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底盘达人开讲!深论弹簧与操控的关係
发表日期:2020-07-08 15:26| 来源 :门户事件| 点击数:934 次

 

文、图:Grand                    
取材协力˙无与轮比(02)2658-7123
达人/孙兴                        

大家都知道一部车要好开,除需拥有强大的动力输出外,优秀的底盘设定也是不可或缺的条件,如此一来车主才能随心所欲掌控车辆,并从中获得操控乐趣,而在所有的底盘设定中,弹簧的弹力表现则是影响操控表现至关重要的环节之一,本单元的目的就是透过介绍这层关係,让大家能更熟悉在强化爱车底盘时,应须注意的事项有哪些。

弹簧的主要功能
承托与吸收两种

不知大家有没有想过,车辆行驶于各种不同的路面时,为何能在保持车身平衡的同时,还能吸收来自路面的冲击呢?使车上乘客不会因车身的倾斜或震动而感到不适呢?关于这点得归功于弹簧的发明。弹簧的功能就如同上述所提般,主要可分成承托车重维持车身平衡,与缓冲路面冲击两种。前者是透过弹簧本身的支撑刚力,将车身承托在与悬吊未接触的悬空状态,并透过前后弹性系数的不同,调整前后车身高度,使其维持平衡,不过弹性係数并不能代表弹簧全部的弹力反应,关于这点文后会有说明。

至于后者同样是利用弹簧弹力能吸收冲击的特性,将轮胎传递上来的震动予以吸收,并阻绝其传递到车身上的震动路径,如此车内乘客便会不感受到过度的震动,并随时保持车身的平衡。也由于弹簧对于抑制震动,与维持车身平衡有绝大的功效,因此从汽车发明之初便已有相类似功能的发明存在,如钢板弹簧,到现在最新的气压式弹簧等,都是具有承托车重与缓冲震动的功能。

弹簧的功能除承托车身重量,维持前后平衡外,缓冲路面冲击也是由弹簧所提供,因此要使车辆拥有绝佳的操控性能,先搞定弹簧的搭配后,才能决定其他的要素。

不过难道弹簧的作用只有这幺单纯的关係吗?事实并不然,因为除弹性系数外,不同的弹簧形状与类型,也会影响弹簧作动的效果,毕竟弹簧作动行程乃是一个连续的应力过程,途中某些条件改变后,其作动的反应特性自然会跟着改变,例如可变弹性係数的弹簧便是最好的例子,综合这些条件后才是所谓的实际弹力表现!

由于弹簧能将车身承托在不与悬吊结构发生直接接触的高度上,因此来自路面的冲击才不会直接传递到车身与乘客上。

Kg数不等于弹力
反应效果才是王道

笔者上述所提的弹簧系数所代表的意涵,指的是弹簧压缩1mm长度时,所需的力。例如:K=4kg/mm的弹簧,压缩1mm长度所需的力为4kg,因此弹簧系数愈大的弹簧,实际表现出来的「硬度」就愈高,这也是目前大部分车迷,在改装避震器时,选择前后弹簧搭配的唯一参考数据。不过选购避震器时真的只需注意K值表现即可放心了吗?同样K值的弹簧,可能会因不同的形状、设计与类型而有不同的弹簧作动效果,关于这一点大家是否都知道吗?

一般避震器上常见的弹簧多为螺距较小的直捲弹簧,即是螺旋方向一样,线径、螺距从头到尾亦相同,该种避震器的优点从物理性上来说,就是弹簧系数的表现,不论何时或何种冲击下皆相同,加上安装后的车高表现易于掌握,因此相当适合用于竞技场合,因为在赛车场上多急弯跑道,通常加诸于弹簧上的重量会因过弯而急剧提高,为使车辆在过弯时的侧倾与操控表现趋于稳定,使用弹性係数固定的弹簧是有其必要性的,加上其作动反应迅速,因此更加适合用载比赛场合里。

直捲弹簧的优点在于拥有固定的弹性係数,在竞技场合时能提供车手稳定的悬吊反应,使其更易于掌控车辆。

不过此种弹簧用在一般道路上却又是另外一种表现了,由于螺距小一下子就可能压缩在一起,所能提供给筒芯的作动长度也相对较短,因此通常使用的K值较高的弹簧设定,以避免发生「密着」情形,反应在实际作动上时则便会偏向硬调表现,为解决此问题市面上才会出现所谓的可变弹性係数弹簧。

可变弹性係数弹簧
兼顾舒适操控表现

此弹簧的外型多半为钢丝直径不等,或螺纹间距不等的设计,其特点在于弹性係数可随着负载加大而增高,压缩力道愈强,所反应出来的K值愈强,因此来自路面的冲击较小时,是先由细(或密)的部分来承受,此时可获得较佳的舒适性;而冲击变大时则是由粗(或疏)的一边负担,如此也可在激烈操驾时,提供足够的支撑弹力,供车主使用,不过由于此种弹簧的作动行程较长,相对其变形量亦较大,因此需使用等级较高的线材与融合特殊气体加以製造,才能延长使用寿命。

採用可变弹性係数设计的弹簧,优点在于冲击小时,由螺距较疏的一端吸收震动,此时弹性係数小乘坐感较为舒适,不过一旦遇到冲击大时则是较密的一边负担,如此车辆也能同时拥有不错的操控性能。

而此种弹簧的缺点在于车辆侧倾状况会较直捲弹簧更为严重,且不易掌握的弹性係数,多少也会增加车主掌控车辆极限的困难度。因此读者们不妨考量自身需求,在选购改装避震器时多挑选适合自己的弹簧类型来使用,而不要单纯迷思于弹性係数的表现上。

图中呈现椭圆状的弹簧,主要是应用在弹簧压缩行程短的后轮悬吊上,如此当后轮遇强大冲击,弹簧整个压缩在一起时,钢条不会重叠在一起,发生密着问题,而使冲击直接传递到车身上。

市面上高低可调避震器中,有不少产品都配有辅助弹簧的设计(装上方或下方都可以),其用意是在于撑住主弹簧防止筒芯伸张时晃动,避免筒芯压缩时因角度偏移,而伤害到油封与活塞寿命。  该组为Prodriver拉力赛厂车所使用的专用避震器,除弹簧拉长螺距加大,以提供筒芯足够的作动行程外,管径极粗倒叉式加上外挂氮气瓶的设计,都是为应付落差大、飞石多与环境严苛的比赛类型。  

减震筒分两种
单筒複筒的差异

除弹簧外,名为「弹簧控制器」的减震筒,也是影响操控的重要零件之一,笔者在此针对单複筒间的结构差异,所带来优缺点进行说明。A图为单筒设计、B为複筒设计,图中可以清楚的看见单、複筒构造的不同点,就是在构造上的贮油筒单双筒的差异,单筒式的筒身内侧就是活塞活动的空间,通常底部都会封入高压气体,作为缓冲空间之用,複筒式就是在筒身中另外有一个筒身,内部筒身才是活塞真正作动的空间,外部筒身是让内部筒身的阻泥油能往外移动的缓冲空间,其他在构造上最大的不同还有单筒式的气室与储油室是完全分开的,但複筒式的多半并没有区分开来,综合以上各点,单、複筒的彼此间的差异不只筒数不同,内部构造上也大大不同。

A图

B图


单筒式的优/缺点
优点:
阻尼油容量大,热交换率佳,提高衰减力的稳定性。
较大的活塞阀体可对应更小的衰减力差异。
麦花呈倒立式筒身有更高的横向刚性及减少簧下重量。
阻尼油与封入气体并未混合,避免阻尼表现不稳定现象。

缺点:
油室与气室为直列配置,行程受限制。
封入气体压力高,舒适性较差。
活塞侧边受力大,磨擦係数高,活塞品质要求高。
当跳石造成筒身凹陷时,会影响内部活塞的作动。
各项零件精度要求较高,加工成本较高。

图为单筒避震器的活塞设计,由于面积较大,因此相对作动速度亦较快,面对竞技场合时较为有利,不过由于高压气体压力较高,加上作动行程短,因此舒适性较差,零件精密度需求亦较高,好的产品製作成本不低。

複筒式的优/缺点
优点:
油室与气室非直列配置,有更长的作动行程。
由于封入气体压力低,有较佳舒适性。
封入气体压力低,减低活塞做动阻力。
外筒身凹陷不会影响活塞作动。

缺点:
阻尼油量较少,无法增加阻尼油的稳定性。
无法比单筒式有更大的活塞径。
无法採用倒立式设计。
阻尼油与空气并未分开,较有油气混合问题。

图为单筒式避震器内作为油气分离之用的自由活塞,由于填充的气体压力高,活塞侧面受力强,因此没有好的活塞,避震器寿命很快就会结束,这也是国内避震器挂点的主要原因之一。 

更正启示
本刊于101期234页里ZAG避震器报导中,因后製问题误将刊头植入「国产」两字,本刊在此说明「ZAG避震器乃是全由国外厂商製造完成,非国产品套件」,为此造成厂商与读者莫大的困扰,本刊特别在此向大家澄清说明。

这组由国内知名底盘维修问题诊断专家-孙兴先生,参与研发与设定的避震器-ZAG,可说是专门针对台湾路况而推出的进口避震器,不但能克服台湾到处坑洞的路况外,在抑制侧倾与提升车辆操控性能方面,也能提供相当卓越的表现,这些优点在本刊实际测试过程中,已相当清楚的证实,是孙兴大哥花费一年以上时间的测试,与不断跟国外製造厂的英国工程师-Brian Charles Palmer讨论相关设定项目后,才开始製造并引进台湾,因此此组产品可说是底盘医生将其多年底盘设定的无形经验,转化成的一组有形的底盘利器,加上零件採用进口材料製成,因此耐用度与品质值得信赖,整体来看属于C/P值高的「进口避震器」,绝对能符合广大台湾车主的需求。

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