读懂悬架系统下篇空气悬架与电磁悬架不
上篇我们花了字深入探讨了导向机构与弹性元件的各种形式及其优缺点,今天要聊的是减振器与横向稳定器这两个“器”,这两“器”都可以继续拆分为主动式与被动式。
各类减振器的优缺点分析
1电磁减振器
有朋友咨询购车问题的时候问笔者:“买空气悬架还是电磁悬架的车好?”
这是一个无法回答的问题,因为空气悬架和电磁悬架根本不是同一种东西。笔者在《悬架》上集提到空悬最好称作“空气弹簧”,而这里我要说,电磁悬架最好称作“电磁减振器”。
弹簧可以做正功与负功,比如空气弹簧升起来就是在正功;减振器只能做负功,因此电磁减振器是不可能提升/降低车身高度的。当然,不缺钱的你也可以给车子同时装备电磁减振器与空气弹簧,比如下图的顶配凯迪拉克XTS就全装上了,把阻尼、刚度、行程全包圆。
如今一旦电磁悬架/电磁减振器大家都习惯叫MRC。实际上MRC(MagneticRideControl)是通用申请的专利商标名,只是太出名了被大家误以为电磁减振器的统称。另一家电磁减振器运用“大户”叫法拉利,他家称为SCM,而奥迪称之为AMR。
电磁减振器的运用历史并不如空气弹簧那般遥远,第一款投入量产化的MRC产品放在款凯迪拉克SevilleSTS车上,接着还在雪佛兰车型上面用过。你一定好奇怎么定位入门的雪佛兰也用上了MRC,那是因为我讲的是C5科尔维特ZR1超跑……
通用玩了几年之后,法拉利GTB和奥迪R8(上一代)都装上了,奥迪甚至丧心病狂地给二代中期改款S3也下放了一套试试,现在准备开售的四代S3也有装备,期待中。笔者最近开过的电磁减振车型是凯迪拉克CT5,跑去赛道上面漂移画甜甜圈很好玩(借来的车最……)。
跟空气弹簧需要很大一组配套设施不同,电磁减振器的体积小很多。“起码得塞得进螺旋弹簧里头”,这是一套减振器最起码的职业素养。
电磁减振器由磁流变减振器MRD、加速度传感器、控制单元组成,其中MRD是通用跟德尔福联合攻关研发成的,而德尔福本身就是通用自家的产业,所以通用MRC有技术先发优势就说得通了。
电磁减振器内部油液为含有直径3-10μm磁性粒子的电磁液,没有传统的卸载阀和单向阀,改为由电磁感应线圈控制液体流动,新款MRC线圈从一个大的换成两个小的来加快响应速度。
电子减振器桶用线圈磁场来控制磁化颗粒流体的流动速度,流速越快→减振器越软→悬架越舒适,想悬架硬就反过来。电磁减振器可以根据不同的驾驶需求和当前路况进行快速响应,频率可以做到非常高,凯迪MRC一秒就能有次动态响应,主流的主动液力减振系统则是每秒次左右,这样可以迅速调整悬架阻尼值,增强过弯支撑的效率,减少车身侧倾并提升轮胎侧向的抓地力,在赛道上刷圈容易拿到好成绩,日常驾驶也可以兼顾运动和舒适。
换成我同事的通俗语言来总结就是——“起步不抬头,制动不点头,劈弯不腿软,过坑洼不晃动”。
同样的,电磁减振器作为主动式部件也是可以让驾驶者在车内调参数的,一般有Tour(软悬架设置)、Sport(刚性悬架设置)、Track/Race(硬核赛车设置)这三挡。
再次确认一个概念,装备电磁减振器的车型,是可以装空气弹簧的,但同时装空悬和电磁的车子叫什么悬架呢?我给你一个最精准的答复:“前后双A臂多连杆独立悬架+空气弹簧+电磁减振器”。
作为扫盲贴,最后简单罗列一些装电磁减振器的车型,日后吹牛应该用得上。
通用:ATS(我那台没有因为买的乞丐版)、CTS、CT4-V、CT5顶配(赛道极限远高于i因而被同事怂恿换购却因没钱放弃)、CT-6、凯雷德、科尔维特(C5到C8都有)等等
福特:MustangShelbyGT(笔者非常想开的一台车)
法拉利:、F12、、FF等
大众集团:兰博Aventador、奥迪TT、S3、R8、A6等
路虎:揽胜极光、发现运动
2绞牙避震(振)
坊间都叫绞牙避“震”,这个“震”是个代代相传的别字,准确来说是减振器的那个“振”。绞牙避振英文名AdjustableAbsorber,直译过来就是“可调整的减振器”,秒懂其工作原理。
实际上,绞牙不止有一组减振器,它还包括弹性元件(螺旋弹簧),是一组完整的弹性总成。
弹簧硬度的与K值有关,K越大弹簧越硬,但直卷弹簧的K值是坚定不移不容改变的,所以买绞牙的时候必须选对了适合自己的K值买,没后悔药吃。
绞牙分为全长可调和非全长可调。前者分开调节预压与行程,可以保存固定行程同时调节车高(如下图);后者混在一起调,车高调整范围有限。
阻尼可调是绞牙的一大可玩之处,在减振器顶部会有旋钮进行调节,一般有8-32段可调,具体看有多高端。
绞牙有手调版本,也有电调版本(如下图),甚至还有手机APP控制的电调版本。
很多时候我们调绞牙不仅单纯想降低车高和重心,还想调整前后配重比,让原本负荷小的减振器更高一些来获得更高负荷,获得更好的圈中动态,减少转向不足/转向过度。不过,有些人装了绞牙之后,让民间科学家给一顿瞎调,把车子动态给调成垃圾了,远不如原厂弹簧与减振器,还会造成底盘触底和轮胎偏磨。
3常规的液压减振器
液压减振器(oleostrut)是极为常见的减振器形式,在汽车悬架、飞机起落架中运用得很广泛,其中弹性元件(比如螺旋弹簧)负责储存着陆的动能冲击,液压减振器快速地来回吸收做负功,进而减少着陆弹跳。
如果液压减振器多了阻尼可调功能,那就成了绞牙。
实际上,液压减振器和气液联动弹簧在结构上是相似的,不过减振器不做正功,而气液联动弹簧可以做正功,前文我们提到它可以控制坦克仰俯角,因而归类于弹性元件。
此外,减振器也分为复桶式(右)和单筒式(左)。复桶式有外筒与内筒实现油气分离,我们一般用的都是这种,制造成本更低,行程更长,便宜好使。
单筒式的油气是上下分离的,活塞更大,减振性能更好,但造价更高。
4不常见的减振器
有一种减振器叫“气压减振器”,其实并非空气弹簧,而是液压减振器的另一种高级方式。气压减振器增加了一个气室(下图深蓝色部分)来调节阻尼与减振器行程,气室里面一般放高压氮气。(
車瑜)现代液压减振器量产之前,汽车领域经常用一种杆杠式减振器(leverarmshockabsorber),桶里面装有油液,杆杠拨动的时候搅动油液来做负功。
装车之后就是下图这样:
在杆杠式之前,还有一种更老的车用减振器,叫做摩擦盘减振器(frictiondiskshockabsorber),简单来说就是两根杆杠拨动一堆摩擦盘做负功。
下图是装在摩托车前叉上面的一组摩擦盘减振器。
各类横向稳定器的优缺点分析
我们一般简称横向稳定器(Stabilizer)为“防倾杆”,或者叫“平衡拉杆”。貌似大家都知道这是防侧倾用的,但笔者并不知道它应该明确地分到哪一类底盘构件中比较好。
车辆的横向稳定器可以有四组,分布置在前方底部、后方底部、前方塔顶、后方塔顶。
其中,布置在悬架底部的前/后横向稳定器分别称为前底吧/后底吧(“吧”就是Bar),而“底吧”是弹性元件,而且“底吧”可以有被动式与主动式之分。
布置在悬架塔顶的前/后横向稳定器分别称为前顶吧/后顶吧,而“顶吧”是导向机构。
正因为横向稳定器有人格分裂,所以我们把它单独拎出去聊一个。
1前/后车底横向稳定器
从命名就能得知,横向稳定器管得不宽泛,也就管理一下车体的横向动作而已。所有横向稳定器都是横向布局的,如果车辆只是在前/后“移动”、上/下“振动”,横向稳定器纯围观不干事,但若左/右“偏转”动作出现,横向稳定器就会有一侧上扬/另一侧下移,被扭转之后的横向稳定器就会给出一个反向的力矩以影响弹性元件(上集我们聊过)的变形,进而减少车身横向倾斜与横向角振动。
换成人话来解释就是,车子会变得更硬更不舒适,但过弯极限更高。
如果横向稳定调得不好的话,玩麋鹿测试的时候就会有车轮离地,一旦如此就会有侧翻的风险,当然这也跟弹性元件、导向机构的设计与调校有关联,总而言之很复杂。
为什么有了弹性元件(弹簧)与减振器(减振筒),我们还需要装横向稳定器呢?
因为弹性元件是永远都“在线”的,你用了很硬的弹簧,车子一直都死硬死硬的,你女朋友在车上画口红最终画出《蝙蝠侠》小丑的口红样式来。但若你用了比较软的弹簧再加上滤振能力强的减振器,就可以保证行驶时有不错的舒适性,而过弯时可以使用更加硬核的横向稳定器(防倾杆)来支撑横向力矩,让车子拥有更强的过弯极限。
这就是我们为何拥有了导向机构(上集)、弹性元件(上集)、减振器(下集)之后,还需要拥有横向稳定器的原因。
底盘调校是可以更加多元化的,前/后/上/下/左/右六个轴向的动作相互辅助也相互制衡,没必要一硬到底,也没必要一软到底。
2电子式横向稳定器
电子式横向稳定器,我们简称为“主动防倾杆”即可,在中文语境下我们很少叫前面那个学术名。比不过英文语境下就有很多表达方式了,有叫electromechanicalanti-rollbar的,有叫activeanti-rollbar的,宝马弄了个专有名词叫ActiveStabilizerBarSystem(ASBS),奥迪的专有名词则为mechatronicActiveRollControl(eARC),大众专称为electromechanicalactiveroll 无论叫什么都好,这都是一个用得很少的词汇,而且本体必须被安装在前/后车底(而不能在塔顶),因此是弹性元件,并非导向机构/结构件。
主动防倾杆的工作原理与上述被动型号那根金属弯棍子是一致的,它的不同之处是,在防倾杆中间偏一点的地方布局了一台步进电机,过弯行程中实时向防倾杆两侧施加相反的力矩,比此前被动式防倾杆的力矩更大,因而可以更好地抑制车辆弯道侧倾。
从下方图可见,车辆劈弯时的侧倾角度从被动式防倾杆(曲线)削减到主动式防倾杆(实线)的位置,防倾能力非常明显。
因为提供的力矩较大,因而12V低压系统(传统的电瓶)是无法给主动防倾杆提供足够功率的,必须使用48V电压系统进行驱动,一般会有超级电容器负责增大瞬间的功率,也即是搭载主动防倾杆的车型至少得是一台48V轻混车。
奔驰、奥迪、宾利、兰博基尼、劳斯莱斯目前都在生产运用主动防倾杆的车型,这属于一项贵族配置了,还没下方到消费级品牌。
大众途锐本身是有主动防倾杆的,但入华之后没有了,也是挺可惜的。上面这张官方剖视图可以很清晰看到主动防倾杆(浅蓝色)的布置位置与结构样式。
3前/后塔顶横向稳定器
在塔顶安装的横向稳定器是结构件,可以一定程度上解决车体本身抗扭刚度不足的问题,比如上篇笔者提到的东南菱帅V3那款前后独立悬架的5万元小破车,我们就很推荐大家花几百块在机舱里面加一根前顶吧(前塔顶横向稳定器),这车的车架太软了,侧倾特别严重,加了横向稳定器可以一定程度缓解。
很多性能车也会加装类似的装备,比如下图就是宾利欧陆GTSpeed敞篷版的机舱照片,宾利加了老粗壮的一根前顶吧。
欧式的太文雅,我们看看美式的前顶吧,蝰蛇GTS机舱X型顶吧,硬又壮。
下图是一组来自兰博基尼AventadorLP-4SV的后顶吧图片,因为人家发动机就装在后面……
那么买菜车呢,发动机在前面,也有装后顶吧的潜能吗?
有,你愿意的话可以剖开后塔顶装一个,下图就是给飞度改装用的快拆式后顶吧。
不过以下这种就不算了,这是给超跑GK5设计的防滚架,里面正好有一根后塔顶横向稳定器而已。
被动的横向稳定器有好几种材质可选,比如铝合金的、全铝材的、铝锌合金的等等,但这些都不如主动的横向稳定器厉害。
《悬架》总结
1、对于导向机构而言,是整个悬架系统的骨架,对一台车的操控性能与舒适性能的决定性比较大,因而看悬架的时候可以先看导向机构。如今多数消费级乘用车都选用前麦弗逊、后扭力梁的设定,而高阶车型比较喜欢用前后双A臂及其各类变种。
2、导向机构的结构的确很重要,但导向机构的材质选择与细节调校也颇为重要,这一点是中国汽车企业的大缺陷。扭力梁不好?PSA工程师会教你做人。总而言之,多连杆不代表好,扭力梁不代表差,丰田四代凯美瑞“筷子三连杆”(
D仔的汽油头老师的文章提到过这台车),再牛也牛不过调校得好的斯柯达明锐扭力梁。3、弹性元件对悬架性能的影响也比较大,目前综合性能最好的弹性元件是空气弹簧,但给家用车装空气弹簧有很高的成本门槛。随着汽车电气化进程推进,汽车产品的单价越来越高,不少中高端产品开始配备空气弹簧,比如蔚来全系、红旗H9、红旗HS7等等。
4、螺旋弹簧在乘用车领域的市场占比,钢板弹簧在商用车领域的市场占比,基本是不可撼动的,成本优势摆在这里。
5、在减振器领域,电磁减振器诚然是当前综合性能最好的,有技术先发优势的凯迪拉克陆续上市了很多MRC电磁减振器车型,揽运和Aventador之类的豪车也会继续装备,而且有希望下放到其他豪华车型上。
6、主动式减振器的效果明显比被动式减振器好,但目前市场主流依然是被动的液压减振器。现在很多年轻人喜欢改绞牙,但很多门店不会调绞牙,民科们能把圈速调得更慢。
7、空气弹簧和电磁减振器自然是象牙塔顶端的产品,贵有贵的产品价值,但便宜也有便宜的超高性价比,因此选哪种弹簧和哪种减振器,还是得看自己荷包厚度行事。最可惜的是雪铁龙气液联动弹簧,这款法式黑科技非常好用,只是入华之后就被阉割了。
8、智能汽车时代,人类操作汽车的占比会越发减少,对于底盘操控这种特别花时间与成本的研发事项而言,只会得到越来越少的资金支持。当人类几乎不用操纵汽车时,请问还要操控干嘛呢?因此,希望享受操控乐趣的朋友,是时候出手买好玩的车了。
9、电动汽车时代,放置在两轴之间的动力电池越做越大,车的轴距越来越长,操控变得越发弱鸡,但汽车工程团队可以植入更多电子设备去弥补几何结构上的缺陷,底盘悬架系统的电气化时代也随之到来了。
(文:太平洋汽车网黄恒乐)
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