。

    只增加压缩行程的阻尼系数 防倾阻力较强,车子在弯中会变得较不安定。

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