「技术爽文」一支减震器引发的联想!

在汽车的众多零部件中,有着这样一位“欺软怕硬”的角色,它就是减震器。

对于这个部件,大家一般习惯用“软”和“硬”来进行衡量,而它的工作核心,就是“欺软怕硬”。简单点说,就是硬碰硬的时候,要认怂;软碰软的时候,要强硬。

提到减震器的调校,真是让无数工程人员又爱又恨。调软了,大家嫌不运动;调硬了,大家又抱怨不舒服;在经历一通复杂博弈后终于将它设置到软硬适中的程度,“XXX纽北圈速完爆XXX”又开始让工程师们各种不爽……

“早知道,再优化一下应该还能再快0.1秒”

对于汽车而言,减震器既与视觉的高低相关,也对底盘动力学有着巨大影响,同时还与驾驶员的操控感受息息相关,所以减震器这三个字无论对老司机还是新玩家,都显得十分高深莫测。总之,能够玩转减震器的男人,绝非等闲。

当然了,关于减震器这个部件,其实在坊间也存在很多误区,比如:

一、将减震器和弹簧划等号;

二、将减震器和悬架混为一谈;

三、认为减震器越硬底盘性能越好。

很显然,这里对减震器存在不少误会啊。

SO,咱们今天的这篇内容就围绕上面这三点来跟各位聊聊减震器。

一、减震器跟弹簧真不是一回事

减震器这个东西大多数人都是见过的,再加上“减震”这俩字,总会让人本能的与弹簧划等号。但是这俩真不是一回事,具体来说,减震器是下面这样的:

弹簧是这样的

追根溯源来说,减震器属于一个部件,弹簧应该算作一个零件,而弹簧是属于减震器的一部分。

PS:部件和零件的区别在于,部件代表的是机械的一个部分,它往下还能拆分出若干零件;而零件是机械构成中最小的组成单位,无法再继续拆分。

实际上,减震器由两部分组成:弹簧和阻尼器,这两部分也各有分工,一个负责“颤悠”,另一个负责“限制颤悠”。

(自己折了一个减震器)

车轮受到来自路面的冲击后,会产生跳动进而引发振动,严重影响行驶的舒适性与安全性,所以减震器被研究出来用于给车身提供缓冲。

弹簧虽然可以提供缓冲,但其自身却也是存在缺陷的。因为弹簧太过于“颤悠”,所以在车辆应用中会产生“狂颤不止”的状况。这对于行驶而言,也是十分不利的。于是人们又发明了阻尼器,让弹簧起到缓冲作用的同时又不至于一直“颤悠”。

对于我们常见的液压减震器来说,阻尼器的原理如下图所示:

那阻尼又是怎么一回事呢?

阻尼(damping)的物理意义是力的衰减,或者也可以理解为物体在运动中的能量耗散现象。通俗地讲,就是阻止物体继续运动,其实跟堵车也是一样一样的。

当道路突然变窄时,四车道一下变为两车道,是不是车速一下就降下来了?

弹簧也一样,受到冲击后,弹簧会在很长一段时间内保持快速“颤悠”的状态,而此时通过阻尼器,我们就可以逐步降低弹簧“颤悠”的速度,从而实现对弹簧的限制。

所以从这个角度来看,减震器跟弹簧真的不是一回事。

二、减震器和悬架同样不是一回事

说完了减震器和弹簧,咱们再来说说减震器和悬架。

身边有很多朋友总会将减震器和悬架混为一谈。

“哎,我这车后悬挂是扭力梁的,肯定硬”

“哎,我这麦弗逊的独立悬架也没见它多软啊”

……

其实,减震器与弹簧的关系,类似悬架与减震器,也是包含与被包含的关系。

对于悬架系统而言,它一般由减震器、控制臂、防倾杆等在内的多种部件构成,这些部件也是各司其职。

小编就用A4纸做了一辆独立悬架小汽车。

上面运动的这一大堆,叫悬架。

控制臂控制着车轮的几何参数变化,让车辆无论在进弯还是出弯状态下,车轮与地面间都能存在理想的几何角度关系,最大化发挥轮胎性能。

防倾杆则可以对车身的运动姿态起到抑制作用。

震器则为悬架结构的功能实现起到支撑的作用,通过对弹性的控制,将车轮紧紧压在地面。

所以,减震器与悬架理论上是不该被混为一谈的。

三、减震器越硬底盘性能越好么?

坊间一直流传着这样一种说法:“减震越硬,性能越好”。

甭管哪个品牌,但凡是运动款的车,一般都会比普通款更硬。

感觉貌似很有道理的样子……

可仔细琢磨琢磨就会发现,这个说法不靠谱。高性能的车确实会比普通车款硬,但问题是很多买菜车也并没软到哪里去……

而对于这个问题,我们就要到悬架系统的功能原理&结构中去寻找答案。

汽车为什么需要悬架结构?

一方面是因为路面的颠簸太难受了,工程师们需要在车身与车轮之间插入一个隔离层,将路面给予车身的冲击进行缓冲;

PS:图中与车轮连接的部分并非弹簧,而是因为纸张过于柔软,为了提升强度,所以小编通过反复折叠的方式做成了羊角。

另一方面,行驶中的车辆在自身惯性以及路面冲击、颠簸等共同作用下极易导致车轮失控的状况发生(汽车行驶的根本在于车轮与地面之间的作用关系),所以工程师们需要悬架系统来改善车轮与路面间的相互作用。

于是针对这两个方面的需求,工程师们研究出了悬架系统。通过机械结构的力量提升车辆舒适&运动性能表现。减震器作为悬架系统中的弹性元件,对上述两方面悬架系统功能的实现具有十分重要的意义。

悬臂的运动设定决定了车辆在运动中车轮与地面的几何关系,而减震器则为悬架提供了足够的支撑力。

没有减震器的车轮与地面完全刚性连接,人也不舒服,性能也不灵。

简单点说,减震器的作用就是:

1、当车轮遇到颠簸的时候,要软软的,降低路面的冲击;

2、无论车辆处于何种状态,都要尽最大可能将车轮按照悬架系统预期的方式压在地面;

基于这样的需求,减震器也就分出了“软”和“硬”两个趋势。而减震器要具体实现这两个趋势,还是前面咱们说到的那两部分:弹簧&阻尼器。

(一般高级的减震器存在阻尼“软”“硬”的功能设置)

弹簧能决定的,其实是车身的高度,以及最直观的软硬程度。弹簧强度越大,我们就需要越大的力气来将其压缩,所以弹簧的参数会给减震器的软硬定下一个基础。

阻尼器同样与减震器的软硬相关,但与弹簧不同的是,阻尼器所产生的软硬效果需要建立在弹簧的基础上。换句话说,只有弹簧出现运动,阻尼器才能体现出它的软硬;如果汽车在平直路面上匀速行驶,阻尼器就起不到作用。

阻尼器的特性可以分为“压缩阻尼”&“回弹阻尼”,压缩阻尼就是在弹簧被压缩的时候提供阻尼,回弹阻尼是在弹簧被拉长的时候提供阻尼,这是针对弹簧的运动状态得来的。减震器的压缩过程,决定了车轮在垂直方向逼近车辆的速度。这一阶段阻尼越大,驾驶者感受到的车越“硬”,反之则“软”。

压缩阻尼越大,车轮对路面的响应越迅速,但同时,由于车轮与路面弹跳增多,这会在一定程度上削弱车轮的抓地力;而压缩阻尼越小,车轮对路面的响应就越迟缓,操作手感也越模糊,但却能提高车轮的抓地力。

回弹阶段是指车辆在经过颠簸后车轮归回原位的过程,决定了车轮在垂直方向上离开车辆的速度。这一阶段阻尼越大,车轮归位的速度就越慢,反之越快。回弹阻尼过大会导致车轮无法及时归位,在面对连续跳跃时,会导致减震器无法完成正常压缩。

(此图特指回弹阻尼)

所以,从这个角度来看,高性能车辆所采用的减震器确实会偏硬一些,但这并不意味着减震器越硬性能越好。有些时候,过硬的减震器反而会导致车辆操控性能的下降。

SO……看完这么一大篇,现在各位知道减震器的“软”和“硬”是怎么一回事了吧?

对于乘用车而言,它的减震器不可能像赛车那样极端,“性能与舒适”的平衡才是它的优势。通过悬架结构、车身结构、减震器设置等多方面的协同,才能达到“该硬的时候硬,该软的时候软”的性能表现。所以说,底盘性能高一些的车辆减震器肯定会硬一些,但“减震器越硬,底盘越强”的说法并不成立。而这种“坚韧”的性能表现也是斯巴鲁在车辆底盘性能上的坚持与追求,这也正是像斯巴鲁XV这种离地间隙巨高(220mm)的车,操控表现却依然不错的原因所在。否则,仅凭硬邦邦的减震器就想获得上乘的操控体验?咋不上天呢……

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