避震器的工作原理與改裝
避震器的功用
懸吊是大多數(shù)人改裝計(jì)畫(huà)的第一步,而懸吊的改裝通常都是由換裝一套較硬的避震器開(kāi)始著手。上一期我們?cè)?jīng)說(shuō)過(guò)彈簧最主要的功用是用來(lái)消除行經(jīng)不平路面的震動(dòng),既然有了可消除震動(dòng)的彈簧,那麼又要避震器做什麼呢?避震器它并不是用來(lái)支持車身的重量而是用來(lái)抑制彈簧吸震後反彈時(shí)的震蕩和吸收路面沖擊的能量。假如你開(kāi)過(guò)避震器壞掉的車,你就可以體會(huì)車子通過(guò)每一坑洞、起伏後馀波蕩漾的彈跳,而避震器正是用來(lái)抑制這樣的彈跳。沒(méi)有避震器將無(wú)法控制彈簧的反彈,車子遇到崎嶇路面時(shí)將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的彈跳,過(guò)彎時(shí)也會(huì)因?yàn)閺椈缮舷碌恼鹗幎斐奢喬プサ亓脱E性的喪失。最理想的狀況是利用避震器來(lái)把彈簧的彈跳限制在一次。
阻尼
當(dāng)我們以一固定的速度壓縮或拉伸避震器其所產(chǎn)生的阻力就稱為阻尼。這阻力來(lái)自於避震器作動(dòng)時(shí),活塞會(huì)把阻尼油加壓使其通過(guò)小孔徑的閥門,如果改變閥門的孔徑就可以改變阻尼的大小。在日本自動(dòng)車規(guī)格(JASO C602)規(guī)定以作動(dòng)速度0.3m/s時(shí)的阻力大小來(lái)代表避震器的性能,我們稱為阻尼系數(shù),單位為Kgf,所謂較硬的避震器就是作動(dòng)時(shí)可產(chǎn)生比較大的阻力。當(dāng)我們讓避震器以非常慢的速度壓縮或拉伸時(shí),它的阻力只有來(lái)自機(jī)構(gòu)內(nèi)部的摩擦力,阻尼油幾乎不產(chǎn)生阻力。但是當(dāng)作動(dòng)速度增加時(shí),阻力的增加會(huì)和避震器作動(dòng)速度變化率的平方成正比,也就是說(shuō)作動(dòng)速度增為2倍時(shí)阻力卻會(huì)增為4倍。
避震器的阻力可分為壓縮和回彈兩部份,壓縮阻力和彈簧的硬度有加成效果,作動(dòng)時(shí)可增加彈簧的強(qiáng)度,而回彈阻力則是發(fā)生在彈簧受路面沖擊壓縮後的反彈行程,這也是避震器存在的最大理由,它是用來(lái)抵擋彈簧壓縮後再將輪胎壓回地面的力量,減緩反彈的沖擊并保持車輛的平穩(wěn)。一般道路用的避震器,吸震行程的阻力通常遠(yuǎn)小於回彈行程,因?yàn)槲鹦谐痰淖枇μ髸r(shí)會(huì)影響行路舒適性,對(duì)道路用車來(lái)說(shuō)沖擊時(shí)和反彈時(shí)的阻尼力量比值大約是1:3,但對(duì)賽車來(lái)說(shuō)則為1:2~1:1.5,較高的比值會(huì)降低舒適性,但卻可改善行經(jīng)不規(guī)則路的循跡性。
避震器與車身重量的轉(zhuǎn)移
進(jìn)彎和出彎時(shí)車身重量轉(zhuǎn)移(Weight Transfer)的速度會(huì)影響操控的平衡,這影響會(huì)持續(xù)直到重量轉(zhuǎn)移完成,而車身重量轉(zhuǎn)移的速度是由避震器所控制,改變避震器在壓縮和拉伸行程的速度可改變車身動(dòng)量轉(zhuǎn)移的速度。避震器越硬重量轉(zhuǎn)移的速度越快,重量轉(zhuǎn)移越快則車身子的轉(zhuǎn)向反應(yīng)也越快。
過(guò)彎時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤,輪胎會(huì)產(chǎn)生一個(gè)滑移角(Slip Angle),進(jìn)而產(chǎn)生轉(zhuǎn)向力,這力量作用在滾動(dòng)中心(Roll Center)和重心(Center of Gravity),然後導(dǎo)致車身重量轉(zhuǎn)移,車身產(chǎn)生滾動(dòng)(Roll)。此時(shí)彎外輪的轉(zhuǎn)向力會(huì)隨著滑移角的增大及車身重量的轉(zhuǎn)移而加大,車子在達(dá)到最大轉(zhuǎn)向力及完成重量轉(zhuǎn)移後會(huì)建立一個(gè)過(guò)彎姿勢(shì)(Take a set),由於避震器控制重量轉(zhuǎn)移的速度,因此也會(huì)影響建立過(guò)彎姿勢(shì)的速度。由於轉(zhuǎn)向反應(yīng)對(duì)操控很重要,因此我們希望過(guò)彎姿勢(shì)的建立越快越好,但也不可太快,必須有時(shí)間讓車手去感覺(jué)過(guò)彎姿勢(shì)的建立,并感受循跡性的極限,如果重量轉(zhuǎn)移太快會(huì)讓車手來(lái)不及去感覺(jué),因此設(shè)定一個(gè)車身重量轉(zhuǎn)移的速度讓熱車手去感覺(jué)極限的接近,并且有所反應(yīng)是車輛懸吊設(shè)定時(shí)的重要課題。我們常說(shuō)車隊(duì)會(huì)依不同的車手而有不同的車輛設(shè)定,對(duì)懸吊系統(tǒng)設(shè)定來(lái)說(shuō),不同的車手由於駕駛技術(shù)和習(xí)慣的不同,對(duì)轉(zhuǎn)向反應(yīng)的感覺(jué)速度及反應(yīng)速度也會(huì)不同,因此需要不同的懸吊設(shè)定,以求得車手的充分發(fā)揮。
『一手太』原則
入彎時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)一次方向盤(方向盤在廣東話稱為太盤),就會(huì)產(chǎn)生一次車身的重量轉(zhuǎn)移變化,建立一轉(zhuǎn)向力與輪胎抓地力平衡的過(guò)彎姿勢(shì),所謂的過(guò)彎極限是出現(xiàn)在轉(zhuǎn)向力等於輪胎的抓地力。有人在入彎後會(huì)連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤,這實(shí)在是天大的錯(cuò)誤,因?yàn)檫@會(huì)造成車身在不平衡狀態(tài)下過(guò)彎,如此車手將無(wú)從去驅(qū)使車輛逼進(jìn)極限,降低了過(guò)彎的速度并存在著失控的危機(jī)。 過(guò)彎時(shí)應(yīng)該盡量遵循所謂『一手太』原則,判定彎道角度後將方向盤一次打到定位,讓車身盡速建立平衡的過(guò)彎姿勢(shì),出彎後也是一手太讓轉(zhuǎn)移的車身重量回復(fù)直行時(shí)的狀態(tài)。若在彎中遇到突發(fā)狀況則必須Smooth的修正,避免突然加劇已處?kù)稑O限邊緣的重量轉(zhuǎn)移,讓它變得不可控制,造成車身的失控。
避震器的難題
避震器的阻尼作用是把震動(dòng)沖擊的能量轉(zhuǎn)換成熱能。假如懸吊產(chǎn)生大幅度的運(yùn)動(dòng),相對(duì)的避震器也會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的阻力來(lái)抑制它,這阻力來(lái)自避震器的活塞會(huì)把油壓入通過(guò)小的閥門,如此會(huì)把阻力變成熱。避震器內(nèi)部產(chǎn)生的熱會(huì)使阻尼油加溫,油加熱後黏度會(huì)變。ㄟ@反應(yīng)就如同引擎機(jī)油一般)。變稀後的阻尼油會(huì)使通過(guò)油閥門的阻力變低,降低了阻尼力,我們稱為『阻尼衰退』(Shock Fade)。為了避免阻尼衰退,可由加大避震器或增加阻尼油的容量來(lái)改善。所以所謂的高性能的避震器通常都具有是較大的筒徑,及較大的阻尼。避震器的另一個(gè)問(wèn)題是阻尼油的氣泡問(wèn)題,避震器作動(dòng)時(shí)活塞為會(huì)對(duì)阻尼油造成攪動(dòng)的效果,造成組泥油產(chǎn)生氣泡,氣泡的產(chǎn)生會(huì)造成阻尼的喪失。為了對(duì)抗氣泡,以除了使用品質(zhì)較佳的阻尼油外,制造商通常利用田填充高壓氣體來(lái)減少氣泡的產(chǎn)生,這做其中最具代性的產(chǎn)品當(dāng)屬Bilstein,Bilstein的產(chǎn)品有一項(xiàng)獨(dú)特的設(shè)計(jì),它有一個(gè)『氣室』(Gas Chamber)用來(lái)抵抗氣泡的產(chǎn)生,這如同用高壓來(lái)抵抗你的水溫問(wèn)題一樣(沸點(diǎn)與壓力成正比)。此外這個(gè)氣室也有有對(duì)柱栓的冷卻效果,因?yàn)橹ū┞对诳諝庵锌色@致冷卻效果。而油封不良造成的漏油問(wèn)題則是避震器損壞的一大主因,這直接關(guān)系到避震器的『耐用性』,所以較貴的避震器通常也有較好的油封。
賽車避震器
和賽車用輪胎和輪圈不同的是賽車用的避震器可用在一般道路,唯一的缺點(diǎn)是價(jià)格相當(dāng)貴,一支賽車用的避震器往往超過(guò)萬(wàn)元,這和一支可能只要幾百元的『原廠』避震器相比真是有如天價(jià),據(jù)了解一套HONDA EG6 Gr.A所用的Mugen避震器約要新臺(tái)幣8萬(wàn),而March用的NISMO競(jìng)技用避震器也大約是這個(gè)價(jià)。 賽車用的避震器通常為可調(diào)式,甚至可分別調(diào)整壓縮和回彈行程的阻尼,經(jīng)由調(diào)整以得到最佳的抑制緩沖效果,這項(xiàng)工能在做懸吊設(shè)定的嘗試錯(cuò)誤過(guò)程中扮演了重要的角色。調(diào)整時(shí)由最軟的模式開(kāi)始,計(jì)算它上下擺動(dòng)的次數(shù)(通常超過(guò)一次),慢慢加硬直到上下擺動(dòng)一次後就恢復(fù)平靜,并且每次比賽前都要再依場(chǎng)地確認(rèn)設(shè)定的正確與否。賽車避震器通常沒(méi)有橡皮的止檔襯墊(End Bushing)取而代之金屬的球狀軸承,這雖可獲得在通過(guò)小震動(dòng)路面時(shí)較佳的阻尼效果,提供較清晰的路面反應(yīng),但卻增加了來(lái)自懸吊的震動(dòng)和噪音。賽車避震器通常有接近1:1的壓縮和拉伸阻尼力。此外賽車避震器的作動(dòng)行程也比較短,一般車也許有10 ,高性能版也許為7 ,賽車可能只有4~5 。所以單換高性能避震器而不換行程相搭配短彈簧可能無(wú)法得到應(yīng)有的效果。
避震器的改裝
在大部分市售車上,制造商都會(huì)使用最軟而且最便宜的避震器,以降低成本并獲得一般駕駛狀態(tài)下最柔軟舒適的行路性。但是若要用來(lái)應(yīng)付劇烈駕駛則這些避震器就無(wú)法勝任了。 所謂避震器的改裝實(shí)際上是換上阻尼較硬、品質(zhì)較好并且能和彈簧充分配合的避震器,選擇一組適合的避震器是最重要的,要在舒適性和操控性之間取得折衷尤其困難。若用在賽車上那麼一切以操控為依歸不必考慮舒適性,但是要用在一般道路上就必須有所妥協(xié),這時(shí)一組阻尼可調(diào)式的避震器,就可提高實(shí)用性,尤其在道路多變的臺(tái)灣,可調(diào)式避震器似乎是可認(rèn)真考慮的投資。
前面說(shuō)過(guò)避震器的壓縮阻力和彈簧的硬度有加成的效果,一組彈簧只有一種性能表現(xiàn),要改變彈簧的硬度唯有更換另一組不同彈力系數(shù)的彈簧,有了可調(diào)式避震器正可弭補(bǔ)此一缺憾,隨路況調(diào)高阻尼也等於調(diào)硬了彈簧,畢竟調(diào)硬避震器要比換一組彈簧來(lái)的得輕松的多,甚至有所謂電子調(diào)整式避震器,只要在操作車內(nèi)的旋鈕即可輕易的改變阻尼,達(dá)到懸吊設(shè)定微調(diào)的效果。 改裝時(shí)要先選定一品質(zhì)好的品牌,然後再?gòu)倪@品牌的系列產(chǎn)品中選出適合的規(guī)格型號(hào)。一支好的避震器必須有高精密度的柱栓及密閉性良好的油封,高品質(zhì)的阻尼油(優(yōu)質(zhì)的阻尼油是阻尼衰退及氣泡現(xiàn)象的治本之道),再加上填充高壓氣體的氣室設(shè)計(jì),當(dāng)然最好是可調(diào)式的。目前國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的品牌中歐系的Bilstein、KONI以及日系的GAB都是口碑不錯(cuò)的主流派產(chǎn)品,目前的新趨勢(shì)則是針對(duì)特有品牌的專屬改裝套件品牌,如TOYOTA的TRD、TOM's,HONDA的Mugen,NISSAN的NISMO,都是很不錯(cuò)的產(chǎn)品。 選定品牌後,就得面臨搭配性的問(wèn)題,在懸吊改裝過(guò)程中最棘手的課題就是避震器和彈簧的搭配,如果你的車降低車身超過(guò)2英 或是彈簧硬度增加超過(guò)20%,你就必須把避震器一并更換。硬的避震器和硬的彈簧要相互搭配,因?yàn)閺椈傻挠捕仁怯绍囍貋?lái)決定,而較重的車需要較硬的避震器。所以在賽車或高性能車上的避震器要比一般車上的硬,用以匹配較硬的彈簧。假如避震器太軟會(huì)造成車身上下的擺蕩,如果太硬會(huì)造成太大的阻尼,使彈簧無(wú)法正常運(yùn)作,而且會(huì)因?yàn)楸苷鹌鞯淖枘嶙饔枚斐尚旭倳r(shí)車高的改變。由於避震器制造商通常不會(huì)提供他們產(chǎn)品太詳細(xì)的相關(guān)技術(shù)資料,因此當(dāng)你要為一部車作懸吊設(shè)定時(shí)你唯有不斷的嘗試錯(cuò)誤。不過(guò)別擔(dān)心,搭配性的問(wèn)題可交給為你服務(wù)的改裝店去煩惱,針對(duì)車主的需要搭配出最佳的懸吊組合是一家專業(yè)改裝店的基本責(zé)任,也是顧客的基本權(quán)益。而根據(jù)經(jīng)驗(yàn),最適合臺(tái)灣多變路況的道路版懸吊搭配,是以較軟的彈簧(當(dāng)然是漸進(jìn)式的),配上較硬的可調(diào)式避震器,以避震器的硬度補(bǔ)彈簧強(qiáng)度的不足,加上可自由調(diào)整的阻尼,獲得高度的路況適應(yīng)性。
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