讀懂懸架系統(tǒng)(下篇): 空懸與電磁不能類比
【太平洋汽車網(wǎng) 技術(shù)頻道】上篇我們花了6000字深入探討了導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與彈性元件的各種形式及其優(yōu)缺點(diǎn),今天要聊的是減振器與橫向穩(wěn)定器這兩個(gè)“器”,這兩“器”都可以繼續(xù)拆分為主動(dòng)式與被動(dòng)式。
有朋友咨詢購車問題的時(shí)候問筆者:“買空氣懸架還是電磁懸架的車好?”
這是一個(gè)無法回答的問題,因?yàn)榭諝鈶壹芎碗姶艖壹芨静皇峭环N東西。筆者在《懸架》上集提到空懸最好稱作“空氣彈簧”,而這里我要說,電磁懸架最好稱作“電磁減振器”。
彈簧可以做正功與負(fù)功,比如空氣彈簧升起來就是在正功;減振器只能做負(fù)功,因此電磁減振器是不可能提升/降低車身高度的。當(dāng)然,不缺錢的你也可以給車子同時(shí)裝備電磁減振器與空氣彈簧,比如下圖的頂配凱迪拉克XTS就全裝上了,把阻尼、剛度、行程全包圓。
如今一旦電磁懸架/電磁減振器大家都習(xí)慣叫MRC。實(shí)際上MRC(Magnetic Ride Control)是通用申請(qǐng)的專利商標(biāo)名,只是太出名了被大家誤以為電磁減振器的統(tǒng)稱。另一家電磁減振器運(yùn)用“大戶”叫法拉利,他家稱為SCM,而奧迪稱之為AMR。
電磁減振器的運(yùn)用歷史并不如空氣彈簧那般遙遠(yuǎn),第一款投入量產(chǎn)化的MRC產(chǎn)品放在2002款凱迪拉克Seville STS車上,接著還在雪佛蘭車型上面用過。你一定好奇怎么定位入門的雪佛蘭也用上了MRC,那是因?yàn)槲抑v的是C5科爾維特ZR1超跑……
通用玩了幾年之后,法拉利599 GTB和奧迪R8(上一代)都裝上了,奧迪甚至喪心病狂地給二代中期改款S3也下放了一套試試,現(xiàn)在準(zhǔn)備開售的四代S3也有裝備,期待中。筆者最近開過的電磁減振車型是凱迪拉克CT5,跑去賽道上面漂移畫甜甜圈很好玩(借來的車最……)。
跟空氣彈簧需要很大一組配套設(shè)施不同,電磁減振器的體積小很多。“起碼得塞得進(jìn)螺旋彈簧里頭”,這是一套減振器最起碼的職業(yè)素養(yǎng)。
電磁減振器由磁流變減振器MRD、加速度傳感器、控制單元組成,其中MRD是通用跟德爾福聯(lián)合攻關(guān)研發(fā)成的,而德爾福本身就是通用自家的產(chǎn)業(yè),所以通用MRC有技術(shù)先發(fā)優(yōu)勢(shì)就說得通了。
電磁減振器內(nèi)部油液為含有直徑3-10μm磁性粒子的電磁液,沒有傳統(tǒng)的卸載閥和單向閥,改為由電磁感應(yīng)線圈控制液體流動(dòng),新款MRC線圈從一個(gè)大的換成兩個(gè)小的來加快響應(yīng)速度。
電子減振器桶用線圈磁場(chǎng)來控制磁化顆粒流體的流動(dòng)速度,流速越快→減振器越軟→懸架越舒適,想懸架硬就反過來。電磁減振器可以根據(jù)不同的駕駛需求和當(dāng)前路況進(jìn)行快速響應(yīng),頻率可以做到非常高,凱迪MRC一秒就能有1000次動(dòng)態(tài)響應(yīng),主流的主動(dòng)液力減振系統(tǒng)則是每秒100次左右,這樣可以迅速調(diào)整懸架阻尼值,增強(qiáng)過彎支撐的效率,減少車身側(cè)傾并提升輪胎側(cè)向的抓地力,在賽道上刷圈容易拿到好成績(jī),日常駕駛也可以兼顧運(yùn)動(dòng)和舒適。
換成我同事的通俗語言來總結(jié)就是——“起步不抬頭,制動(dòng)不點(diǎn)頭,劈彎不腿軟,過坑洼不晃動(dòng)” 。
同樣的,電磁減振器作為主動(dòng)式部件也是可以讓駕駛者在車內(nèi)調(diào)參數(shù)的,一般有Tour(軟懸架設(shè)置)、 Sport(剛性懸架設(shè)置)、Track/Race(硬核賽車設(shè)置)這三擋。
再次確認(rèn)一個(gè)概念,裝備電磁減振器的車型,是可以裝空氣彈簧的,但同時(shí)裝空懸和電磁的車子叫什么懸架呢?我給你一個(gè)最精準(zhǔn)的答復(fù):“前后雙A臂多連桿獨(dú)立懸架 + 空氣彈簧 + 電磁減振器”。
作為掃盲貼,最后簡(jiǎn)單羅列一些裝電磁減振器的車型,日后吹牛應(yīng)該用得上。
通用:ATS(我那臺(tái)沒有因?yàn)橘I的乞丐版)、CTS、CT4-V、CT5頂配(賽道極限遠(yuǎn)高于330i因而被同事慫恿換購卻因沒錢放棄)、CT-6、凱雷德、科爾維特(C5到C8都有)等等
福特:Mustang Shelby GT350(筆者非常想開的一臺(tái)車)
法拉利:599、F12、458、FF等
大眾集團(tuán):蘭博Aventador、奧迪TT、S3、R8、A6等
路虎:攬勝極光、發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)
坊間都叫絞牙避“震”,這個(gè)“震”是個(gè)代代相傳的別字,準(zhǔn)確來說是減振器的那個(gè)“振”。絞牙避振英文名Adjustable Absorber,直譯過來就是“可調(diào)整的減振器”,秒懂其工作原理。
實(shí)際上,絞牙不止有一組減振器,它還包括彈性元件(螺旋彈簧),是一組完整的彈性總成。
彈簧硬度的與K值有關(guān),K越大彈簧越硬,但直卷彈簧的K值是堅(jiān)定不移不容改變的,所以買絞牙的時(shí)候必須選對(duì)了適合自己的K值買,沒后悔藥吃。
絞牙分為全長(zhǎng)可調(diào)和非全長(zhǎng)可調(diào)。前者分開調(diào)節(jié)預(yù)壓與行程,可以保存固定行程同時(shí)調(diào)節(jié)車高(如下圖);后者混在一起調(diào),車高調(diào)整范圍有限。
阻尼可調(diào)是絞牙的一大可玩之處,在減振器頂部會(huì)有旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié),一般有8-32段可調(diào),具體看有多高端。
絞牙有手調(diào)版本,也有電調(diào)版本(如下圖),甚至還有手機(jī)APP控制的電調(diào)版本。
很多時(shí)候我們調(diào)絞牙不僅單純想降低車高和重心,還想調(diào)整前后配重比,讓原本負(fù)荷小的減振器更高一些來獲得更高負(fù)荷,獲得更好的圈中動(dòng)態(tài),減少轉(zhuǎn)向不足/轉(zhuǎn)向過度。不過,有些人裝了絞牙之后,讓民間科學(xué)家給一頓瞎調(diào),把車子動(dòng)態(tài)給調(diào)成垃圾了,遠(yuǎn)不如原廠彈簧與減振器,還會(huì)造成底盤觸底和輪胎偏磨。
液壓減振器(oleo strut)是極為常見的減振器形式,在汽車懸架、飛機(jī)起落架中運(yùn)用得很廣泛,其中彈性元件(比如螺旋彈簧)負(fù)責(zé)儲(chǔ)存著陸的動(dòng)能沖擊,液壓減振器快速地來回吸收做負(fù)功,進(jìn)而減少著陸彈跳。
如果液壓減振器多了阻尼可調(diào)功能,那就成了絞牙。
實(shí)際上,液壓減振器和氣液聯(lián)動(dòng)彈簧在結(jié)構(gòu)上是相似的,不過減振器不做正功,而氣液聯(lián)動(dòng)彈簧可以做正功,前文我們提到它可以控制坦克仰俯角,因而歸類于彈性元件。
此外,減振器也分為復(fù)桶式(右)和單筒式(左)。復(fù)桶式有外筒與內(nèi)筒實(shí)現(xiàn)油氣分離,我們一般用的都是這種,制造成本更低,行程更長(zhǎng),便宜好使。
單筒式的油氣是上下分離的,活塞更大,減振性能更好,但造價(jià)更高。
有一種減振器叫“氣壓減振器”,其實(shí)并非空氣彈簧,而是液壓減振器的另一種高級(jí)方式。氣壓減振器增加了一個(gè)氣室(下圖深藍(lán)色部分)來調(diào)節(jié)阻尼與減振器行程,氣室里面一般放高壓氮?dú)?。(@車瑜911)
現(xiàn)代液壓減振器量產(chǎn)之前,汽車領(lǐng)域經(jīng)常用一種桿杠式減振器(lever arm shock absorber),桶里面裝有油液,桿杠撥動(dòng)的時(shí)候攪動(dòng)油液來做負(fù)功。
裝車之后就是下圖這樣:
在桿杠式之前,還有一種更老的車用減振器,叫做摩擦盤減振器(friction disk shock absorber),簡(jiǎn)單來說就是兩根桿杠撥動(dòng)一堆摩擦盤做負(fù)功。
下圖是裝在摩托車前叉上面的一組摩擦盤減振器。
我們一般簡(jiǎn)稱橫向穩(wěn)定器(Stabilizer)為“防傾桿”,或者叫“平衡拉桿”。貌似大家都知道這是防側(cè)傾用的,但筆者并不知道它應(yīng)該明確地分到哪一類底盤構(gòu)件中比較好。
車輛的橫向穩(wěn)定器可以有四組,分布置在前方底部、后方底部、前方塔頂、后方塔頂。
其中,布置在懸架底部的前/后橫向穩(wěn)定器分別稱為前底吧/后底吧( “吧”就是Bar),而“底吧”是彈性元件,而且“底吧”可以有被動(dòng)式與主動(dòng)式之分。
布置在懸架塔頂?shù)那?后橫向穩(wěn)定器分別稱為前頂吧/后頂吧,而“頂吧”是導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。
正因?yàn)闄M向穩(wěn)定器有人格分裂,所以我們把它單獨(dú)拎出去聊一個(gè)。
從命名就能得知,橫向穩(wěn)定器管得不寬泛,也就管理一下車體的橫向動(dòng)作而已。所有橫向穩(wěn)定器都是橫向布局的,如果車輛只是在前/后“移動(dòng)”、上/下“振動(dòng)”,橫向穩(wěn)定器純圍觀不干事,但若左/右“偏轉(zhuǎn)”動(dòng)作出現(xiàn),橫向穩(wěn)定器就會(huì)有一側(cè)上揚(yáng)/另一側(cè)下移,被扭轉(zhuǎn)之后的橫向穩(wěn)定器就會(huì)給出一個(gè)反向的力矩以影響彈性元件(上集我們聊過)的變形,進(jìn)而減少車身橫向傾斜與橫向角振動(dòng)。
換成人話來解釋就是,車子會(huì)變得更硬更不舒適,但過彎極限更高。
如果橫向穩(wěn)定調(diào)得不好的話,玩麋鹿測(cè)試的時(shí)候就會(huì)有車輪離地,一旦如此就會(huì)有側(cè)翻的風(fēng)險(xiǎn),當(dāng)然這也跟彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與調(diào)校有關(guān)聯(lián),總而言之很復(fù)雜。
為什么有了彈性元件(彈簧)與減振器(減振筒),我們還需要裝橫向穩(wěn)定器呢?
因?yàn)閺椥栽怯肋h(yuǎn)都“在線”的,你用了很硬的彈簧,車子一直都死硬死硬的,你女朋友在車上畫口紅最終畫出《蝙蝠俠》小丑的口紅樣式來。但若你用了比較軟的彈簧再加上濾振能力強(qiáng)的減振器,就可以保證行駛時(shí)有不錯(cuò)的舒適性,而過彎時(shí)可以使用更加硬核的橫向穩(wěn)定器(防傾桿)來支撐橫向力矩,讓車子擁有更強(qiáng)的過彎極限。
這就是我們?yōu)楹螕碛辛藢?dǎo)向機(jī)構(gòu)(上集)、彈性元件(上集)、減振器(下集)之后,還需要擁有橫向穩(wěn)定器的原因。
底盤調(diào)校是可以更加多元化的,前/后/上/下/左/右六個(gè)軸向的動(dòng)作相互輔助也相互制衡,沒必要一硬到底,也沒必要一軟到底。
電子式橫向穩(wěn)定器,我們簡(jiǎn)稱為“主動(dòng)防傾桿”即可,在中文語境下我們很少叫前面那個(gè)學(xué)術(shù)名。比不過英文語境下就有很多表達(dá)方式了,有叫electromechanical anti-roll bar的,有叫active anti-roll bar的,寶馬弄了個(gè)專有名詞叫Active Stabilizer Bar System (ASBS),奧迪的專有名詞則為mechatronic Active Roll Control (eARC),大眾專稱為electromechanical active roll compensation system (eAWS)……
無論叫什么都好,這都是一個(gè)用得很少的詞匯,而且本體必須被安裝在前/后車底(而不能在塔頂),因此是彈性元件,并非導(dǎo)向機(jī)構(gòu)/結(jié)構(gòu)件。
主動(dòng)防傾桿的工作原理與上述被動(dòng)型號(hào)那根金屬彎棍子是一致的,它的不同之處是,在防傾桿中間偏一點(diǎn)的地方布局了一臺(tái)步進(jìn)電機(jī),過彎行程中實(shí)時(shí)向防傾桿兩側(cè)施加相反的力矩,比此前被動(dòng)式防傾桿的力矩更大,因而可以更好地抑制車輛彎道側(cè)傾。
從下方圖可見,車輛劈彎時(shí)的側(cè)傾角度從被動(dòng)式防傾桿(曲線)削減到主動(dòng)式防傾桿(實(shí)線)的位置,防傾能力非常明顯。
因?yàn)樘峁┑牧剌^大,因而12V低壓系統(tǒng)(傳統(tǒng)的電瓶)是無法給主動(dòng)防傾桿提供足夠功率的,必須使用48V電壓系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng),一般會(huì)有超級(jí)電容器負(fù)責(zé)增大瞬間的功率,也即是搭載主動(dòng)防傾桿的車型至少得是一臺(tái)48V輕混車。
奔馳、奧迪、賓利、蘭博基尼、勞斯萊斯目前都在生產(chǎn)運(yùn)用主動(dòng)防傾桿的車型,這屬于一項(xiàng)貴族配置了,還沒下方到消費(fèi)級(jí)品牌。
大眾途銳本身是有主動(dòng)防傾桿的,但入華之后沒有了,也是挺可惜的。上面這張官方剖視圖可以很清晰看到主動(dòng)防傾桿(淺藍(lán)色)的布置位置與結(jié)構(gòu)樣式。
在塔頂安裝的橫向穩(wěn)定器是結(jié)構(gòu)件,可以一定程度上解決車體本身抗扭剛度不足的問題,比如上篇筆者提到的東南菱帥V3那款前后獨(dú)立懸架的5萬元小破車,我們就很推薦大家花幾百塊在機(jī)艙里面加一根前頂吧(前塔頂橫向穩(wěn)定器),這車的車架太軟了,側(cè)傾特別嚴(yán)重,加了橫向穩(wěn)定器可以一定程度緩解。
很多性能車也會(huì)加裝類似的裝備,比如下圖就是賓利歐陸GT Speed敞篷版的機(jī)艙照片,賓利加了老粗壯的一根前頂吧。
歐式的太文雅,我們看看美式的前頂吧,蝰蛇GTS機(jī)艙X型頂吧,硬又壯。
下圖是一組來自蘭博基尼Aventador LP750-4 SV的后頂吧圖片,因?yàn)槿思野l(fā)動(dòng)機(jī)就裝在后面……
那么買菜車呢,發(fā)動(dòng)機(jī)在前面,也有裝后頂吧的潛能嗎?
有,你愿意的話可以剖開后塔頂裝一個(gè),下圖就是給飛度改裝用的快拆式后頂吧。
不過以下這種就不算了,這是給超跑GK5設(shè)計(jì)的防滾架,里面正好有一根后塔頂橫向穩(wěn)定器而已。
被動(dòng)的橫向穩(wěn)定器有好幾種材質(zhì)可選,比如鋁合金的、全鋁材的、鋁鋅合金的等等,但這些都不如主動(dòng)的橫向穩(wěn)定器厲害。
1、對(duì)于導(dǎo)向機(jī)構(gòu)而言,是整個(gè)懸架系統(tǒng)的骨架,對(duì)一臺(tái)車的操控性能與舒適性能的決定性比較大,因而看懸架的時(shí)候可以先看導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。如今多數(shù)消費(fèi)級(jí)乘用車都選用前麥弗遜、后扭力梁的設(shè)定,而高階車型比較喜歡用前后雙A臂及其各類變種。
2、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的確很重要,但導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的材質(zhì)選擇與細(xì)節(jié)調(diào)校也頗為重要,這一點(diǎn)是中國汽車企業(yè)的大缺陷。扭力梁不好?PSA工程師會(huì)教你做人。總而言之,多連桿不代表好,扭力梁不代表差,豐田四代凱美瑞“筷子三連桿”(@D仔的汽油頭 老師的文章提到過這臺(tái)車),再牛也牛不過調(diào)校得好的斯柯達(dá)明銳扭力梁。
3、彈性元件對(duì)懸架性能的影響也比較大,目前綜合性能最好的彈性元件是空氣彈簧,但給家用車裝空氣彈簧有很高的成本門檻。隨著汽車電氣化進(jìn)程推進(jìn),汽車產(chǎn)品的單價(jià)越來越高,不少中高端產(chǎn)品開始配備空氣彈簧,比如蔚來全系、紅旗H9、紅旗HS7等等。
4、螺旋彈簧在乘用車領(lǐng)域的市場(chǎng)占比,鋼板彈簧在商用車領(lǐng)域的市場(chǎng)占比,基本是不可撼動(dòng)的,成本優(yōu)勢(shì)擺在這里。
5、在減振器領(lǐng)域,電磁減振器誠然是當(dāng)前綜合性能最好的,有技術(shù)先發(fā)優(yōu)勢(shì)的凱迪拉克陸續(xù)上市了很多MRC電磁減振器車型,攬運(yùn)和Aventador之類的豪車也會(huì)繼續(xù)裝備,而且有希望下放到其他豪華車型上。
6、主動(dòng)式減振器的效果明顯比被動(dòng)式減振器好,但目前市場(chǎng)主流依然是被動(dòng)的液壓減振器?,F(xiàn)在很多年輕人喜歡改絞牙,但很多門店不會(huì)調(diào)絞牙,民科們能把圈速調(diào)得更慢。
7、空氣彈簧和電磁減振器自然是象牙塔頂端的產(chǎn)品,貴有貴的產(chǎn)品價(jià)值,但便宜也有便宜的超高性價(jià)比,因此選哪種彈簧和哪種減振器,還是得看自己荷包厚度行事。最可惜的是雪鐵龍氣液聯(lián)動(dòng)彈簧,這款法式黑科技非常好用,只是入華之后就被閹割了。
8、智能汽車時(shí)代,人類操作汽車的占比會(huì)越發(fā)減少,對(duì)于底盤操控這種特別花時(shí)間與成本的研發(fā)事項(xiàng)而言,只會(huì)得到越來越少的資金支持。當(dāng)人類幾乎不用操縱汽車時(shí),請(qǐng)問還要操控干嘛呢?因此,希望享受操控樂趣的朋友,是時(shí)候出手買好玩的車了。
9、電動(dòng)汽車時(shí)代,放置在兩軸之間的動(dòng)力電池越做越大,車的軸距越來越長(zhǎng),操控變得越發(fā)弱雞,但汽車工程團(tuán)隊(duì)可以植入更多電子設(shè)備去彌補(bǔ)幾何結(jié)構(gòu)上的缺陷,底盤懸架系統(tǒng)的電氣化時(shí)代也隨之到來了。
(文:太平洋汽車網(wǎng) 黃恒樂)
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